2JC-500型自动嫁接机砧木夹持机构

通过对嫁接用砧木苗尺寸参数和力学特性的测定,得出砧木苗压缩形变量的安全范围不超过30%的结论.根据砧木苗的物理参数,使用计算机仿真技术(CATIA P3V5R14软件)对2JC-500型自动嫁接机的砧木夹持和压苗片机构进行设计.夹持方式采用弹性夹持,夹口采用仿形设计、刚性加紧及可更换式,适用于不同砧木的嫁接,提高了砧木的利用率.压苗片机构与砧木夹持机构联动,张角可达40°,便于嫁接操作,压苗效果明显,使砧木苗两子叶保持平整,提高了砧木苗的打孔精度和嫁接成功率.     

茄果蔬菜六株同步嫁接双向夹持定位装置设计

针对茄果蔬菜多株同步嫁接装备的结构要求，在对典型茄科嫁接苗几何参数和力学参数测定的基础上，设计了一种用于六株蔬菜同步嫁接机的双向夹持定位装置。装置由横向夹指机构与纵向夹指机构组成，由气动装置驱动夹指从横、纵两个方向实现对苗株的精准夹持定位。同时，确定了苗株夹指斜面张角为40°,并根据番茄和辣椒苗径参数和临界压力试验参数，确定了番茄和辣椒苗夹指口直径。采用自行研制的2JS-6型一组六株蔬菜自动嫁接机开展了夹持定位性能试验，结果表明：番茄和辣椒苗株的夹持合格率≥96%、夹持损伤率≤3%,均满足了设计要求。由于番茄与辣椒苗株几何形态和力学特性差异，番茄苗株的夹持合格率要低于辣椒的夹持合格率，且辣椒苗株的夹持损伤率低于番茄苗株。     

葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

基于葫芦科营养钵苗的“贴接法”嫁接技术,设计了由穗木夹持搬运机构、穗木切削机构、砧木夹持搬运机构、砧木旋切机构、嫁接夹自动排列输送机构、嫁接钵苗自动排列摆放机构组成的葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人。通过试验得出,该机器人的理论嫁接速度可达440株/h,实际操作嫁接速度达到285株/h,嫁接成功率为92%,与同类型的双人操作营养钵苗嫁接机相比,人均作业效率提高36%。增加了嫁接钵苗的后续自动排列摆放机构,提高了嫁接生产自动化程度。     

斜插式蔬菜嫁接机穗木气吸吸头优化设计

为解决嫁接过程中穗木苗夹持困难及夹持易损伤的问题,以西瓜苗为试验对象,设计了利用气吸方式对穗木苗进行定位和固定的穗木气吸机构.通过建立三维有限元模型,在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸头内部流体进行动力学仿真,获得了内部流体的流场分布及各因素对穗木苗吸附力的影响,采用正交试验法对吸头结构进行优化设计.结果表明,吸头各因素对试验结果的重要性次序为嘴型、真空度和沉孔深度,当吸头设计参数为真空度3 kPa、沉孔深度1 mm的H型吸嘴时,吸头具有较好的吸附能力.试验表明在该参数下吸头的吸附率约为97.8％,无伤苗现象,穗木插入已去除生长点砧木的成功率为85.6％.综合得出,所设计的穗木气吸机构是可行的,该气吸机构具有结构简单、成本较低的特点,为解决蔬菜嫁接穗木苗的夹持问题提供了设计依据.     

蔬菜嫁接用砧木苗位置纠偏机构试验研究

茄果类蔬菜砧木苗由于播种偏差和生长差异导致砧木苗中心偏移穴盘中心,可能在自动嫁接作业时对砧木苗造成损伤。为此,设计了一种砧木苗位置纠偏机构,通过1对拢苗手和砧木推板对砧木进行全方位约束,实现对砧木位置的纠偏。为了考察砧木苗位置纠偏机构对嫁接苗体的损伤情况,进行了砧木位置纠偏对嫁接苗体的损伤试验。结果表明：纠偏机构可以实现砧木苗偏移穴盘中心点4mm范围内的纠偏;当砧木苗向前偏移时,砧木苗位置纠偏机构“搂”回偏移的嫁接苗体的损伤率为4.9%;当砧木苗向后偏移时,砧木苗位置纠偏机构“推”出偏移的嫁接苗体的损伤率12.3%;当拢苗手和砧木推板的缓冲材料使用EVA缓冲时,没有嫁接苗体损伤;当拢苗手和砧木推板的缓冲材料使用0.3mm塑料薄膜缓冲时,嫁接苗体的损伤率为4.9%;当拢苗手和砧木推板没有缓冲材料时,嫁接苗体的损伤率为6.17%。     

带有托土机构的砧木夹持搬运装置及其嫁接机研究

提供一种带有托土机构的砧木夹持搬运装置,包括砧木夹持搬运机构,该砧木夹持搬运机构上设置有砧木夹持机构和托土机构。托土机构包括托盘、卸苗机构和驱动机构,托盘位于砧木夹持机构的下方,驱动机构安装在砧木夹持搬运机构上,托盘和卸苗件中的一个与驱动机构连接,另一个安装在砧木夹持搬运机构上。本研究同时提供一种嫁接机,包括上述带有托土机构的砧木夹持搬运装置,还包括操作台、砧木上苗机构、砧木切削机构、接穗上苗机构、接穗夹持搬运机构、接穗切削机构、供夹机构和传送机构,砧木夹持搬运机构安装在操作台上,托土机构的托盘位于传送机构上方。本研究能够实现嫁接苗的带土嫁接,提高嫁接苗存活率,使嫁接苗适应更多地区环境。     

移栽番茄穴盘苗钵体夹持压缩特性试验研究

番茄穴盘钵苗基质在机械移栽过程中的损伤率是影响栽植成功率的关键问题,为了降低钵苗在取苗过程中的损伤率,采用Box-Behnken设计试验方法,以夹持角度、含水率、夹片宽度为影响因素,以压缩破碎量和抗压强度为响应指标,借助TA-XTplus质构分析仪进行钵体压缩特性试验。应用Design-Expert.v8.0.6软件建立了各影响因素对响应指标的二次多项式模型并进行拟合,分析了各因素对响应指标的影响,并采用多目标优化法确定影响因素最佳组合。试验表明,各因素对破碎压缩量的影响大小为夹片宽度夹持角度含水率,对抗压强度的影响大小为夹片宽度夹持角度含水率;当夹持角度为8°,含水率为55%,夹片宽度为13 mm时,破碎压缩量7.11 mm,抗压强度0.056 Pa,效果最好。该研究为末端执行器设计及结构参数优化提供重要参考依据。     

整排式移栽机末端执行器的设计与试验

末端执行器是整排式全自动移栽机的关键机构,基本功能是实现钵苗的夹持和释放。为提高钵苗夹持成功率,减少钵苗损伤率,设计了一种适用于整排式全自动移栽机的末端执行器,并依据机构原理构建数学模型,确定各杆件的最优参数组合,构建控制系统实现对末端执行器夹苗和放苗的控制,结果表明各杆件尺寸参数符合精准夹持要求。     

瓜类嫁接机上苗定位夹持装置的设计

设计了一种新型嫁接机上苗定位夹持装置,可实现嫁接苗的定位、断根和夹取功能。新型上苗定位装置由滑块摇杆收拢机构和夹取断根机构两个部分构成,针对幼苗定位连杆末端需形成包络轨迹将嫁接苗包住的农艺要求,进行机构的数学建模和仿真优化,得到了最佳的结构参数。以“拿铁砧”葫芦苗为对象取苗进行试验,其定位夹持的成功率达93%以上,符合自动嫁接需求。     

蔬菜移栽机顶夹式取苗装置末端执行器设计与试验

为解决顶夹式取苗出现的顶苗失败、钵体被夹持时受压变形、破损等问题,以顶夹式取苗末端执行部件为研究对象,建立顶苗和夹苗过程力学分析模型,得出影响取苗效果的主要因素包括顶针直径、顶针长度、顶苗速度和夹苗加载距离。通过试验测定钵体相关物理性能参数,在EDEM软件中选用EEPA接触模型建立钵体颗粒模型。利用EDEM仿真模拟顶苗与夹苗过程,采用Box-Behnken设计法和单变量控制法分别进行顶苗和夹苗仿真试验设计,利用Design-Expert软件分析得到优化参数组合为：顶针直径1.9mm、顶针长度18mm、顶苗速度0.3m/s和夹苗加载距离4mm。在频率100株/min下进行取投苗性能验证试验,经过优化的取苗末端执行部件取投苗成功率93.25%,钵体完整度良好,满足叶菜类蔬菜穴盘苗自动旱地移栽取苗要求。     

单人工上苗式半自动蔬菜嫁接机关键机构设计与试验

半自动嫁接机价格低、适用蔬菜种类广,但其生产能力相对低。为简化操作、提高嫁接效率,设计一种单人工补给砧木和接穗苗的贴接式半自动蔬菜嫁接机。嫁接机关键部件包括砧穗木夹持旋转机构、旋转持苗防回转机构、切削机构等;其中,旋转持苗防回转机构采用了双棘轮反向止动,实现单电机驱动双轴间歇反向旋转,保证上苗和夹持工序有序配合;确定了砧穗木上苗位、夹持、切削、嫁接工位的较优布局,可实现单人工同时上砧、穗木苗。对南瓜和丝瓜穴盘苗进行嫁接试验表明:嫁接成功率达到89%,与人工相近;嫁接效率达到846.3株/h,是人工嫁接效率的3.3倍,证明该单人工上苗操作的贴接式嫁接机满足工厂化嫁接作业要求。     

穴盘育苗辊式同步压穴装置的设计

穴盘育苗中,均匀适宜的出苗间距可以减少幼苗间对光、养分等的竞争,保证幼苗健康生长,提高壮苗率,且减少了后续自动育苗移栽操作的夹持损伤。作为育苗环节之一,压穴质量好坏直接影响播种出苗居中性,关系到最终成苗质量。为实现育苗精准压穴,针对现有辊式压穴装置压穴对中性不稳定造成的穴孔中出苗不居中问题,在对压穴辊运动轨迹理论分析基础上,提出分段辊式同步压穴方式,以提高压穴居中率。同时,考虑压穴滚筒上压穴针粘黏基质清扫不净影响成孔效果和播深现象,设计出直线往复式压穴辊刷土机构,最终设计出相应的辊式同步压穴装置。该压穴装置主要由传送平台、压穴平台、电控系统和平台支架组成,实现了传送平台等间距输送穴盘及压穴辊转动与穴盘前进同步,保证了压穴对中性。基于PLC控制的电控系统可通过触控操作界面启停装置、调节压穴速度和监测压穴作业量,满足实时作业需求。该设计有效地解决了育苗过程中压穴对中性差影响成苗质量的问题,提高了幼苗分选移栽的可操作性,并为后续压穴压穴对种子出苗状况影响的研究提供了参考。     

均匀化育苗研究平台的设计与试验

标准苗的培育是机械嫁接过程的关键技术之一。为解决日光温室内植物幼苗向光弯曲的问题,且为探究不同LED光质对幼苗外观特征的影响,设计并研制了均匀化育苗研究平台。该研究平台由4个不同光质的培养小室组成,可根据幼苗生长期的不同,调节光源距离幼苗的高度,并利用机器视觉实时检测幼苗外观特征。以"北农亮砧"嫁接砧木为研究对象,在不同光照条件下进行了验证试验。试验结果表明:在不同光照条件下均可培育出长势均匀的幼苗,株高标准差小于7mm,茎粗标准差小于0.3mm,可用于培育外观特征一致的嫁接用幼苗;系统可实现对单株幼苗的外观特征无损检测,操作简单。     

瓜科全自动嫁接机砧木苗夹持切削机构的设计与试验

传统蔬菜嫁接采用人工嫁接,生产率低、作业质量难以保证,为了解决此问题,设计了一次作业循环可同时嫁接5株秧苗的全自动嫁接机.该机的砧木夹持切削机构是直接接触秧苗的重要执行部件,其设计是研究的重点和难点.为此,介绍了砧木苗夹持切削机构的总体结构和工艺流程,以及关键部件的构成及工作原理,该机构可实现砧木苗夹持、两次断根处理的自动化作业.     

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。     

蔬菜自动移栽机对置秧盘交替自动取投苗机构研究

针对现有蔬菜自动移栽机茎秆夹持式和钵体顶出式取苗方式的缺点,基于顶出-夹取结合式取苗方式,设计了一种适用于对称布置可弯曲秧盘的交替式取投苗机构。阐述了该机构工作原理、关键点运动轨迹和结构组成。分析了关键因素对秧苗夹持点运动轨迹的影响方式并优选了取值：驱动曲柄转速10r/min,取投苗摇杆长度为 309mm,驱动气缸伸出速度25mm/s,0.8s内完成拔苗,伸出时刻为提前0.4s。该参数组合下秧苗夹持点在拔苗阶段最大横向位移9.6mm,累计横向位移0mm,理论提升高度44mm,满足取投苗作业理论要求。以苗龄45d的辣椒秧苗为作业对象,进行了栽植频率70~120株/(min·行)的取投苗性能试验,试验结果表明,该交替取投苗机构在栽植频率100株/(min·行)时可实现取苗成功率93%,投苗成功率95%,总体成功率88%,满足取投苗作业要求,验证了该取投苗机构的可行性。     

幼苗盘自动搬运机取放装置设计

针对设施农业中播种、催芽、育苗、嫁接等作业需要大量劳动力搬运幼苗盘问题,设计了幼苗盘自动搬运机取放装置。该装置采用步进电机驱动,抓取手指与一对形状相同的传动链铰链连接,传动链同速同向,抓取手指做平移运动,实现取放幼苗盘。根据Pro/E软件机构模块进行运动仿真和分析,取放装置能够实现取放工作。试验结果表明:当幼苗盘托盘底面与无动力滚筒上表面平齐,端面水平相距30mm时,取放装置能够顺利取放幼苗盘。     

植物工厂岩棉块种苗移植机移植部件设计与试验

目前植物工厂岩棉块种苗移植装备自动化程度低,作业时大多依赖于人工,劳动强度大,效率低。基于植物工厂水培叶菜种苗移植现状设计了一种二级变间距的高速移植部件,并配备有一种拨指式定植杯分离辅助机构。对移植手取苗过程中岩棉块种苗进行受力分析,为移植手设计提供依据;开展拨指式定植杯分离辅助机构落杯试验,为后续植苗至栽培槽孔的定植杯中奠定基础。搭建移植机构试验平台,以取苗深度、岩棉块含水率、移植部件横移速度、移植手升降速度、移植手夹苗间距为试验因素进行五因素三水平正交试验,通过方差分析各因素对移植成功率的影响。试验结果表明：当取苗深度为24mm、岩棉块含水率为90%、移植部件横移速度为0.8m/s、移植手升降速度为0.24m/s、移植手夹苗间距为14mm时,机构移植成功率为97.9%,移植速度为3.132株/h,能够满足高速、高效、稳定的植物工厂岩棉块叶菜种苗移植机械化作业的技术需求。