41 第4期 楊 旭 等 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 楊 旭 1 初 麒 2 楊艷麗 2 辜 松 1 1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院 廣東 廣州 510642 2 廣州實(shí)凱機(jī)電科技有限公司 廣東 廣州 510640 摘 要 隨著設(shè)施蔬菜集約化生產(chǎn)模式的不斷擴(kuò)大 市場對(duì)蔬菜嫁接苗的需求量越來越大 依靠人工生產(chǎn)嫁接苗 難以滿足供求 機(jī)械化嫁接已經(jīng)成為提高蔬菜嫁接苗生產(chǎn)能力不可或缺的技術(shù) 嫁接夾供給是機(jī)械嫁接設(shè)備中關(guān) 鍵的作業(yè)環(huán)節(jié) 目前嫁接夾供給形式主要有振動(dòng)供給和切夾供給2種模式 振動(dòng)供給存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜 噪聲大 供 給不穩(wěn)定等問題 切夾供給結(jié)構(gòu)簡單 作業(yè)噪聲小 供夾穩(wěn)定 但是 針對(duì)不同嫁接作業(yè)形式 不同嫁接夾廠 家 嫁接夾的斷面形狀會(huì)有所不同 為保證切夾質(zhì)量和提高切刀使用壽命 有必要依據(jù)嫁接夾的斷面優(yōu)化切夾角 度和切削速度 本文研發(fā)設(shè)計(jì)了一種嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu) 并以茄果類蔬菜嫁接苗用擠壓成型嫁接夾坯為 作業(yè)對(duì)象 進(jìn)行了自動(dòng)供夾作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn) 結(jié)果表明 切夾速度與切夾角度對(duì)嫁接夾合格率有顯著影響 當(dāng)切 夾速度為26 cm s 切夾角度為30 時(shí) 切割的嫁接夾有96 長度偏差小于 2 mm 平均作業(yè)生產(chǎn)率達(dá)到873 株 h 可滿足實(shí)際生產(chǎn)的技術(shù)要求 關(guān)鍵詞 機(jī)械嫁接 嫁接夾坯 切割 自動(dòng)供給 設(shè)計(jì) 試驗(yàn) 中圖分類號(hào) S274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673 2154 2022 04 0041 05 收稿日期 2022 07 07 基金項(xiàng)目 廣東省設(shè)施農(nóng)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目 2022KJ131 作者簡介 楊旭 2000 男 本科生 主要從事現(xiàn)代園藝生產(chǎn)裝備的研究 E mail 37040732 通訊作者 辜松 1963 男 博士 教授 主要從事現(xiàn)代園藝生產(chǎn)裝備的研究 E mail sgu666 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備第43卷 第4期 2022年8月 Vol 43 No 4 Aug 2022Modern Agricultural Equipment 0 引言 連作障礙是同一作物或近緣作物連作以后 即使 正常栽培管理 也會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量降低 品質(zhì)下降 生 長狀況變差的現(xiàn)象 1 現(xiàn)代種植領(lǐng)域正在向單一作 物 高復(fù)種指數(shù)和集約化生產(chǎn)方向發(fā)展 2 這種趨 勢導(dǎo)致連作障礙問題愈加嚴(yán)重 輕者產(chǎn)量減少 重 者顆粒無收 嚴(yán)重影響了設(shè)施種植生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā) 展 3 蔬菜種苗嫁接作為一種綠色 生態(tài)可持續(xù)性 的重要技術(shù)措施 可有效克服連作障礙問題 增強(qiáng) 植株抗病害能力 提高作物產(chǎn)量 4 近年在蔬菜生產(chǎn) 中得到廣泛應(yīng)用 5 目前 嫁接苗生產(chǎn)主要依靠人 工作業(yè)完成 隨著大眾對(duì)蔬菜品質(zhì)要求的提高 6 越 來越多蔬菜種植戶和企業(yè)使用嫁接苗種植蔬菜 導(dǎo) 致依靠人工進(jìn)行蔬菜嫁接苗生產(chǎn)難以滿足市場需求 市場上產(chǎn)生了巨大的蔬菜嫁接苗供應(yīng)缺口 7 機(jī)械嫁 接技術(shù)在嫁接作業(yè)中代替人工進(jìn)行作業(yè) 完成嫁接 作業(yè)的自動(dòng)切削 對(duì)接等環(huán)節(jié) 在有效提高生產(chǎn)效 率的同時(shí)保證嫁接質(zhì)量 是推動(dòng)嫁接苗生產(chǎn)向現(xiàn)代 化 工廠化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)措施 8 因此 蔬菜種苗 種植企業(yè)對(duì)機(jī)械嫁接技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈 機(jī)械嫁接作業(yè)中嫁接夾的供給是實(shí)現(xiàn)砧木苗和 接穗苗成功嫁接的重要環(huán)節(jié) 目前主要有振動(dòng)供給 和切夾供給 2 種供夾方式 振動(dòng)供給使用振動(dòng)盤振 列供給的方式提供嫁接夾 技術(shù)成熟 被國內(nèi)外嫁 接機(jī)廣泛采用 但振動(dòng)供給也存在振動(dòng)盤體積笨重 供夾不穩(wěn)定等缺點(diǎn) 難以滿足高速嫁接對(duì)穩(wěn)定 高 效供夾的要求 切夾供給方式是將長條嫁接夾坯按 照固定長度切割后 提供給機(jī)械嫁接作業(yè)使用 這 種供給方式機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊 供夾穩(wěn)定且供夾效率高 但是 對(duì)于不同嫁接作業(yè)形式和嫁接夾廠家 嫁接 夾的斷面形狀是不同的 而切夾供給方式的切刀切 割嫁接夾坯的角度與嫁接夾坯的斷面形狀有直接關(guān) 系 不合適的設(shè)置將會(huì)導(dǎo)致切刀壽命過短 切后嫁 接夾切口不齊 從而引起嫁接夾輸送不暢等問題 因此 從提高嫁接生產(chǎn)效率考慮 全自動(dòng)蔬菜嫁接機(jī) 42 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2022年 是當(dāng)前機(jī)械嫁接技術(shù)的發(fā)展方向 9 研究并開發(fā)相應(yīng) 的自動(dòng)供夾機(jī)構(gòu)具有非常重要的意義 10 本研究針對(duì)茄果類嫁接苗用嫁接夾坯 設(shè)計(jì)了 一種嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu) 開展嫁接夾切割 作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究 確定合理的切夾角度等作 業(yè)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)茄果類蔬菜嫁接苗用嫁接夾坯的準(zhǔn)確 切割和穩(wěn)定供給 如圖 1 a 所示 1 自動(dòng)供夾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 設(shè)計(jì)條件 1 為靈活組合 調(diào)節(jié)切割與送夾作業(yè)動(dòng)作 采 用氣力驅(qū)動(dòng)和 PLC 控制 2 切割對(duì)象為圖 1 a 所示塑料擠壓成型嫁接 夾坯 具體斷面尺寸如圖 2 所示 3 為保證正常機(jī)械嫁接作業(yè) 嫁接用嫁接夾長 度要求為 15 2 mm 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)等長度推送嫁接夾坯 并將其切割成嫁接夾 如圖 1 b 所示 a 嫁接夾坯 b 切割后嫁接夾 圖 1 嫁接夾坯與切割后嫁接夾 圖 2 嫁接夾坯斷面尺寸 4 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸 送嫁接夾坯 按照設(shè)定長度切割嫁接夾坯 推送并 打開切好的嫁接夾 獲得信號(hào)后夾持砧木苗與接穗 苗等作業(yè)功能 1 2 總體設(shè)計(jì) 該機(jī)構(gòu)采用氣力驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行部件驅(qū)動(dòng)氣缸及電 磁閥均選用 AIRTAC 公司的產(chǎn)品 作業(yè)動(dòng)作的控制 器選用 Mitsubishi 公司 FX1S 20MR 001 型號(hào) PLC 根據(jù)設(shè)計(jì)條件中作業(yè)功能的要求 機(jī)構(gòu)設(shè)有推送部 件 切夾部件和開夾部件 如圖 3 所示 推送部件 包括夾槽 推送氣缸和夾持氣爪 由于卷裝包裝的 嫁接夾坯容易產(chǎn)生彎曲形變而影響推送效果 設(shè)置 夾槽的目的是把彎曲的嫁接夾坯調(diào)直 夾槽斷面形 狀與嫁接夾斷面輪廓匹配 根據(jù)嫁接夾幾何尺寸 嫁接夾在夾槽內(nèi)的夾持選擇 HFZ2 16D 型氣爪 依 據(jù)嫁接夾長度 15 mm 的要求 推送選擇 TCM16 20 型氣缸 通過調(diào)整螺絲將氣缸實(shí)際作用行程調(diào)節(jié)為 15 mm 氣爪通過鋁直角板固定在推送氣缸的氣缸 桿固定板上 切夾部件安裝在推送部件輸出端 包 括推刀氣缸 切刀單元和切夾座 依據(jù)切夾動(dòng)力需 求 推刀選擇 TCM16 30 型氣缸 切刀單元固定在 推刀氣缸的氣缸桿固定板上 推刀氣缸安裝在底板 上 在推刀氣缸的推動(dòng)下 進(jìn)入切夾座的嫁接夾坯被 切刀單元切斷成 15 mm 長嫁接夾 開夾部件由開夾 氣爪和提升氣缸組成 開夾氣爪選擇 HFZ2 20D 型 號(hào) 相較于 HFZ2 16D 有更大的夾持力 能夠保證穩(wěn) 1 夾槽 2 推送氣缸 3 夾持氣爪 4 開夾氣爪 5 提升 氣缸 6 切夾座 7 切刀單元 8 推刀氣缸 9 底板 圖 3 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)主要部件 43 第4期 楊 旭 等 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 定開夾 開夾氣爪將切割的嫁接夾打開 提升氣 缸將嫁接夾向上頂出至工作平臺(tái)以供嫁接作業(yè)使 用 依據(jù)嫁接夾供給機(jī)構(gòu)底板的高度 提升氣缸選 擇TCM16 70型 有效工作行程為70 mm 如圖 4 所示 切刀單元使用的刀片選用美工刀 片 尺寸為 100 mm 18 mm 0 6 mm 材質(zhì)為 SK5 碳素鋼 刀片通過螺釘固定在刀架上 1 推刀氣缸 2 刀架 3 緊固螺釘 4 切夾座 5 切刀 圖 4 切夾部件結(jié)構(gòu) 1 3 工作原理 如圖 3 所示 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的 工作過程如下 嫁接夾坯由夾槽中送入 夾持氣 爪夾緊嫁接夾坯 推送氣缸帶動(dòng)夾持氣爪將嫁 接夾坯向前推送 1 個(gè)嫁接夾長度的距離 嫁接夾 坯被推進(jìn)切夾座 接著 推刀氣缸快速帶動(dòng)切刀 單元切斷嫁接夾坯 隨后 夾持氣爪與推送氣缸 配合 再次循環(huán)推送嫁接夾坯 切好的嫁接夾在 推送氣缸第 2 次推送嫁接夾坯時(shí)被頂入開夾氣爪 中 開夾氣爪打開嫁接夾后 提升氣缸上升 帶 動(dòng)開夾氣爪上移 使嫁接夾頂出 將其送至嫁接 工作臺(tái)面 待砧木苗和接穗苗放入對(duì)接后 再通 過觸發(fā)電磁腳踏開關(guān) 開夾氣爪打開 在材料自 身彈性作用下 嫁接夾夾住接穗苗與砧木苗的創(chuàng) 口 完成 1 次供夾嫁接作業(yè) 然后 嫁接夾切割 式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)再次循環(huán)相同步驟 供給下 1 個(gè) 嫁接夾 2 自動(dòng)切夾作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn) 為確定合理的嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的作 業(yè)參數(shù) 通過切割作業(yè)過程 對(duì)機(jī)構(gòu)切割嫁接夾坯 的效果進(jìn)行了試驗(yàn) 切割性能主要取決于核心切夾部件 如圖 4 所 示 影響切夾效果的主要因素包括切夾速度和切夾 角度 試驗(yàn)考察切刀切割嫁接夾坯的作用力 切夾 時(shí)嫁接夾坯的變形及切割嫁接夾合格率 如圖 5 所 示 切夾速度是指切刀在切夾過程中的平均速度 切夾角度是指切刀刃口與切夾速度之間的夾角 切 割嫁接夾合格率是指切割后嫁接夾的長度誤差范圍 在 2 mm 即 13 17 mm 之間的嫁接夾個(gè)數(shù)與 總數(shù)的比值 當(dāng)嫁接夾長度不穩(wěn)定會(huì)影響送夾作業(yè) 的穩(wěn)定性 依據(jù)切夾作業(yè)可行作業(yè)參數(shù)范圍 試驗(yàn) 中切夾速度取3個(gè)水平值 分別是快 26 cm s 中 18 cm s 慢 10 cm s 切 夾 角 度 取 為 30 40 50 考察切刀切割嫁接夾坯的作用力 使用 IMADA DS2 50N 型測力儀 考察切夾時(shí)嫁接夾坯變 形量 使用 SONY FDR AX700 型數(shù)碼攝錄機(jī) 采用 300 幀 幀率高速攝影進(jìn)行拍攝 圖 5 切夾作業(yè)過程 3 結(jié)果分析 圖 6 為在慢 10 cm s 切夾速度下不同切夾角 度的切割作用力 從圖中可以看出 隨著切夾角度 增加 作用力平均值呈現(xiàn)出上升趨勢 作用力最小 值出現(xiàn)在切夾角度為 30 為 14 7 N 此角度下對(duì)應(yīng) 44 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2022年 圖 6 切夾角度與作用力的關(guān)系 此種嫁接夾坯的斷面特征切割力表現(xiàn)的較小 當(dāng)切 夾角度為50 時(shí) 作用力高達(dá)20 1 N 這說明此時(shí)嫁 接夾坯不容易被切斷 通過切割變形情況分析 也可了解嫁接夾坯切 割作用力的情況 通過高速攝影獲取切夾變形情況 如圖 7 為切夾速度 切夾角度各水平組合條件下嫁 接夾坯切割時(shí)的最大變形時(shí)刻 通過圖 7 的變形量 得到表 1 所示的變形量數(shù)值 圖 7 切刀速度與切夾角各試驗(yàn)水平組合下嫁接夾坯變形程度 45 第4期 楊 旭 等 嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 表1 不同條件下嫁接夾坯切割變形量 單位 mm 快速 中速 低速 切夾角 30 0 31 0 09 0 38 0 15 0 39 0 17 切夾角 40 0 32 0 12 0 46 0 21 0 51 0 22 切夾角 50 0 49 0 27 0 79 0 29 0 92 0 35 由表 1 中的具體變形量數(shù)據(jù)顯示 各條件下總 體變形量由0 31 0 92 mm 切夾角度在 30 40 范圍內(nèi) 切割變形并不大 但是切夾角度達(dá)到 50 時(shí) 切割變形量增加了 2 3 倍 另外 嫁接夾坯切 割時(shí)的變形量總體上與切夾速度成反比 這種趨勢 隨著切夾角度的增加 表現(xiàn)得越發(fā)顯著 在切夾角 度 50 的情況下 低速的切割變形量是高速時(shí)的 1 87 倍 進(jìn)一步分析各條件下切割變形量的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)差 見圖 8 可以看出標(biāo)準(zhǔn)差與切夾速度成反比 與 切夾角度成正比 這表明 切夾速度越低 切夾角 度越大 切割變形量的變化跳動(dòng)越大 呈工作不穩(wěn) 定趨勢 因此 選取作業(yè)切夾速度和切夾角度應(yīng)盡 量避免這些區(qū)域 圖 8 切刀速度與切夾角各試驗(yàn)水平 組合下變形量標(biāo)準(zhǔn)差 通過試驗(yàn)結(jié)果分析 確定切夾速度和切夾角度 均對(duì)嫁接夾坯切割變形量有一定的影響 切夾速度 與切割變形量及變化跳動(dòng)程度成反比 切夾角度與 切割變形量及變化跳動(dòng)程度成正比 隨著切夾速度 降低 切夾角度增大 切割變形量越來越大 且切 割變形量的變化跳動(dòng)程度也越明顯 即工作越不穩(wěn) 定 認(rèn)為這是影響切割嫁接夾合格率的主要原因 為驗(yàn)證結(jié)論 選擇快 26 cm s 切夾速度 30 切 夾角度的作業(yè)參數(shù) 對(duì)切割嫁接夾合格率進(jìn)行測試 結(jié)果顯示切割嫁接夾合格率達(dá)到了 96 可滿足實(shí) 際生產(chǎn)的技術(shù)要求 在完成自動(dòng)切夾作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)后 對(duì)嫁接 夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)的實(shí)際作業(yè)性能進(jìn)行測試 即砧木苗 接穗苗的對(duì)接和自動(dòng)上夾作業(yè)試驗(yàn) 選擇切夾速度為快 26 cm s 切夾角度為 30 的作 業(yè)參數(shù)進(jìn)行測試 結(jié)果顯示 使用該機(jī)構(gòu)進(jìn)行上夾 作業(yè) 其平均速度為4 122 s 株 平均生產(chǎn)率達(dá)到 873 株 h 4 結(jié)論 1 本研究設(shè)計(jì)的嫁接夾切割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu) 主要由推送部件 切夾部件 開夾部件和 PLC 控 制單元組成 能夠?qū)D壓成型嫁接夾坯切割成固 定長度的嫁接夾并推送到工作位置以供嫁接作業(yè) 使用 2 自動(dòng)切夾作業(yè)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明 切夾 速度和切夾角度能夠顯著影響切割嫁接夾合格率 當(dāng)切夾速度越低 切夾角度越大時(shí) 嫁接夾坯的切 割變形量越大 且切割變形量的變化跳動(dòng)程度越明 顯 工作性能越不穩(wěn)定 3 選擇切夾速度為 26 cm s 切夾角度為 30 的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行切割嫁接夾合格率測試 結(jié)果顯示 此時(shí)的切割嫁接夾合格率為 96 能夠滿足實(shí)際生 產(chǎn)的技術(shù)要求 在同樣的作業(yè)參數(shù)下 對(duì)嫁接夾切 割式自動(dòng)供給機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際作業(yè)試驗(yàn) 嫁接作業(yè)平 均生產(chǎn)率達(dá)到了 873 株 h 參考文獻(xiàn) 1 高群 孟憲志 于洪飛 連作障礙原因分析及防治 途徑研究 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2006 3 60 63 2 張子龍 王文全 植物連作障礙的形成機(jī)制及其調(diào) 控技術(shù)研究進(jìn)展 J 生物學(xué)雜志 2010 27 5 69 72 3 鄭軍輝 葉素芬 喻景權(quán) 蔬菜作物連作障礙產(chǎn)生 原因及生物防治 J 中國蔬菜 2004 3 57 59 4 白雪 番茄嫁接栽培對(duì)其產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響 J 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 2009 37 3 131 132 5 姜?jiǎng)P 馮青春 王秀 等 國外蔬菜嫁接機(jī)器人研究 動(dòng)態(tài) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2020 40 4 10 17 6 別之龍 長江流域設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與思考 J 長江蔬菜 2018 8 24 29 下轉(zhuǎn)第55頁 55 第4期 鮑春輝 等 低場核磁共振技術(shù)在稻谷水分測定中的應(yīng)用 If the interval between constant weights is prolonged the weight difference between the two measurements will exceed 2 mg and it is difficult to judge the drying end point Therefore it is speculated that the moisture measured by the national standard method is not the true value of the sample moisture At the same time this paper studies the effects of whole grain and different crushing methods on moisture measurement as well as the effects of vertical crushing time and whole grain drying time on moisture measurement in order to explore the true value moisture of rice and also provide guidance for more reasonable and accurate moisture measurement and verification of low field NMR technology which is conducive to further development and application in the later stage The results showed that the water content of whole rice was lower than that of rice after vertical crushing indicating that crushing would change the ratio of bound water to free water with the increase of milling time the bound water first increased and then decreased and the free water gradually decreased the true moisture of rice can not be obtained by prolonging the drying time Key words low field nuclear magnetic resonance LF NMR paddy rice water content 7 Z L BIE Y HUANG The History Current Status and Future of the Vegetable Grafting in China C Programme and Abstracts of 1st ISHS International Symposium on Vegetable Grafting ISVG 2014 2014 15 8 姜?jiǎng)P 瓜類貼接式機(jī)械嫁接機(jī)理及裝置試驗(yàn)研究 D 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 9 樓建忠 斜插式瓜類蔬菜嫁接裝置機(jī)理研究及優(yōu)化 設(shè)計(jì) D 杭州 浙江大學(xué) 2014 10 李軍 張鐵中 褚佳 等 全自動(dòng)整排蔬菜嫁接 機(jī)嫁接夾輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2017 48 1 14 20 Design and Experiment of Automatic Feeding Mechanism for Grafting Clip Yang Xu 1 Chu Qi 2 Yang Yanli 2 Gu Song 1 1 College of Engineering South China Agricultural University Guangzhou 510642 China 2 Guangzhou Sky Mechanical grafting clip blank cutting automatic feeding design experiment 上接第45頁