瓜类斜插式嫁接机设计与研究

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随着我国蔬菜种植面积的不断扩大,连作栽培造成的土传病害更显严重,采用嫁接技术是解决蔬菜连作障碍的主要途径,而目前嫁接生产主要为人工作业,嫁接生产率较低,作业质量不稳定,难以满足蔬菜工厂化需求。  本文针对当前我国瓜类蔬菜嫁接生产中存在的人工嫁接生产率低、作业质量不稳定等问题,分析了瓜类嫁接采用嫁接机的必要性。通过对国内外嫁接机发展现状分析,在总结目前现有瓜类嫁接机中存在砧木和接穗接合不牢固以及接穗较易进入砧木髓腔等问题的基础上,基于斜插嫁接方法提出了瓜类斜插自动嫁接模式,并进一步开发出适合实际生产的瓜类嫁接机。本研究在人工嫁接流程的基础上,总结出瓜类斜插自动嫁接机的作业流程;在对瓜类秧苗进行几何特征和力学特性分析研究的基础上,采用虚拟样机与试验相结合的方法.,对瓜类斜插嫁接机的砧木打孔机构、砧木夹持机构及砧木切削机构的原理及参数进行了研究,并开发出实际瓜类斜插嫁接机样机。具体研究内容如下:  1.对嫁接对象进行形态测量。以瓜类秧苗为研究对象,对达到嫁接要求的砧木苗(黑籽南瓜、白籽南瓜)和接穗苗(青瓜、西瓜)的外部几何特征进行了测量,两种砧木秧苗子叶的跨度为83~103mm,子叶宽度范围为26~31mm,下胚轴直径范围在2.8~3.8mm;青瓜胚轴近似四棱形,短边平均长度约为1.47mm,长边平均长度约为1.73mm,西瓜的胚轴近似为椭圆形,长轴平均直径为2.01mm,短轴为1.40mm。为确定斜插嫁接方式中接穗苗下插的合理角度范围,对砧木苗(黑籽南瓜、白籽南瓜、瓠瓜)进行了砧木秧苗内部几何特征测量,通过统计分析确定最大斜插角度为75°。  2.对嫁接机进行了整机设计。通过分析人工嫁接瓜类秧苗流程,结合秧苗特性,确定了斜插嫁接机作业流程。通过对各工作机构的设计要求分析,确定了合理的机构布局并进行总体仿真。  3.对嫁接机驱动系统和控制系统进行了设计。根据瓜类嫁接机作业要求,选择适当的气动工作元件,设计气动回路。选择与气动执行机构作业模式配套的自动控制系统,主要由PLC,电磁阀和行程开关等组成。对PLC进行合理的I/O分配,并编写程序。  4.对关键机构进行了设计和试验研究。针对砧木打孔机构、砧木夹持机构和接穗切削机构中影响嫁接成功率的关键部件进行试验研究。1)对打孔签进行打孔签形状选择试验、打孔签直径选择试验,确定打孔签为直径1.8mm圆柱形;2)对砧木夹持机构进行打孔签斜插角度试验研究,确定其最佳斜插角度为45°,并对气吸式砧木夹进行试验研究,确定工作气压0.25MPa、吸气孔直径4mm及吸附位置在距生长点中心35mm处为最佳组合,作业成功率达100%;3)对接穗切刀进行试验研究,确定切削角度为25°(切刀与茎秆轴线夹角)、切刀速度在400mm/秒时切削效果最佳。  5.完成了样机研制。根据以上研究结果研制出瓜类斜插式嫁接机样机,并对其进行整机作业性能测试,测得嫁接机生产率高于600株/小时,嫁接成功率大于90%。
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