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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

相互嫁接对两种生态型牛膝菊后代生长及镉积累的影响

为研究砧穗互作对超富集植物嫁接后代重金属积累的影响,通过盆栽试验,研究了相互嫁接对 2种生态型(矿山生态型和农田生态型)牛膝菊后代在镉胁迫下生长及镉积累的影响。结果表明,与未嫁接相比,相互嫁接的牛膝菊后代生物量、光合色素含量及可溶性蛋白含量的差异不显著或略有降低。矿山生态型的砧木及接穗后代抗氧化酶活性显著提高,而农田生态型的砧木及接穗后代抗氧化酶活性的变化不显著或略有降低。与农田生态型未嫁接相比,农田生态型的砧木及接穗后代的植株镉含量均显著降低,其中地上部分镉含量分别降低了 5.96%和 9.23%;与矿山生态型未嫁接相比,矿山生态型砧木后代植株的镉含量显著降低,但其接穗后代的植株镉含量显著升高。因此,砧穗互作能够影响牛膝菊嫁接后代的镉积累,且不同生态型相互嫁接能在一定程度上降低或提高牛膝菊后代的镉含量。     

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。     

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。     

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.     

不同砧木对嫁接西瓜经济产量及叶片矿质营养含量的影响

以西农八号西瓜为接穗,金瓜、中国南瓜、葫芦为砧木,研究了不同砧木对嫁接苗成活率、经济产量及各个处理生长发育期内叶片中9种营养元素含量变化的影响。结果表明,以葫芦为砧木的嫁接苗成活率最高,达到91.8%,极显著高于另外两种砧木嫁接苗的成活率; 同时,该组合产量也极显著高于对照及其他两个嫁接组合。三种砧木显著提高了生殖生长期接穗叶片中N、K、Ca、Mg的含量,其中葫芦砧木还显著提高了叶片中Cu、Zn、Mn的含量。金瓜-西农八号组合（Q-X）营养生长期叶片N、Zn含量,生殖生长期叶片中Cu、Mn的含量显著低于对照; 中国南瓜-西农八号组合（R-X）营养生长期Cu、Zn含量,生殖生长期Mn的含量显著低于对照。相关分析显示,西瓜叶片中不同矿质元素含量间的相关性随生育阶段而异。试验结果表明,葫芦砧木能显著提高接穗叶片中矿质营养含量,是组合葫芦-西农八号(G-X)增产的主要原因之一。     

高光谱荧光示踪无损检测瓜类作物嫁接苗愈合状态

为了减少瓜类嫁接苗的愈合管理时间,实现快速准确判别嫁接苗早期愈合状态,促进嫁接苗规模化生产及育苗产业发展。该研究制备了氮硫掺杂碳点,以该碳点为荧光示踪材料,以西瓜嫁接苗为研究对象,利用高光谱荧光成像方法,探究了西瓜嫁接苗早期愈合状态无损检测的高光谱荧光示踪成像方法。高光谱荧光示踪图像及光谱分析结果表明,利用氮硫掺杂碳点进行荧光示踪,通过高光谱成像仪对瓜类作物早期愈合状态高通量表型的鉴定,能快速、自动、无损地获取嫁接苗愈合的情况。同时,通过氮硫掺杂碳点处理后第12天,处理组的西瓜嫁接苗相较于对照组,根系增长量提升了78.7%,叶面积增长量提升了61.4%。因此,该研究方法可以提早判别嫁接苗的愈合连通,促使瓜类嫁接苗提早移栽,并且氮硫掺杂碳点处理可以促进嫁接苗叶面积和根系的生长,达到种苗壮苗的作用。