与自动移栽相关的不同蔬菜穴盘苗力学特性

以黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗为研究对象,通过夹苗拉拔试验测试分析穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附特性,采用平板压缩方式研究钵体抗压特性,并对幼苗茎秆和叶子进行拉伸破坏测试。试验表明:在穴盘苗自动移栽过程中,夹取针夹紧钵体的夹取力主要用于克服穴盘苗钵体与穴盘孔穴的黏附力作用;在同等的育苗条件下,黄瓜、辣椒、茄子穴盘苗的夹取力大小依次为辣椒黄瓜茄子;不同穴盘苗钵体的抗压能力相近;与辣椒、茄子穴盘苗相比,黄瓜幼苗更容易拉断,3种穴盘苗叶子拉断破坏强度相近。在设计取苗机构、夹持器和推苗装置时,应考虑必要的避苗措施,以提供更多的空间让出幼苗植株。     

辣椒穴盘苗力学特性及穴盘拔秧性能的试验研究

使用不同生长期的辣椒穴盘苗进行茎秆拉断试验,模拟取苗机构进行夹紧力试验,并根据苗龄、基质含水量、基质成分3个因素设计三因素三水平的穴盘拔取正交试验。试验发现:拉断辣椒穴盘苗所需的拉断力随夹秧位置的提高而逐渐降低,茎秆的抗拉能力高于枝叶,茎秆越粗壮抗拉断能力越强;取苗时,土壤黏附力是影响拔取力和夹紧力的主要因素;基质配比对从穴盘中取出穴盘苗所需的拔取力影响高度显著,含水率对拔取力影响较为显著,苗龄对拔取力无显著影响。试验结果表明:通过直接拔取的方式从穴盘中取出穴盘苗是可行的,但夹具的夹紧力要根据穴盘苗的实际情况进行调整,夹持部位应尽量靠近基质块上表面,避开茎秆基节;取苗时,苗龄50天以上,基质中泥炭、蛭石、珍珠岩的比值为1:1:1,含水量为50%,最为合适。     

茄子穴盘苗形态及力学特性试验研究

为了给茄子穴盘苗移栽机自动取苗机构的设计及试验研究提供理论支持，对茄子穴盘苗形态及力学特性进行研究。为快速、准确地测定茄子穴盘苗的形态特性，采用机器视觉系统对适移栽茄子穴盘苗的苗高、茎秆直径、苗冠直径、叶片长度及叶片位置参数进行测定，得出茄子穴盘苗的苗高范围为134.33～150.20mm,茎秆直径范围为1.83～3.06mm,自然状态下苗冠直径范围为128.57～155.77mm。采用MatLab2018b对试验数据进行分析，得知茎秆直径与苗高正相关；自动取苗机构取苗后，在不改变运动方向的情况下，运动距穴盘至少160mm后，才能进行翻转动作；取苗机构开合距离取10mm;为防止穴盘苗移栽过程中叶片损伤及挂苗现象的发生，需设计防叶片张开机构。力学特性测定试验表明：茄子穴盘苗基质含水率范围为30%～40%,机械手取苗力为3.0N,基质损失率为7%,移栽效果较优。     

辣椒穴盘苗形态特性的测定试验研究

新疆采用128穴辣椒穴盘苗进行移栽。为设计合理的穴盘苗自动取喂系统结构,通过对随机选取的辣椒穴盘苗形态特性测定,得出适宜移栽期的穴盘苗的高度范围为150~200mm,茎秆直径为1.56~2.06mm之间,高度与茎秆直径变化正相关,穴盘苗叶片长度以中部最长、根部略短、稍部最短。经试验分析得出:自动取喂系统的应满足高度200mm穴盘苗转运,并设置相应的苗冠合拢结构。     

基于穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器设计

通过对穴盘苗进行夹苗拉拔试验、钵体摩擦试验、钵体平板压缩抗压试验,研究分析了与自动移栽相关的穴盘苗力学特性,为机构设计提供依据。对穴盘苗自动取苗进行技术设计,得到两针钳夹式取苗末端执行器自动取苗的拉拔力与钵体抗压强度、夹持角度、夹持面积、静摩擦因数等参数的关系。利用建立的夹持参数关系,结合穴盘苗力学特性试验数据,设计了一种适应穴盘苗力学特性的自动取苗末端执行器。试制了物理样机,进行了自动取苗夹持力测试。测试结果表明,夹持力测试数据与理论计算数据无显著性差别,验证了理论设计的可靠性。在所测试的含水率下,当取苗频率为30株/min时,取苗成功率达到95.16%。     

取苗机械手双气缸三位置的驱动及优化

自动移栽机取苗机械手是实现自动移栽机的关键,而取苗机械手的驱动是实现自动移栽的前提。为实现平行夹式取苗机械手的自动驱动,参考穴盘苗茎秆所能承受的夹持力,设计了基于双气缸驱动的摆臂3位置控制结构,使摆臂能在居中位置准确停止进行对穴取苗和放苗,在夹苗行程开始时运动迅速,还能在摆臂摆动到夹苗位时以适当的夹持力分别夹持对应位置的穴盘苗。通过计算分析,确定了l为130mm、h为130mm与长度为60mm的摆臂形成的Y字型结构,使平行夹在夹苗时具有不大于23N的夹持力,保障能够夹持取苗且不伤苗。     

穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式取苗末端执行器

设计了一种穴盘育苗移栽机两指四针钳夹式夹钵取苗末端执行器。利用2根气缸机械手指伸出4根夹取针插入苗钵,气缸机械手指闭合夹取针捏紧苗钵来取苗,利用两根气缸机械手指撑开放松夹持苗钵,4根夹取针回缩脱离苗钵来放苗。根据穴盘苗自动取苗力学要求,进行了基于穴盘苗物理力学特性的夹取力设计。试制末端执行器,进行夹钵取苗效能测试。在40 mm/s提取速度下,各试验因素的夹钵脱盘力无显著性差异。取苗效能的正交试验分析发现,苗钵含水率水平高度显著影响根土破坏,入钵角度、深度以及根系等试验因素没有统计学显著性影响。当夹取针入钵角为11°,入钵深度为32 mm,苗数为4株,含水率为55%~60%时,所设计的取苗末端执行器对苗钵的夹取作用达到最小根土破坏程度。     

顶夹组合式全自动移栽机的设计研究

针对目前穴盘苗向大田移栽,人工移栽成本高、移栽周期长、成熟期不一致、不利于机械化收获等问题,对新疆生产建设兵团大面积种植的辣椒穴盘苗物料特性进行测试。根据种植的辣椒苗物料特性,设计了一种顶夹组合式穴盘苗全自动移栽机。文中主要介绍了全自动移栽机的取苗、运苗和投苗的过程,全自动移栽机的组成和工作原理及其关键部件的设计。所设计的全自动移栽机对新疆棉花、番茄和辣椒等大面积种植的经济作物机械式移栽有良好的推动作用,大大减少了农业对劳动力的需求,增加农民的经济收入,对新疆的农业经济发展具有十分重要的意义。     

穴盘倒置式取苗装置的取苗特性试验研究

基于穴盘倒置式自动取苗装置,在对番茄穴盘苗的质量、苗高、茎秆直径、冠形尺寸和含水率等基本参数测试分析的基础上,进行了番茄穴盘苗不同含水率下脱离穴盘时的拉出力试验和分苗过程中沿倾斜滑轨滑落试验及挡苗杆位置配置和输送带的位置确定等试验。同时,探讨了番茄穴盘秧苗取苗机理,为自动取苗分苗装置机构的设计提供了理论依据。     

穴盘苗自动移栽机取苗装置研究现状及展望

对取苗装置的研究提高穴盘苗移栽的质量和效率。阐述国内外取苗装置的研究现状,根据取苗方式的不同,将取苗装置分为夹取式、插拔式、顶出式和顶夹结合,并结合穴盘苗自动移栽机取苗装置的发展和推广,分析其存在取苗效率与取苗成功率相矛盾,育苗穴盘不标准,效率低、苗体损伤大,农机与农艺脱节等问题,进而分析发现可以通过提高穴盘苗自动移栽机取苗装置的通用性,实现对钵苗无损伤取苗和穴盘苗自动移栽机取苗装置智能化,研制出适合我国农艺的穴盘苗自动移栽机取苗装置。     

辣椒穴盘苗的掉落特性试验研究

为了给辣椒穴盘苗自动移栽的设计提供基础研究数据,对辣椒穴盘苗掉落过程中产生的基质损失进行了测定,并观察辣椒穴盘苗从不同高度掉落后的冲击变化。掉落损失试验表明:随着穴盘苗掉落高度的增加,穴盘苗基质损失更加明显,且第2次掉落时的基质损失率会略高于第1次。掉落冲击试验显示:当穴盘苗掉落高度超过400mm时,穴盘苗的基质将发生明显的挤压变形,且茎秆受到冲击后也会发生弯曲变化;当掉落高度为2 0 0、3 0 0 mm时,基质形状变化不明显,茎秆也无明显弯曲现象。     

基于舵机的穴盘苗移栽机取苗机械手的设计与试验

对采用舵机为运动构件的穴盘苗自动移栽取苗机械手的结构、原理及运动姿态进行了理论分析与试验验证。根据移栽机械手的具体要求,运用SolidWorks软件对取苗机械手进行简化建模,确定穴盘取苗机械手的运动轨迹,求得机械手4个舵机的相关工作参数,并运用MatLab软件求得移栽取苗机械手的运动轨迹方程。同时,通过对比辣椒苗的取苗试验参数与SolidWorks软件得到的仿真运动轨迹,验证得出：穴盘辣椒苗实际取苗过程值与理论计算值相接近,实际值偏大于理论值1%,试验取苗的成功率为98%,满足实际的移栽要求。研究结果确定了采用单片机作为控制系统、控制舵机作为取苗机械手运动部件的可行性,为穴盘苗自动移栽机的研发提供了新的理论和试验依据。     

硬质穴盘苗自动取苗装置设计

自动取苗装置是移栽机的核心部件。针对硬质穴盘苗设计了一种利用顶苗爪将穴盘苗顶出,并由接苗板上的夹片夹持住穴盘苗基质,随后带动穴盘苗转动90°到放苗位置的机构;穴盘可以进行水平位置和纵向位置移动,从而实现穴盘中的苗按规则取出;整个装置的运动顺序由PLC进行控制,依靠气缸作为执行元件驱动。初步试验显示,自动取苗装置能够完成硬质穴盘苗的取苗作业,取苗速度达72株/min。      

蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

温室穴盘苗自动移栽机设计与试验

针对种苗从高密度穴盘移植到低密度穴盘,或者从穴盘直接移植到花盆的温室穴盘苗移栽生产需要,设计了一种轻简型自动移栽机。利用成熟的直线模组和无杆气缸组合设计出自动移栽机械臂,驱动取苗末端执行器往复于来源盘和目标盘进行取苗、移苗、栽苗操作,采用双排链传动实现穴盘和花盆输送,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法。根据所设计的移栽机工作要求,构建电气控制系统。试制样机,开展试验研究。采用直线位移传感器系统检测分析机器取苗移栽移位性能,结果显示对于128/72孔穴盘苗,移栽效率分别达到1 221株/h和1 025株/h,运用单样本t检验法分析得到实测取苗移位间隔与理论设定穴孔间隔无显著差别,标准差低于0.5,整机工作精度准确。以当地自行培育的种苗为移栽对象,进行温室穴盘苗移栽生产试验,对比分析自动取苗移栽效能,结果显示多种穴盘苗移栽成功率平均达到90.70%,苗钵夹取破碎率低于5%,自动取苗移栽效果较好。     

穴盘苗斜楔块片状式取苗末端执行器设计

取苗末端执行器,是穴盘苗自动取苗机构的核心工作部件。为此,依据我国穴盘苗生产实际情况,设计了一种斜楔块片状式取苗末端执行器。选择72穴西葫芦穴盘苗作为试验测试对象,通过初步试验对比分析了不同夹持手指的取苗效果,优选出叉子形夹持手指取苗效果最好。同时,进行全因素试验研究叉子形手指取苗特性,得出当手指长度L为130mm、插入深度h为30mm、夹持角度β为12°时,取苗末端执行器的成功率达到9 5%,秧苗伤苗率为5%,兼顾取苗质量又减少了对秧苗的损伤。     

和田地区适宜机械化移栽的辣椒穴盘苗研究

为了找出在和田地区适宜使用移栽机作业的辣椒穴盘苗,对和田地区穴盘苗的力学特性开展试验研究。根据Box-Behnken中心组合设计原理,将不同的穴盘尺寸(基质上底面边长)、苗龄结合和田地区特有的基质块成分配比作为影响因子,设计基质抗压强度与基质摩擦特性的响应面试验,利用试验结果建立数学模型并对结论进行验证,得出穴盘苗培养的最佳方案:苗龄为50 d、穴盘尺寸为40 mm(72穴)、基质中沙子∶草炭∶棉秸秆=2∶3∶3。对最佳方案下的穴盘苗进行摔落试验与拔取试验,结果表明:含水量越高,基质损失率越高,且穴盘苗的摔落高度应控制在30 cm以内;采取直接拔取茎秆的方式将穴盘苗取出是可行的。     

番茄穴盘苗移栽机自动取苗机构的研制

为解决新疆穴盘苗移栽机的取苗机构自动化程度不高的问题,建立穴盘苗移栽机取苗机构的虚拟样机,并使用ADAMS对其进行运动仿真分析。同时,以取苗成功率为性能指标,以基质含水率、抗压力、摩擦角和翻转比为影响因素,进行正交试验。经过仿真分析,设定顶杆的顶出速度范围为1.5~2.3m/s,取苗效果理想。最终确定基质含水率为35,%的穴盘苗,基质抗压力为6N、摩擦角为35°时取苗成功率最高。该研究旨在为自动取苗机构的进一步设计、优化和研制提供理论依据。     

茄科蔬菜多株同步自动嫁接机设计与试验

以茄科蔬菜穴盘苗为作业对象，开展了多株蔬菜同步自动嫁接技术及关键机构研究。提出了基于劈接法的茄科蔬菜六株同步自动嫁接机的整机结构方案，该机可连续实现穴盘苗自动进给、砧穗木的切削与插接、嫁接夹的定向排序与持送上夹等功能。重点设计了嫁接机的砧木平切机构、砧木劈切机构、穗木推切机构、砧木与穗木插接机构、振动排序供夹装置及持送上夹机构等关键机构，确定了各机构的主要结构参数。以辣椒苗为嫁接对象，开展了六株同步嫁接机切削质量正交试验，试验结果表明，提高对苗株的夹持精度和切削速度及较小的茎秆纤维硬度有利于提高切削质量。当切削速度为1.5 m/s时，嫁接期辣椒苗样机性能验证试验结果表明，砧穗木切削合格率98.6%、嫁接合格率97.1%、嫁接成活率96.2%、嫁接效率720株/h,达到了设计要求。     

移栽机整排取送苗控制系统的设计与试验

针对目前全自动移栽机取送苗机构运动轨迹复杂、伤苗率高和工作效率低等问题,设计一种全自动移栽机整排取送苗控制系统。控制系统采用PLC作为控制核心控制步进电机和气缸驱动取苗机构完成整排穴盘苗的夹持、取送和苗盘的更换。根据装置工作要求,构建电气控制系统。通过台架试验,进行单因素试验验证,得到夹苗气缸的行程和压力分别为0.7 mm、0.6 MPa。在不同取送频率下对控制系统的定位精度以及整机的工作性能进行试验,试验结果表明:当取送频率为8次/min时取送效果最佳,此时取苗成功率为94.8%,送苗成功率为95.3%,综合损伤率为3.9%,说明该控制系统稳定可靠,定位精度高,满足穴盘苗整排取送的控制要求,可为穴盘苗的整排取送的实现提供参考。