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。     

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:该机构对白籽南瓜苗子叶吸附成功率为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。     

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。     

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。     

蔬菜嫁接机嫁接夹振动排序装置工作参数优化试验

为解决蔬菜嫁接夹外形结构复杂导致自动排序困难的问题,该文设计了贴接嫁接机嫁接夹振动排序装置,并采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化研究。论文在研制出振动排序装置样机的基础上,以典型的甜瓜嫁接夹为研究对象,选取振动电压、筛选挡杆的安装角度和安装长度作为试验因素,以排夹时间变异系数为试验指标,进行嫁接夹振动排序装置作业性能的单因素和二次回归正交试验,确定该装置的最优工作参数,并进行了试验验证。试验结果表明,振动排序装置的最优工作参数为振动电压40 V、筛选挡杆的安装角度25.7°、安装长度45.5 mm,此时振动排序装置排夹效果最好,排夹时间变异系数为68.22%,排夹成功率可以保证100%,排夹效率为70个/min。因此,振动排序装置可以成功地完成甜瓜嫁接夹全自动排序及输送,满足设计要求,研究结果为蔬菜全自动嫁接机的研制与开发提供重要的参考。     

半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机设计与试验

针对目前使用压缩基质培育的钵苗无法使用现有移栽机械完成栽植工作的问题,模仿人工先打穴后放苗的移栽方式,设计了一种半自动压缩基质型钵苗移栽机,包含有间歇式打穴装置、持苗栽植装置和钵苗输送装置。通过单因素试验测得2组不同含水率的西瓜钵苗的钵体侧面与滑道的摩擦系数分别为0.755、0.634,并分析了2组钵体抗压载荷与压缩量之间的关系。根据西瓜种植农艺要求及西瓜钵苗外形尺寸,确定了打穴器及钵苗夹持机构的结构尺寸。按照已知运动规律对摆动机构进行优化设计,阐述了持苗栽植装置的工作过程,使用解析法对其进行了运动分析。试验结果表明,拖拉机保持2.1~2.6 km/h的速度前进时,该机作业的平均株距为98.6 cm,株距合格率为90.62%;倒伏率为21.9%,能够基本满足西瓜钵苗移栽的要求。该研究为半自动压缩基质型西瓜钵苗移栽机的设计提供了参考。     

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。     

番茄钵苗移栽机自动取苗装置作业参数优化与试验

针对新疆地区番茄移栽机械自动化程度低、劳动强度大、作业效率低等问题,该文分析了一种番茄钵苗自动取苗装置的夹苗器凸轮运动过程,得到了凸轮运动过程参数,结合钵苗取苗作业要求搭建取苗试验台,对自动取苗装置主要工作参数进行优化。以适栽期番茄钵苗为试验对象,利用自动取苗试验台进行单因素试验。进一步结合理论分析及单因素试验,选取苗针长度、苗针开度、取苗频率为影响因素,以伤苗率、漏苗率和取苗成功率为评价指标进行三因素三水平二次旋转正交组合试验,通过Design-Expert.V8.0.6软件,得到理论最优参数组合:苗针长度198 mm,苗针开度19 mm,取苗频率57株/min,此参数组合下伤苗率为3.91%,漏苗率为1.56%,取苗成功率为94.69%。在自动取苗试验台上进行验证试验,取苗装置伤苗率为3.44%,漏苗率为1.72%,取苗成功率为94.38%,与优化结果基本吻合,验证了所建模型与优化参数的合理性。田间取苗试验伤苗率为3.65%,漏苗率为2.08%,取苗成功率为94.27%。田间试验取苗成功率与优化结果的误差为0.44%,表明取苗装置抗干扰能力较强。该研究结果可为番茄全自动移栽机取苗装置的结构改进和作业参数控制提供参考。     

斜插式嫁接机砧木子叶气吸夹结构及作业参数优化试验

针对目前插接式瓜类自动嫁接机作业过程中,砧木夹持采用的压苗机构,普遍存在机构复杂、机构动作耗时影响作业生产率等问题,开发了一种砧木子叶气吸夹。该文以瓜类嫁接生产中常用的黑籽南瓜砧木标准苗和黄瓜接穗标准苗为作业对象,通过砧木子叶展平特性测定和气吸夹结构与作业参数优化试验研究,确定了气吸夹的优化结构与作业参数,并在2JC-600B型斜插嫁接机上进行了带压苗机构砧木夹与砧木子叶气吸夹性能对比试验。结果表明：在气源工作压力0.25 MPa、吸孔直径4 mm、吸孔距生长点距离30 mm时,气吸夹展平子叶成功率可达100%;与压苗机构砧木夹相比,采用气吸夹可减轻操作者熟练程度对嫁接机作业性能的影响,提高子叶展平成功率和嫁接成功率,对于熟练操作者,在满足嫁接作业质量要求的情况下可减少砧木上苗作业时间1 s,使嫁接生产率由514株/h增至600株/h,提高16.7%。该研究结果可为斜插式嫁接机的开发设计提供参考。     

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明：前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。     

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。     

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%。     

树苗自动嫁接机砧木切削机构研究

使用树苗自动化嫁接机能实现优质苗木的快速繁育,砧木切削机构是其重要子系统,为实现树苗嫁接砧木自动化切削,通过对树苗自动化嫁接技术要求的分析,采用劈接的嫁接方法,设计了能实现自动对中、定位、固定、切削、退刀的用于树苗自动嫁接机的砧木切削机构,分析了该机构的工作流程,确定了砧木切刀形状尺寸参数、撑砧块和压砧块的形状尺寸参数以及各部分位置关系尺寸参数,经过样机试验表明,该机构在树苗自动嫁接机系统中运行稳定.     

Nitrogen‐use efficiency traits of mini‐watermelon in response to grafting and nitrogen‐fertilization doses

Two experiments were conducted to study the effect of grafting on nitrogen‐use efficiency (NUE) in mini‐watermelon plants. In the first study, mini‐watermelon plants (Citrullus lanatus [Thumb.] Matsum. and Nakai cv. Minirossa) either ungrafted or grafted onto Macis, Vita (Lagenaria siceraria [Mol.] Standl.), PS1313, and RP15 (Cucurbita maxima Duchesne × Cucurbita moschata Duchesne) rootstocks grown in hydroponics were compared in terms of shoot dry biomass, leaf area, root‐to‐shoot ratio, SPAD index, shoot N uptake, and nitrate reductase (NR) activity 40 d after transplantation in response to nitrate concentration in the nutrient solution (0.5, 2.5, 5, 10, 15, or 20 mM of NO$ _3^- $ ). In the second experiment, the suitability of a selected rootstock with high NUE (Vita) to improve crop performance and NUE of grafted mini‐watermelon plants was evaluated under field conditions. In the hydroponic experiment mini‐watermelon grafted onto Vita rootstock needed the lowest nitrate concentration (1.31 mM of NO₃) in the nutrient solution to reach half maximum shoot dry weight. Total leaf area, SPAD index, and shoot N uptake increased in response to an increase of N concentration in the nutrient solution. At 2.5 mM NO$ _3^- $ , mini‐watermelon grafted on either Vita or RP15 had the highest NR activity whereas no significant difference was observed at 10 mM NO$ _3^- $ . The open‐field study indicated that increasing N‐fertilization rates from 0 to 100 kg ha^–1 improved total and marketable yields of mini‐watermelon plants while decreasing NUE. When averaged over N levels, the marketable yield, NUE, N‐uptake efficiency, and N‐utilization efficiency were significantly higher by 39%, 38%, 21%, and 17%, respectively, in Minirossa grafted onto Vita compared to ungrafted Minirossa plants. Therefore, grafting mini‐watermelon plants onto selected rootstocks can be used as a quick and effective method for improving productivity and NUE.     

日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状,该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本,采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴;设计地面移位换行装置,用以承载清洗主机沿温室长度方向移动;为实现自动换行清洗,设计棚顶移位换行装置,调整棚顶吊绳安装高度,避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术,保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性,以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室,按外形尺寸5:1加工清洗样机,并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明,清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内,左右偏移量在±7 mm以内（换行操作时各偏移量无累积）;地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右;毛刷材料选型与关键参数设计合理,可对薄膜表面灰尘进行有效清洗,洗净率为95.4%,清洗效果明显该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时,有效解决了团队前期研发清洗机质量大易伤膜、自动化水平低等问题,为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。     

犁旋一体机自动调平系统设计与试验

为了解决犁旋一体机作业过程中调节机具问题,设计了一种犁旋一体机自动调平系统,该系统包括执行机构、控制系统、液压系统。根据犁旋一体机自身的特点,提出了一种确定调平角度范围的方法,并根据实际田间作业情况,运用EDEM仿真软件进行田间作业的虚拟仿真,仿真结果表明:地表平整度小于2 cm,满足农艺要求。在设计和仿真的基础上,进行田间试验,将手动调平的犁旋一体机的作业情况和自动调平的犁旋一体机的作业情况进行对照,分析了作业过程中机具的角度变化和作业后的耕深及其稳定性,地表平整度。结果表明:自动调平犁旋一体机相对于手动调平犁旋一体机,在耕深的稳定性和耕后地表平整度上有较为明显的提高,前者耕深稳定系数达到87.31%,后者为84.76%。前者地表平整度为1.97 cm,后者为2.56 cm。     

氯化钾对西瓜产量及氯离子残留量的影响

通过在干旱区西瓜上施用KCl肥料试验表明，K2O用量170—19kg／hm^2时，西瓜产量最高。在等养分基础上，KCl与K2SO4增产效果相当，但KCl经济效益更为显著；适量施用KCl可提高西瓜产量与品质；KCl肥料中的氯离子在于早区土壤累积比较严重，而对西瓜植株基本无影响。