蔬菜嫁接機(jī)秧苗夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

魏海燕

（博興縣綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，山東博興 256500）

0 引言

嫁接是植物的人工繁殖方法之一。為了使物種更符合人類生存發(fā)展的要求，通常會(huì)把一株植物的枝、芽和另一株植物的莖、根接合在一起形成兼具兩種植物特性的新品種，這個(gè)過程叫做嫁接，嫁接的目的是保留兩種植物各自的優(yōu)勢，使之特性更符合人類需求。嫁接的方式分為枝接和芽接。我國的蔬菜種植面積和產(chǎn)量在世界上都占有較高比重，蔬菜種植是一項(xiàng)保障民生的重要產(chǎn)業(yè)，研發(fā)與發(fā)展高效、高產(chǎn)量種植技術(shù)十分必要，機(jī)械化種植和植物的量產(chǎn)都更適合現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。

蔬菜作為關(guān)系民生的傳統(tǒng)農(nóng)作物，在傳統(tǒng)種植條件下容易受到土壤條件、種植密度、降水量等因素的影響，受病蟲害影響較大，采用嫁接技術(shù)可以避免蔬菜作物自身的局限性，同時(shí)提高蔬菜作物的抗蟲性，從而提高蔬菜作物產(chǎn)量，因此對高效嫁接技術(shù)的開發(fā)是提高農(nóng)作物生產(chǎn)率的重要條件。嫁接機(jī)是自動(dòng)嫁接裝置，大大提高了傳統(tǒng)人工嫁接的效率，現(xiàn)階段我國蔬菜嫁接采取以工廠化穴盤育苗為主體的作業(yè)方式，這種育苗方式是在穴盤中進(jìn)行，對砧穗木秧苗進(jìn)行夾持定位并切削，因此，蔬菜嫁接機(jī)夾持定位效果與嫁接成功率是密切相關(guān)的。本文通過對六株同步自動(dòng)嫁接設(shè)備中秧苗夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究，旨在對提高夾持成功率、減低秧苗損傷進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，以提高工業(yè)化接育苗的效率。

1 夾持機(jī)構(gòu)與工作原理

1.1 夾持機(jī)構(gòu)

首先選取合適的穴盤進(jìn)行育苗實(shí)驗(yàn)，穴盤內(nèi)育種可通過手工種植或機(jī)械種植，機(jī)械化播種效率高且精確度好，人工播種雖然效率較低但是可以手工對種子、秧苗進(jìn)行合理分配，但兩者均不能保證秧苗按播種時(shí)的條件生長，即秧苗生長到可嫁接階段時(shí)存在秧苗參差不齊的情況，加之秧苗間根須也存在交錯(cuò)，不利于夾持工作的進(jìn)行。因此，針對穴盤育苗進(jìn)行合理化播種實(shí)驗(yàn)來克服苗株之間的位置誤差是工作化育苗的第一步。本實(shí)驗(yàn)擬采用一行六苗對秧苗夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 嫁接秧苗夾持機(jī)構(gòu)示意圖

其中，輸送方向?yàn)榭v，水平為橫，縱向共培育六株秧苗。把秧苗不斷沿著水平方向進(jìn)行輸送，逐漸到達(dá)2號秧苗橫向夾持定位裝置的位置，在該區(qū)域秧苗實(shí)現(xiàn)夾持定位和切削、嫁接作業(yè)。3號位置是本裝置的輸送帶，4號位置是整行秧苗縱向夾緊裝置。夾持機(jī)構(gòu)的工作分兩部分進(jìn)行，首先是整行秧苗縱向夾緊，其次是單株秧苗橫向夾持。第一步進(jìn)行縱向夾緊，將一縱列的六株秧苗與機(jī)器分開做沿縱向的夾緊定位；第二步做單株秧苗的橫向夾持，主要針對縱向夾緊定位的秧苗，橫向夾持有六對夾持爪，用夾持爪可分別實(shí)現(xiàn)單株的橫向夾緊。在完成兩組夾持動(dòng)作后可進(jìn)行切削、嫁接作業(yè)。

1.2 工作原理

蔬菜嫁接機(jī)在采取機(jī)械化作業(yè)時(shí)需要保證砧木和穗木夾苗機(jī)械手在喂苗位置張開，當(dāng)砧木和穗木分別喂入苗后，機(jī)械手處于閉合狀態(tài)，閉合后的機(jī)械手在動(dòng)盤帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)90°至切削位置，此時(shí)由切削裝置分別對砧木和穗木進(jìn)行切削，秧苗繼續(xù)在動(dòng)盤帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)秧苗達(dá)到嫁接位置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)砧木苗和穗木苗的貼合，即完成嫁接過程，嫁接完成后機(jī)械手張開實(shí)現(xiàn)秧苗回盤。在嫁接秧苗夾持機(jī)構(gòu)作業(yè)中，需要注意保持機(jī)械手在合理位置張開和閉合，避免相鄰秧苗之間產(chǎn)生影響。同時(shí)，為保證切削過程的準(zhǔn)確度，一定要合理計(jì)算秧苗回盤的距離和時(shí)間，避免切削位置不理想造成的嫁接失敗。

2 關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

2.1 整行秧苗縱向夾緊裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

整行秧苗縱向夾緊裝置具體構(gòu)造如圖2所示?？v向夾緊裝置作業(yè)的主要流程是先由整行秧苗沿著縱向進(jìn)去夾持區(qū)域，兩夾緊桿拉出，橫移氣缸給予夾緊桿作用力使之實(shí)現(xiàn)夾持和拉出的動(dòng)作，時(shí)間測算可經(jīng)由光電傳感器對秧苗進(jìn)行探測并于合適時(shí)間驅(qū)動(dòng)兩夾緊桿夾緊秧苗，完成整行秧苗的縱向夾緊。

圖2 縱向夾緊裝置結(jié)構(gòu)圖

這個(gè)過程的注意事項(xiàng)是要將夾緊桿靠近秧苗底部，可以避免相鄰秧苗之間的相互作用。當(dāng)完成縱向夾緊工作時(shí)秧苗處于底部，為將秧苗送至適合單株秧苗橫向夾緊的定位區(qū)域，需由兩夾緊氣缸驅(qū)動(dòng)滑軌將秧苗向斜上方運(yùn)送，至此縱向定位步驟全部完成。

2.2 整行秧苗縱向夾緊裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

嫁接秧苗夾持機(jī)構(gòu)共計(jì)72孔位（包含6縱列12橫行），在秧苗夾緊作業(yè)中最重要的參數(shù)是兩夾緊桿最大間隙和最小間隙。已知實(shí)驗(yàn)所用穴盤的行間距和穴寬分別是42和40（單位mm），最小間隙則由夾緊桿夾緊狀態(tài)的空隙來確定，因此夾緊桿的最大間隙和最小間隙分別為34 mm和2 mm。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)測算，在夾緊間距不超過4 mm時(shí)，秧苗不容易因夾持造成損傷且可以合理規(guī)避秧苗之間的相互影響。

2.3 單株秧苗橫向夾持定位裝置結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

單株秧苗橫向夾持相比整行秧苗的縱向夾持需要更精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)測算。整行秧苗縱向和單株秧苗橫向夾緊都需要提前確定規(guī)格，因此夾持爪、穴盤、秧苗的規(guī)格都有具體尺寸要求，精確到0.1 mm。同樣要合理計(jì)算單株秧苗橫向夾持的位置并對其進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這樣才能保證夾持不易損傷秧苗。

單株秧苗橫向夾持定位裝置具體構(gòu)造如圖3所示。其中夾持爪由左右兩夾持爪單體組成，左夾持爪單體在氣缸驅(qū)動(dòng)下沿滑動(dòng)軌道同步滑動(dòng)，右夾持爪單體則被固定在另一移動(dòng)板，在右夾持氣缸驅(qū)動(dòng)沿滑動(dòng)軌道同步滑動(dòng)。當(dāng)氣缸伸出時(shí)夾持爪夾緊，反之松開，經(jīng)過兩次縱橫定位實(shí)現(xiàn)對單株秧苗的夾持定位。

圖3 橫向夾持定位裝置結(jié)構(gòu)圖

2.4 單株秧苗橫向夾持定位裝置參數(shù)的確定

橫向裝置參數(shù)將根據(jù)夾持爪的尺寸、穴盤規(guī)格、秧苗尺寸綜合確定。已知每相鄰?qiáng)A持爪之間，夾持中心的間距為42 mm，相鄰?qiáng)A持爪之間間距為12 mm，經(jīng)過反復(fù)測試，常見秧苗直徑為2.5～4 mm，選取常見秧苗進(jìn)行反復(fù)測試，表明在夾持孔徑為2.2～2.7 mm的時(shí)候，秧苗不易遭受損傷。

3 試驗(yàn)應(yīng)用與分析

3.1 夾持取苗試驗(yàn)

為確定本次秧苗嫁接實(shí)驗(yàn)中夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作性能參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用情況，可在砧木和穗木中分別進(jìn)行夾持取苗和嫁接作業(yè)性能試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)秧苗直徑分別為2 mm、3 mm、4 mm，秧苗嫁接夾持機(jī)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)72空位嫁接夾持機(jī)，裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)部參數(shù)均按照實(shí)驗(yàn)測得最佳數(shù)據(jù)進(jìn)行，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 夾持取苗試驗(yàn)夾苗成功率統(tǒng)計(jì)表

3.2 結(jié)果分析

通過對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中72孔位嫁接秧苗夾持機(jī)構(gòu)的夾持取苗成功率進(jìn)行測試，測試選取2 mm、3 mm、4 mm的秧苗，將不同直徑的秧苗分別進(jìn)行嫁接夾持取苗實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測得夾苗成功率為93%以上，傷苗率控制在3%左右，夾持取苗實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿意。

4 結(jié)語

對夾持機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化蔬菜嫁接的重要步驟，通過對蔬菜嫁接機(jī)秧苗夾持相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究，設(shè)計(jì)出一種72孔位的嫁接秧苗夾持機(jī)構(gòu)。文章首先對夾持機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說明，接著對夾持機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)進(jìn)行了合理的測算確定，最后通過具體的夾持取苗試驗(yàn)對夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行的夾苗成功率進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為滿意，希望為未來蔬菜嫁接工業(yè)化生產(chǎn)作業(yè)提供一定的理論支持。