育苗紙缽自動裝盤裝置的試驗研究張 洋1，范開鈞1，初 麒2，蘇穎欣1，劉小耿1，辜 松1，夏紅梅1( 1華南農(nóng)業(yè)大學 工程學院，廣州 510642; 2廣州實凱機電科技有限公司，廣州 510642)摘 要: 紙缽育苗可有效提升種苗根系的發(fā)育質(zhì)量，為種苗后續(xù)分級、嫁接、移植的機械化作業(yè)打下重要技術(shù)基礎。目前，國內(nèi)大多企業(yè)所采用的紙缽機多為單頭、半自動作業(yè)形式，缺少紙缽自動裝盤設備。紙缽機制作出紙缽基質(zhì)塊后，需人工向穴盤裝填紙缽，作業(yè)效率低，勞動強度大;國外雖有紙缽裝填機，但價格高，且無法與國產(chǎn)設備配套。為實現(xiàn)紙缽自動快速裝入穴盤，完善育苗生產(chǎn)線，設計了一款育苗紙缽自動裝盤裝置。該裝置與紙缽機配合作業(yè)，將規(guī)格為高度 50mm 紙缽裝入 72 孔穴盤。通過裝盤性能試驗，得到紙缽質(zhì)量、紙缽和轉(zhuǎn)運杯之間直徑差與落料成功率的關系，結(jié)果表明:紙缽質(zhì)量水平為高、紙缽和轉(zhuǎn)運杯之間半徑差為 3mm 時，成功率可達9444%，生產(chǎn)可達 3 130 穴/h。關鍵詞: 育苗; 紙缽; 自動裝盤; 穴盤; 轉(zhuǎn)運杯中圖分類號: S2231; S2203 文獻標識碼: A 文章編號: 1003188X(2020)040180040 引言紙缽是由育苗專用紙將基質(zhì)包裹而成的育苗基質(zhì)塊，由于基質(zhì)存在一定的填充密度，紙缽雖然兩頭無底但卻不容易散坨，是一種新興的育苗手段。傳統(tǒng)育苗中，由于苗床多次的反復使用、頻繁重茬，容易導致土壤根結(jié)等危害;后期間苗、分級工序頻繁拔出、移栽，極大影響種苗苗的存活率，且移栽后需要很長的緩苗期1。穴盤育苗在工廠化蔬菜生產(chǎn)中是最常見的一種栽培方式，但生長在穴盤中的種苗根系盤結(jié)，基質(zhì)與穴盤附著力強，導致移栽難度大，使用紙缽育苗可起到固根作用，并為自動化種苗分級、嫁接、移植提供良好的技術(shù)基礎。使用紙缽育苗后，幼苗根系生長快速且又健康，出圃時間短;與穴盤育苗相比，紙缽根系更加的多且粗壯，不窩根盤根，紙缽育苗的移栽效果要比穴盤育苗好得多;紙和根系同時包絡基質(zhì)，成型效果好，可避免震動損失，方便運輸;最重要的是可以實現(xiàn)全自動化的生產(chǎn)，包括自動分級、移栽和嫁接等工序;對于大規(guī)模育苗企業(yè)，可以極大地降低勞動成本且提高種苗的一致性和質(zhì)量26。收稿日期: 20190109基金項目: 國家重點研發(fā)計劃項目( 2017YFD0701301)作者簡介: 張 洋( 1994)，男，黑龍江伊春人，碩士研究生，( Email) 852023749 qqcom。通訊作者: 辜 松( 1963)，男，廣東汕頭人，教授，博士生導師，( Email) sgu666 sinacom。目前，國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)種生產(chǎn)育苗紙缽的機器，也有針對紙缽基質(zhì)的播種機和針對紙缽苗的移栽機、嫁接機等。國內(nèi)生產(chǎn)育苗紙缽機器的模式多為單頭生產(chǎn)，且不附帶自動紙缽裝盤裝置，采用人工將紙缽機生產(chǎn)出來的紙缽裝填進穴盤，如圖 1 所示。即使是生產(chǎn)速度并不太高的國產(chǎn)紙缽機型，也需要兩個人工配合裝填紙缽。大部分設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都采用紙缽機制缽，之后再經(jīng)播種機播種的方式完成制缽播種，很少采用全自動流水線一次完成紙缽、裝盤及精量播種作業(yè)的機型7。丹麥 ELLEPOT 公司開發(fā)出了紙缽入盤機，但僅匹配適用于該公司紙缽機的機型。該公司的育苗設備構(gòu)成一套較為完備的紙缽加工生產(chǎn)線，與國產(chǎn)紙缽機無法匹配使用811。因此，亟需研究出適合國內(nèi)生產(chǎn)情況的紙缽裝盤裝置，降低人工勞動強度，填補種苗自動化生產(chǎn)線中環(huán)節(jié)的缺失，連接紙缽生產(chǎn)機和播種機，整合后續(xù)種苗處理機械，完善種苗相關生產(chǎn)線。圖1 人工向穴盤裝填紙缽Fig1 Put paper pots into the tray by manual loading·081·2020 年 4 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 4 期DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2020.04.0351 整機結(jié)構(gòu)及工作原理11 作業(yè)條件育苗紙缽自動裝盤裝置需要與紙缽機配合作業(yè)，將紙缽機生產(chǎn)出的紙缽連續(xù)不斷的輸出到穴盤當中。本育苗紙缽自動裝盤裝置作業(yè)紙缽尺寸為高度50mm、直徑 30mm，裝盤對象為 72 孔穴盤，穴盤外形尺寸規(guī)格為280mm×540mm。12 整機結(jié)構(gòu)育苗紙缽自動裝盤裝置主要由裝填機構(gòu)、驅(qū)動電機、推送機構(gòu)、轉(zhuǎn)運機構(gòu)及機架組成。裝填機構(gòu)主要功能為逐個將紙缽裝入轉(zhuǎn)運機構(gòu)中，轉(zhuǎn)運機構(gòu)主要功能為過渡裝載并輸送紙缽，推送機構(gòu)主要功能為將 6 個紙缽為一組推送至穴盤的一列穴中。該機器結(jié)構(gòu)簡捷，加工成本低，整機結(jié)構(gòu)如圖 2所示。1裝填機構(gòu) 2驅(qū)動電機 3推送機構(gòu) 4轉(zhuǎn)運機構(gòu) 5機架圖2 育苗紙缽自動裝盤裝置結(jié)構(gòu)圖Fig2 The structure of seedling paperpot automatic feedingdevice for plug tray13 工作原理育苗紙缽自動裝盤裝置的工作原理:該機由伺服電機提供轉(zhuǎn)運機構(gòu)驅(qū)動鏈的旋轉(zhuǎn)動力，空氣壓縮機為裝填機構(gòu)和推送機構(gòu)提供氣力驅(qū)動，完成逐個落料及連續(xù)裝盤等工作。驅(qū)動鏈上一共安裝有 18 個轉(zhuǎn)運杯，裝填機構(gòu)將紙缽逐一喂入轉(zhuǎn)運杯中;推送機構(gòu)每次推送 6 個紙缽，對應72 孔穴盤中的一行。工作時，穴盤放置于輸送帶上，紙缽機生產(chǎn)出的紙缽在輸送通道中排成 1 列，立于落缽擋板上，落缽擋板正下方有一個轉(zhuǎn)運杯等待。首先，阻擋氣缸伸出，將下數(shù)第2 個紙缽阻擋在輸送通道上無法下落，從而也阻擋了通道上方的其他紙缽無法下落;這時落缽氣缸帶動落料板打開，1個紙缽落在轉(zhuǎn)運杯中，然后落缽擋板關閉，阻擋氣缸收回，通道中的紙缽下落到落缽擋板上，同時轉(zhuǎn)運杯步進 1 個距離，從而實現(xiàn)紙缽逐個落到轉(zhuǎn)運杯的目的(見圖3);裝載有紙缽的轉(zhuǎn)運杯旋轉(zhuǎn)到落缽工位時，在轉(zhuǎn)運杯和穴盤之間的阻擋插板打開，同時推缽桿下壓，將紙缽推入穴盤中的一列穴中(見圖 4);然后，推缽桿收回，插板關閉，轉(zhuǎn)運杯繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時穴盤向前步進一行，等待推送機構(gòu)推送下一組紙缽，從而自動將紙缽連續(xù)不斷地裝入穴盤當中。1落缽擋板 2阻擋氣缸 3輸送通道 4紙缽 5轉(zhuǎn)運杯圖3 裝填機構(gòu)工作原理圖Fig3 The working principle diagram of feeding mechanism1阻擋插板 2轉(zhuǎn)運杯 3推缽桿 4紙缽 5穴盤圖4 推送機構(gòu)工作原理圖Fig4 The working principle diagram of pushing mechanism2 裝盤性能試驗與結(jié)果分析21 試驗材料試驗設備為育苗紙缽自動裝盤裝置樣機，如圖 5·181·2020 年 4 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 4 期所示。轉(zhuǎn)運杯的直徑為 34mm; 供試紙缽的高度為50mm，直徑為分別為28、30、32mm。試驗時，采用調(diào)節(jié)紙缽含水量的方法，來保證不同直徑的紙缽質(zhì)量相同。圖5 育苗紙缽自動裝盤裝置試驗樣機Fig5 The experimental prototype of seedling paperpot automaticfeeding device for plug tray22 試驗目的與內(nèi)容為了解紙缽裝盤裝置向穴盤裝填紙缽的作業(yè)性能，考察紙缽與轉(zhuǎn)運杯之間的間隙和紙缽質(zhì)量對紙缽裝盤作業(yè)成功率的影響，設計了兩因素 3 水平正交試驗，紙缽與轉(zhuǎn)運杯之間的間隙( S)設有3 個水平，分別為2、4、6mm;紙缽質(zhì)量( W) 有 3 個水平，分別為 10、15、20g。表1 為裝盤性能試驗因素水平表。試驗因素與水平共構(gòu)成9個水平組合，每個組合都進行 3 次重復試驗。表1 裝盤性能試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of loading performance test因素水平 W/g S/mm1 10 22 15 43 20 623 試驗結(jié)果與分析裝盤性能試驗結(jié)果如表 2 所示，裝盤性能試驗結(jié)果方差分析如表3 所示。由表3 可知:紙缽與轉(zhuǎn)運杯之間的間隙( S)和紙缽質(zhì)量( W)均對樣機的裝盤成功率影響高度顯著;紙缽與轉(zhuǎn)運杯之間的間隙( S) 是影響裝盤成功率的主要因素，紙缽質(zhì)量( W) 為次要因素。紙缽與轉(zhuǎn)運杯間隙對紙缽裝填成功率的影響如圖6 所示。由圖6 可知:紙缽與轉(zhuǎn)運杯之間的間隙為6mm、紙缽質(zhì)量為20g 是最優(yōu)組合，此時裝盤成功率最高，可達9444%，生產(chǎn)率可達到3 130穴/h。表2 裝盤性能試驗結(jié)果Table 2 The result of loading performance test試驗號 S/mm W/g 成功率/%1 2 10 22222 2 10 16673 2 10 11114 4 10 33335 4 10 44446 4 10 44447 6 10 72228 6 10 77789 6 10 833310 2 15 166711 2 15 222212 2 15 166713 4 15 611114 4 15 611115 4 15 611116 6 15 722217 6 15 777818 6 15 777819 2 20 166720 2 20 222221 2 20 277822 4 20 722223 4 20 666724 4 20 722225 6 20 1000026 6 20 888927 6 20 9444表3 裝盤性能試驗結(jié)果方差分析Table 3 The variance analysis of loading performance test來源 偏差平方和 自由度 均方差 F值 顯著性S 18 442137 2 9 221069 424682 0W 1 365104 2 682552 31435 0S* W 685944 4 171486 7898 0001誤差 390831 18 21713總計 9 6973136 27·281·2020 年 4 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 4 期圖6 紙缽與轉(zhuǎn)運杯間隙對紙缽裝填成功率的影響Fig6 The impact of the gap between paperpot and transporting cap onthe success rate of paperpots filling3 結(jié)論1)針對人工裝填紙缽成本高、效率低、勞動強度大的現(xiàn)狀，開發(fā)了一款適合國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀的紙缽入盤裝置，填補了國內(nèi)相關機器的空白。2)進行落料性能試驗，最優(yōu)組合(質(zhì)量20g、間隙6mm)時成功率可達9444%，生產(chǎn)率可達3 130穴/h。3)本裝置填補了國內(nèi)育苗生產(chǎn)線中缺失的環(huán)節(jié)，為形成一套完整的育苗生產(chǎn)線提供了可能，提高了自動化程度。參考文獻:1 恩茁科技紙缽育苗介紹EB/OL20181107http: / /wwwagriaipcom/? p=196762 白帆，吳昊，肖冰，吳兆遷國內(nèi)外林木育苗生產(chǎn)技術(shù)裝備概述J林業(yè)機械與木工設備，2018，46( 1):4123 鄭文鐘國內(nèi)外智能化農(nóng)業(yè)機械裝備發(fā)展現(xiàn)狀J現(xiàn)代農(nóng)機，2015( 6):484 辜松 荷蘭設施園藝考察引發(fā)的思考N 中國花卉報，20180814( S01) 5 張躍峰，楊艷麗，初麒，等設施園藝種苗生產(chǎn)裝備系統(tǒng)J農(nóng)機化研究，2018，40( 10):2572616 辜松蔬菜工廠化嫁接育苗生產(chǎn)裝備與技術(shù)M北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，20067 趙明宇，劉德軍，陳靜華，等機械化育苗設備現(xiàn)狀與存在的問題J農(nóng)機化研究，2004( 3):138 Ellepot A/SAutomatic Ellepot MachinesEB/OL20181229wwwellepotcom9 武慧玲，溫祥珍，李亞靈蔬菜工廠化育苗設備及應用J農(nóng)業(yè)工程技術(shù):溫室園藝，2006( 1):343510 于亞波，伍萍輝，馮青春，等我國蔬菜育苗裝備研究應用現(xiàn)狀及發(fā)展對策J農(nóng)機化研究，2017，39( 6):1611 康紅梅，張啟翔容器育苗中幾項重要技術(shù)的研究進展J北京林業(yè)大學學報，2001，23( S2):7174Experiment Study on Seedling Paperpot AutomaticFeeding Device for Plug TrayZhang Yang1，F(xiàn)an Kaijun1，Chu Qi2，Su Yingxin1，Liu Xiaogeng1，Gu Song1，Xia Hongmei1( 1College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China; 2Guangzhou Sky Mechani-cal Electrical Technology Co Ltd，Guangzhou 510642，China)Abstract: Using seedling paperpot can improve the developmental quality of seedling roots effectively，and will estab-lish an significant technical foundation for the seedling mechanized operation like standardizing，grafting and transplan-tingCurrently，paperpotmakings machine used by most Chinese enterprises are singlehead and semiautomatic opera-tion formsLacking paperpot feeding automatic device，the form of putting the paperpot maked by machine into the trayis by manual loading，which is not only low work efficiency but also high labor intensityAlthough there are related ma-chines abroad，local production company will not using those expensive machines given that cannot be matched with do-mestic paperpotmaking equipmentThere is a seedling paperpot automatic feeding device designed in this study for re-alizing loading of paperpot into the trays automatic and completing the seedling production lineThis device works withpaperpotmaking machine，can fill paperpot with a height of 50mm into the plug tray which specification is 72 holesTherelationship between the paper weight，the difference in diameter between the paperpot and the transport cup and thesuccess rate of blanking is obtained through the loading performance testThe results showed that the success rate is up to9444% and the productivity is up to 3130/h，when the paperpot weight level is high and the radius difference betweenthe paperpot and the transport cup is 3mmKey words:seedling; paperpot; automatic feeding; plug tray; transporting cup·381·2020 年 4 月 農(nóng) 機 化 研 究 第 4 期