2JX-M系列蔬菜嫁接切削器作业试验

为了了解蔬菜嫁接切削器作业性能和为其生产应用提供技术指导,将2JX-M系列蔬菜嫁接切削器作业与人工作业进行了单环节作业和系统嫁接作业的对比试验。试验结果表明,在保证嫁接成功率大于90%的情况下,2JC-M型瓜类斜插法切削器嫁接作业生产率可达1100株/h,人均作业生产率是人工作业的1.64倍;2JP-M型茄类贴接法切削器嫁接作业生产率可达640株/h,人均作业生产率是人工作业的2.90倍。采用切削器嫁接作业与人工作业相比,可以提高作业生产率和作业质量,减小嫁接作业者嫁接熟练程度、作业疲劳和作业速度对嫁接成功率的影响。该研究为切削器的合理应用提供依据。     

2JC-350型蔬菜插接式自动嫁接机的研究

为解决中国蔬菜嫁接育苗作业中存在的人工嫁接速度低、嫁接苗成活率不高等问题，该研究采用成活率高、应用广泛、作业简单的插接法开发半自动机械嫁接装置。研究表明砧木与接穗对插接合作业环节是提高嫁接成功率的关键，采用双销定位机构，减小接穗外伸长度可以有效提高嫁接成功率。另外，机械嫁接作业与人工嫁接作业相比具有速度快、嫁接质量稳定等优势。研究开发出的2JC-350型插接式自动嫁接机操作方便、成本低廉、嫁接成功率高于90%，生产能力达350株/h，适合规模化嫁接育苗生产。     

流水线式茄科嫁接机砧木切削机构的试验研究

为有效提高茄科蔬菜嫁接机的作业生产率,该文提出了一种流水线式多工位机械嫁接作业方法,针对流水线作业特点,设计了可完成横向与纵向切削的砧木切削机构。试验结果表明,当砧木直径为4mm、扶苗带拉伸率为200%、砧木对位座工作面角度为90°时,扶苗成功率达到95%;当切刀厚度为1.8mm、切刀滞留时间≥0.8s时,砧木切口宽度达到最大;为保证接穗顺利插入砧木的切口中,在嫁接机的对接上夹工位需设置接穗导入装置。与人工作业相比,砧木切削机构作业速度显著提高、作业质量稳定。     

蔬菜嫁接苗高速切割装置设计

针对现有嫁接机存在技术不成熟、价格较高、难以大规模推广应用的问题,提出一种采用高速蔬菜苗切割输送装置配合人工嫁接的新型嫁接模式。蔬菜苗高速切割输送装置包括穴盘输送装置、拨苗装置、切割装置和蔬菜苗输送装置等。根据切割装置结构和工作原理,分析了穴盘输送速度、拨苗轮转速和切割频率之间的关系,并进行了试验研究。试验结果表明:切割装置采用成排连续切割的方式,其蔬菜苗切割效率达到37 000株/h,能够满足嫁接流水线37个人工嫁接工位的用苗需求,达到了30工位的设计要求;刀具切割频率、拨苗轮转速需要匹配穴盘输送速度才能获得最小伤苗率和最优切割成功率。该装置的研制为规模化嫁接苗的生产提供了一种高效率、低成本的人机协同生产方式。     

瓜类蔬菜嫁接砧木生长点去除机构设计与试验

针对现有瓜科嫁接机砧木生长点去除不干净,以及生长点去除过程中砧木苗易损伤的缺点,该文以葫芦苗为试验对象,通过瓜科蔬菜砧木苗生长点去除理论运动轨迹分析和对生长点去除机构的动力学分析,设计开发了一种应用于瓜科蔬菜嫁接的生长点去除机构,该机构利用模仿人工方法通过手指去除生长点的原理,采用曲柄连杆机构外加柔性手指,实现生长点的去除。试验结果表明,砧木苗在13~17 d培育期间内,所设计的机构能较好地去除砧木苗生长点,去除成功率达90%以上,伤苗率小于5%,所研发的瓜科蔬菜嫁接砧木生长点去除机构是可行的。该研究可为解决蔬菜嫁接砧木苗生长点去除困难提供参考。     

甜瓜贴接嫁接机切削装置工作参数优化与试验

为提高嫁接成活率并解决用工短缺的问题,全自动嫁接机的研发已成为当前热点。该文设计了甜瓜贴接嫁接机的关键部件嫁接苗切削装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化试验。论文在研制出切削装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接苗为研究对象,选取切削角度、切削半径和切削高度作为试验因素,以砧穗嫁接贴合百分比为试验指标,进行嫁接苗切削装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定了该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,嫁接苗切削装置的工作参数为切削角度-9°、切削半径39 mm、切削高度30 mm时切削装置切削效果最好,砧穗嫁接贴合百分比为98.2%,可以保证较高的嫁接成活率。切削装置可以成功地完成甜瓜嫁接苗的切削,满足设计要求。该研究为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供了参考。     

蔬菜嫁接机器人

嫁接载培是克服设施瓜菜连茬病害和低温障碍的最有效的途径。嫁接机器人技术，是集机械、自动控制与设施园艺技术于一体的高新技术，它可大幅度提高嫁接速度、明显降低劳动程度，并可提高嫁接成活率，被视为嫁接育苗的革命性技术。项目解决了蔬菜幼苗柔嫩性、易损性和生长的不一致性等难题，研制成功了具有自主知识产权的自动嫁接机器人系     

顶芽斜插嫁接时砧木插孔角度的确定

在顶芽斜插嫁接机械作业中,砧木插孔角度是保证嫁接苗质量、嫁接苗成活率及嫁接机器人作业稳定性的重要因素。因此该文以瓜类嫁接栽培常用砧木和接穗——南瓜、黄瓜、西瓜等为研究对象,对斜插嫁接机的砧木插孔角度进行了研究分析。该文首先在瓜类蔬菜嫁接常用砧木和接穗在嫁接适宜期间的形态结构参数进行测量基础上,利用图像分析技术对砧木生长点处的内部结构进行研究,构建了砧木苗生长点内部髓腔结构模型,并结合顶芽斜插嫁接工艺要求:砧木打孔作业时插签既要避免损坏子叶也不要避免进入髓腔,经研究确定砧木插孔角度最大为75°。基于上述研究构建了顶芽斜插嫁接试验台,试验台的砧木插孔角度为45°~75°可调,并以黑子南瓜和黄瓜幼苗为嫁接对象,设定砧木插孔角度分别为45°、50°、55°、60°、62°、65°及70°,进行了嫁接作业性能实测。试验结果表明:当砧木插孔角度为60°时,插入砧木髓腔的比率较低,同时机械化嫁接作业稳定性高,嫁接成功率最高,且嫁接苗的成活率可达91%。     

砧木上苗定位机构吸附块仿真设计与性能试验

为解决嫁接机人工上苗过程中砧木子叶损伤和叶柄劈裂问题，采用正压气流压苗和负压吸附定位原理，设计一种辅助自动上苗作业的砧木上苗定位机构。通过建立机构有限元分析模型，在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸附块内部气流场进行动力学仿真，获得气室内部流场分布情况及各因素对砧木子叶吸附力的影响。采用仿真正交试验对吸附块结构参数进行优化设计，确定吸附块各因素对吸孔平均吸力影响的主次顺序依次为出口负压、吸孔直径、吸孔深度；当吸附块出口负压3 kPa，吸孔直径1 mm和吸孔深度4 mm时，吸附块对子叶具有较好的吸附能力。上苗试验结果表明：该机构对白籽南瓜子叶吸附成功率为96.67%，压苗成功率为99.33%，综合上苗成功率为96.03%，伤苗率仅为0.67%，作业性能满足嫁接机自动上苗作业要求。子叶吸附失败原因是子叶方向和上苗高度控制不准确，以及子叶展角过小导致叶柄劈裂。吸附块作业面仿形和结构参数仿真试验对提高砧木柔性和安全上苗具有重要意义，大幅缩短了吸附块设计周期，研究结果为解决嫁接机自动上苗问题提供理论依据和设计参考。     

青菜头缩短茎滑切刀研制

青菜头机械化收获水平低下是制约青菜头产业发展的重要原因之一。为解决青菜头机械化收获过程中缩短茎切割难度大和农机与农艺融合程度低等问题,该研究提出了一款滑切式青菜头收获机并对其滑切刀作业参数进行分析与试验。首先,基于青菜头收获农艺要求阐述青菜头收获机整机及其切根装置的结构及工作原理,根据受力分析确定滑切刀安装方式。然后,对紫色土壤和滑切刀的接触参数进行标定并基于EDEM建立土壤-滑切刀互作模型,仿真分析不同作业速度、刀具夹角对滑切刀作业阻力的影响。结果表明:1)相同速度下,滑切刀交叉夹角与作业阻力负相关;2)相同滑切刀角度下,滑切刀作业阻力与作业速度正相关。以滑切刀切削阻力为评价指标,作业速度、刀具夹角、切割距离为影响因素进行切割试验并对试验参数进行优化,结果表明:滑切刀作业速度与切削阻力呈正相关,切割距离与切削阻力呈负相关,刀具夹角从60°到120°,切削阻力先减小再增大。影响切削阻力大小的主次因素顺序为作业速度、刀具夹角和切割距离。优化圆整后的滑切刀作业速度为0.1 m/s,刀具夹角65°,切割距离20 mm,3次重复试验得到的切削阻力依次为141.24、156.32和150.65 ...     

茄果类嫁接机砧木上苗装置设计

针对国内外嫁接机性价比偏低的问题,该文以华南农业大学的高速嫁接机2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机为基础,分别在砧木上苗工位和接穗上苗工位增设嫁接用苗输送链和转接手,实现砧木和接穗均单人上苗,成倍提高了嫁接机作业人员的上苗生产率。通过分析传递过程中带土坨砧木的受力情况,确定转接手结构尺寸,并且研制了具有较好拾苗性能的交叉闭合式送苗夹,其拾苗容偏能力可达5 mm。为防止在输送过程中砧木由输送链的苗座内脱出,选用高弹性橡胶贴合在苗座槽口上夹持砧木,以砧木弯曲度、苗座槽口深度及苗座槽口橡胶厚度作为影响因素,考察苗座槽口对嫁接用苗的夹持性能,试验结果表明当苗座槽口深度为8 mm、苗座槽口所用橡胶厚度为3 mm时,苗座可保证95%以上的砧木不脱出苗座,增设上苗装置后,可保证2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机在2 000株/h的生产率条件下,实现1 000株/h的人均嫁接生产率,综合上苗成功率达到92%以上。     

蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置设计与试验

针对穴盘苗取投苗装置机械结构较复杂、取投苗易失败等问题,该研究设计了一种蔬菜穴盘苗弧形展开式自动取投苗装置。通过对取投苗作业过程进行分析,提出整排取苗、弧形展开投苗的自动取投苗作业方式,对夹苗组件、导向槽、旋转接苗机构等进行设计,并确定各部件关键参数,搭建PLC自动控制系统,设计执行单元的气动回路方案,并提出匹配延时函数。以辣椒穴盘苗为试验对象,以平均取投苗频率、供气压力、基质平均含水率为试验因素,以取投苗成功率、损伤率为试验指标进行正交试验,并以较优参数组合进行重复验证试验。试验结果表明：平均取投苗频率为90株/min、供气压力为0.4 MPa、基质平均含水率为30%时,取投苗成功率为94.05%,损伤率为1.19%,该研究可为自动取投苗装置的研发提供参考。     

蔬菜嫁接机器人嫁接苗特征参数的视觉测量方法

嫁接用苗的直径、生长点坐标、苗长等特征信息,是判断能否嫁接匹配的有效参数特征,也是迅速获取机器人嫁接位置参数的重要依据。为了提取相关蔬菜嫁接机器人的嫁接用苗特征信息(嫁接苗生长点坐标、砧木苗子叶茎截面的长短轴直径、穗木苗子叶茎截面长短轴直径、砧木苗长度及穗木苗长度等),该文提出了一种图像处理综合算法。该算法首先确定采集后图像的初步目标范围,然后进行预处理,获得单色图像,利用灰度阶跃变化选定兴趣区域,而后对图像进行中值滤波和图像增强;利用基于高斯拟合、求反和基于大津法阈值分割相结合的信息提取方法,获得生长点横坐标,结合形态学开闭处理方法及逻辑搜索运算,引入有效行连续的概念,剔出强光噪声的干扰,获得了所需的各长短轴直径图像坐标;利用标定结果和相机图像到世界坐标转换的对应关系,获得最终各项指标信息。在自行研发的嫁接机器人样机上,以葫芦类砧木苗为试验对象,经过500次试验,与传统手工实际测量值相比,该算法实测值平均误差小于0.0053 mm,直径最大误差小于0.02 mm,从而验证了该算法的可行性和有效性。该算法能在线获取嫁接苗特征信息,满足嫁接实时要求。     

斜插式蔬菜嫁接机砧木夹持机构研制与试验

针对传统嫁接机采用整体式夹持片作为砧木夹持机构无法矫正砧木苗弯曲度而造成砧木苗夹持损伤,夹持力无法调节的缺点,该文以葫芦苗作为试验对象,在分析了葫芦苗结构参数和力学特性的基础上,设计开发了一种应用于斜插式蔬菜嫁接机并通过凸形和凹形夹持片交叉夹紧、夹持机构厚度和夹持力大小可调的砧木夹持机构,并确定了该机构的主要结构参数。试验结果表明,与普通夹持机构相比,该机构对砧木苗具有较好的导向作用,能较好地矫正砧木苗的弯曲状态,夹持成功率达到100%,提高了13.3个百分点,伤苗率仅为1.67%,比普通夹持机构减小了11.63个百分点,所设计的嫁接机砧木苗夹持机构是可行的。该研究可为蔬菜砧木苗嫁接机的设计提供参考。     

瓜类蔬菜斜插式嫁接砧木子叶自适应压持机构设计与试验

针对现有瓜类蔬菜嫁接机在砧木子叶压持过程中容易导致子叶根部折断,或由于压持力过大导致砧木子叶损伤等问题,以葫芦苗为试验对象,通过测定砧木苗子叶特征参数,设计制作了一种适用于瓜类蔬菜嫁接的砧木子叶压持机构,压持机构中的仿形垫块形态曲线与砧木苗子叶自然形态接近,防止子叶根部折断;在子叶压持过程中,压持机构的压辊能在仿形自适应垫块上自动滑移以实现压紧力自动调节,避免砧木子叶表面损伤。取60株苗龄15 d的葫芦苗进行子叶压持试验,并与没有加仿形垫块的砧木子叶压持机构进行比较,试验结果表明:加仿形垫块的压持机构子叶压持成功率为100%,无子叶根部折断和子叶表面损伤现象,生长点去除率达到98.3%,说明所设计的子叶自适应压持机构是可行的,该研究为解决蔬菜嫁接砧木子叶压持提供了设计参考。