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穴盘苗自动移栽关键技术的研究

胡敏娟

  育苗移栽技术在旱地作物种植中具有稳产高产、提高土地利用率等诸多优越性。但是,目前育苗移栽主要依靠人工进行。如果能把自动化程度更高的机械化装置应用于该技术,则可以进一步提高生产效率,获得更大的经济效益。目前,我国研制有能完成栽植幼苗的半自动移栽机械,但受人工喂苗作业速度和强度的限制,效率一直无法提高。若能基于半自动移栽机械,研发一机构来实现自动取苗,替代单调而繁重的人工取苗,将更好地实现移栽机械自动化。这不仅能推动育苗移栽技术的发展,而且对于农业机械的发展具有重要意义。本研究按照农机与农艺相结合的原则,以穴盘苗自动移栽关键技术为研究对象,开发全自动取苗系统来取代人工为目的,在以下几个方面进行了研究。 1.运用穴盘育苗技术按常规进行露天育苗,并通过对穴盘苗苗期形态特征测量与统计分析,得出在对应作物适宜移栽的苗龄范围内的穴盘苗苗叶高度、宽度、叶数、茎粗及穴盘苗重量等的形态特征均满足时间尺度效应的结果,即各测量参数均随着穴盘苗苗龄的增长而增长,但若苗龄不断增大,会使苗株间因无法舒展生长而导致植株向高度发展,再加上光线不足等原因造成种苗徒长为高脚苗,在移栽过程中容易发生伤根,造成植株早衰的后果。研究结果表明:穴盘苗移栽应当选择30天左右的苗龄较佳。 2.为研究穴盘苗的自动取出过程,构建了一套穴盘苗自动取苗试验系统,试验研究了穴盘苗苗龄、苗钵含水量、取苗夹持角、取苗速度和取苗滑针数等5个取苗试验因素对取苗质量和取苗力的影响。研究结果表明:穴盘苗自动取苗试验系统具有良好的人机交互界面,可方便地实时记录试验过程并显示结果数据,较好地实现了预期的功能;取苗力的试验结果显示,取苗滑针数对插入穴格夹持穴盘苗的力影响最大,其次为穴盘苗苗龄、取苗速度、取苗夹持角、苗钵含水量;将穴盘苗从穴格中拔出的力受各取苗试验因素的影响较小,基本在2-3N范围内变化;较优取苗作业条件为:选取西红柿育苗苗龄为30天,20%的苗钵钵体湿度,取苗夹持角为36°,25mm/s的取苗速度和用4根取苗滑针完成取苗作业。 3.为了配合实现自动取苗,构建了穴盘苗自动供给系统。根据穴盘苗水平和垂直间歇供给的要求,设计了一纵横方向能交替移动的供苗机构。纵向供苗采用链轮链条方式,由步进电机驱动链轮转动,链条带动苗盘移动一个穴格的距离;横向供苗采用丝杠螺母传动,由电机控制丝杠的正反转带动苗盘的往复间歇移动,每次只移动一个穴格的距离。 4.针对穴盘苗取苗器作业方式,规划了合适的取苗与放苗运动路径,根据运动规划设计出了取苗驱动机构。取苗驱动机构包括有取苗器及其驱动机构等。取苗器为取苗系统的核心部件,采用变形滑针式取苗方式,四根取苗滑针同时伸出针管倾斜插入穴盘苗钵体形成一收拢状将苗钵夹持住,取苗滑针缩回针管时针管推苗使穴盘苗有效释放,同时将粘连在滑针上的育苗基质清理干净。驱动机构主要由两对不完全齿轮齿条机构组成,驱使取苗器完成穴盘苗的抓取、夹持、释放作业,同时还实现穴盘苗的直线移送和转向移送。在对该取苗器及穴盘苗钵体进行的理论运动分析基础上,运用三维软件Pro/ENGINEER Wildfire中的运动学分析模块Mechanism进行了驱动机构的动力学分析,得到了各测量点的位移、速度、加速度、受力及力矩、最佳落苗点位置等的测量曲线,为机构的改进、优化及驱动设备的选择提供有利参考依据。 5.基于虚拟仪器技术,采用多功能数据采集卡,研制了自动取苗控制系统。控制流程在系统启动后,供苗系统首先对待取苗位置进行供苗,然后取苗器开始取苗流程,在检测到一次取苗完成后,控制系统再通过数据采集卡向纵向或横向供苗驱动电机发出控制指令以控制电机的转角和转向,达到供苗机构及取苗器联合作业的要求。 6.进行了取苗驱动机构性能试验、供苗机构性能试验和联动试验。试验结果表明:基于虚拟仪器技术的控制系统满足对自动取苗的控制要求,实现了自动化取苗。取苗驱动机构满足设计要求,各组成部件仅用一个动力驱动,便能完成移送、转向、取苗、放苗等设计任务,且整体机构运作到位、流程顺畅,未出现任何停机或损坏机构的现象;供苗机构设计及其驱动均能满足自动取苗要求,试验结果显示纵横向供苗执行机构在待取苗位置处逐格位移的准确率达到99%以上,且苗盘的给入与空苗盘的退出都无需停机,且不影响供苗作业现状;联动试验结果显示供苗和取苗器作业间相互配合良好。测试结果显示,取苗器的取苗成功率随着取苗器数量的增加呈降低趋势。……   
[关键词]:穴盘苗;自动取苗;取苗器;取苗力;自动供苗
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2011年
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