荷兰蔬菜种苗生产装备系统发展现状及对中国的启示

为提高生产率、降低劳动强度和减少生产成本,荷兰蔬菜育苗生产中广泛使用精量播种生产线、嫁接作业生产线、岩棉块种苗生产线和相应配套机具,并借鉴花卉物流化生产模式,开发出穴盘输送装备、岩棉块搬运铺放专用车等生产物料搬运装备,实现了高效、省力、自动化生产。该文结合生产实例分析了利用岩棉块种苗生产线直接播种生产蔬菜种苗和利用播种生产线、嫁接作业生产线及岩棉块种苗生产线生产蔬菜嫁接苗的作业流程,并讨论了各生产流程的作业特性。综合以上论述,总结出荷兰温室种苗生产具有以下特点：由于岩棉具有保水透气、病菌易控等优点,潮汐灌溉具有操作方便可自控、节约水资源等优点,在温室蔬菜生产中广泛采用岩棉块栽培和潮汐灌溉;蔬菜生产效益低于花卉生产效益,造成蔬菜种植企业在自动化生产方面的资金投入相对较低,与花卉生产相比自动化程度也相对较低;精量播种生产线、嫁接作业生产线和岩棉块种苗生产线构成蔬菜种苗生产装备系统的主体,生产线将装备作业环节与人工作业环节按作业流程有机结合,快速提高蔬菜生产效率;针对蔬菜种苗生产中作业量大、劳动强度大的生产物料搬运环节,采取多种途径,提高自动化作业水平,减轻劳动强度,提高生产率。针对中国温室蔬菜生产所面临的劳动力短缺、劳动成本逐年提高、自动化生产水平低下和作业生产率不高等问题,借鉴荷兰设施园艺自动化生产技术的发展经验,中国蔬菜种苗生产应以提高生产率和降低劳动强度为核心目标,注重集成开发,利用现有成熟技术,重点集中开发自动化装备的关键技术,提高开发效率;在构建设施农业装备生产系统方面,应在提高生产自动化水平的基础上,综合考虑装备性价比,引入温室内部物流化生产模式,构建物流化生产系统,提高种苗生产的总体生产效率,促进中国温室园艺生产模式的现代化转型。     

电磁力在蔬菜自动嫁接机上的应用

为进一步提高嫁接作业生产率并简化机构,在瓜科蔬菜插接式嫁接机上采用电磁力作为主要驱动力,进行了嫁接作业用电磁铁性能、电磁铁阻尼器性能及嫁接机作业性能等试验研究。试验结果表明在使用阻尼器的条件下,电磁力插接式嫁接机可实现正常嫁接作业;与凸轮杆件机械传动方式相比,嫁接机的嫁接作业生产率可提高近43%,并且其综合嫁接成功率可以保持在90%以上。但是,电磁力插接式嫁接机连续作业1 h后,电磁铁线圈升温会导致电磁铁的电磁力下降20%左右,应在设计选型时考虑这个因素。     

白掌组培苗育苗期可视化建模研究

为给花卉种苗自动化生产装备开发提供形态设计参数,为普通育苗户提供育苗过程中各时间点育苗质量评价依据,研究白掌组培苗在标准生长环境下的三维动态仿真模型。针对白掌组培苗育苗阶段,采用机器视觉测量法对育苗过程跟踪测量,分析苗的主要外形参数与生长时间的关系,得到各主要外形参数生长曲线。结果表明:白掌苗各外形参数均与时间呈现二次多项式函数关系,且相关性皆在0. 85以上。根据其外形参数曲线及函数关系,结合参数L系统生成白掌育苗期动态仿真模型,通过与标准生长环境下的苗状态对比,其生长状态基本一致。研究结果可为其他观叶类花卉种苗的动态测量和建模提供参考。     

瓜类蔬菜斜插式自动嫁接方法

对瓜类人工嫁接及机械自动嫁接方法进行了比较分析,提出断根顶芽斜插式自动嫁接方法并研制出斜插法嫁接试验台.结果表明,斜插机械自动嫁接法可以避免直插法存在的作业不稳定、接穗易脱落等问题,插穗成功率92%,接苗成活率90%.该方法工序简单、稳定性高、易于推广,嫁接苗适合工厂化集约生产,具有很重要的实用价值.     

茄果类种苗贴接法嫁接下压夹持试验

针对目前茄果类贴接式嫁接机嫁接苗切口贴合不紧密、贴接夹持效果不理想及对苗径要求高等问题,基于贴接式嫁接机理,提出采用接穗下压工艺开发茄果类贴接式嫁接机。为探究接穗下压工艺机理,对贴接法嫁接苗夹持力进行力学分析。结果表明:增加接穗下压位移可以增大夹持力和切口贴合力,接穗下压位移产生局部形变区使夹持力和切口贴合力增大。为研究接穗下压工艺实际特性,以番茄贴接法为例,对不同接穗与砧木直径组合、不同接穗下压位移进行接穗下压特性试验,结果表明:随着接穗下压位移的增大,局部变形区夹持力和切口贴合力明显增大,接穗下压位移为1mm时产生的夹持力和切口贴合力最理想。     

马铃薯组培苗气力引导式移植手设计与试验

多手并行移植作业可有效提高接种效率,而现有组培苗接种移植手结构复杂、占用空间大,不适于狭小空间内多移植手并行接种作业,且对组培苗个体差异适应性较差,存在夹苗不稳或伤苗的情况,针对上述问题该文设计了一种负压引导式气力把持移植手,通过负压气流对马铃薯组培苗进行引导与把持,强化对组培苗个体差异的适应能力,实现组培苗的柔性容偏把持。该文对移植手吸嘴进行了三维建模及流体仿真分析,确定移植手吸嘴形式为外径5 mm、内径4 mm圆管状,前端设置90°夹角引导翅,引导翅顶点间距为10 mm。针对移植手引导性能进行正交试验,结果表明:对于平均苗径为(1.23±0.21)mm接种期马铃薯组培苗,当吸嘴真空度为8.6×10~(-3) MPa时,对组培苗容偏引导半径为4 mm。在移植手吸嘴真空度为8.6×10~(-3) MPa条件下进行茎段切割及扦插作业性能试验,结果表明:当利用厚度0.3 mm、直径45 mm圆盘切割刀以7 r/s以上转速切割茎段时,保证正常切割效果的进给速度可达0.03 m/s;对于直径为(0.7±0.1)、(1.1±0.1)、(1.5±0.1)mm条件下茎段,扦插速度为0.01 m/s时,茎段扦插成功率可达100%。该研究可为马铃薯组培苗自动移植设备开发提供技术参考。     

基于叶片下苗茎侧视图像的白掌穴盘苗品质检测

针对穴盘苗叶片之间相互覆盖难以利用俯视图像判断种苗品质的问题,该研究以白掌苗为研究对象,提出一种叶片下观测苗茎局部区域的方法,通过提取穴盘苗叶片下苗茎参数,结合种苗级别判断标准,实现叶片相互覆盖穴盘苗的自动化品质检测。该方法首先确定白掌苗苗茎品质分级临界值,并构建由微型相机和导光纤维组成的苗茎图像采集单元,在检测室暗室环境中捕获白掌苗叶片下光纤光斑区域苗茎图像,利用视觉算法提取苗茎图像和苗茎投影面积,通过提取的待测白掌苗苗茎投影面积与白掌苗苗茎品质分级临界值对比分析,确定不合格苗,并返回不合格苗穴孔位置信息。试验结果表明,穴盘苗品质检测准确度主要受种苗在穴中位置和输送速度影响,当苗偏离穴中心10 mm以上时,种苗品质检测准确度最低降至85%以下。当种苗品质接近分级临界值时,种苗品质检测准确度略微下降,但不显著（P>0.05）。针对72孔待售白掌穴盘苗进行品质检测试验,试验结果表明,当输送带速度为0.045 m/s,苗茎偏离距离在10 mm内,系统的识别准确率可达97.92%,对应生产率为150盘/h（10 800株/h）。本研究可为存在相邻叶片覆盖时穴盘苗分级、品质检测的自动化评估提供理论指导和参考。     

谷物干燥机自动控制系统的设计

根据谷物烘干的基本原理，对谷物干燥机内谷物的温度和水分进行在线监测，完成了监控系统的硬件和软件设计，实现了系统的自动控制。     

稻谷干燥爆腰的试验研究

稻谷干燥过程是一个复杂的热量交换和质量传递过程。稻谷干燥品质指标主要包括稻谷干燥终了的含水率和爆腰率。基于此概念,试验研究了不同干燥条件对稻谷爆腰率的影响。结果表明:采用控制干燥速度和避免过度干燥的方法,可以有效地降低稻谷爆腰率,提高稻谷干燥品质。