自动移栽机可以提高工作效率和降低生产成本,是蔬菜穴盘苗移栽种植技术发展的方向。目前,国内已经进行了大量的研究,研制出了多种形式的自动移栽机,但是存在着取苗成功率低、苗钵破损严重和膜上成穴移栽时地膜穴口尺寸大的问题,导致研制的自动移栽机不能应用于农业生产,严重制约了蔬菜育苗移栽技术的发展。针对上述技术问题,本研究主要进行以下工作:(1)为了研究蔬菜穴盘苗根系的育苗基质中分布特征,用Micro-CT对蔬菜苗钵进行断层扫描和根系三维重构,对根系的分布密度进行统计可以发现,垂直方向上根系分布密度变化显著,在苗钵的V3和V4区域根系分布密度最低,取苗爪在夹取苗钵时,苗钵会在该区域发生断裂,夹针应穿过V3和V4区域,将整个根系分布密度低的区域夹持住;水平方向上,侧根主要分布在苗钵的外围,将育苗基质缠绕包裹住。用根系均匀系数来评价根系在垂直方向分布的均匀程度,用外围根系分布密度来评价根系包裹基质的紧密程度,可以得出番茄、黄瓜和生菜穴盘苗的根系系数分别为0.532、0.587和0.504,外围根系分布密度分别为0.0294、0.0346和0.0263,根系生长质量从高到低依次为黄瓜、番茄和生菜穴盘苗。(2)为了得到适用于机械移栽同时兼顾生长质量的番茄穴盘苗育苗品质,以往的研究是用苗钵的力学特性或者苗的物理参数来评价穴盘苗的移栽性能和育苗质量,但是机械移栽时,不仅要保证苗钵良好的力学性能,还要保证穴盘苗生长的壮和根系盘根效果好。为此以基质配比、基质装盘压实度和营养液浓度为因素培育番茄穴盘苗,以苗钵的抗压力、脱盘力、壮苗指数、根系均匀系数和外围根系分布密度为指标进行正交试验和方差分析得出,试验因素对各指标都有不同程度的影响。抗压力和脱盘力随着基质中草炭含量和压实度的增加而增大;壮苗指数随着基质中草炭含量、压实度和营养液浓度的增加都是先增大然后减小;根系均匀系数和外围根系分布密度随着基质中草炭含量和压实度的增加先增大然后减小,随着营养液浓度的增大而增加。提出了以苗钵的抗压力、脱盘力、壮苗指数、根系均匀系数和外围根系分布密度为评分因素的综合评分方法,得出当基质配比为3:1:1,基质压实度为1.2和营养液EC值为1.2 ms/cm时,育苗品质最优。(3)为了解决以往研究始终无法探明取苗爪夹取苗钵时内部的破损是如何发生的问题。用Micro-CT对处于夹取状态的番茄苗钵进行扫描,研究根系的微位移和裂缝的扩展规律。可以得出,外围侧根的位移变化不显著,径向发散生长的侧根起到阻碍裂缝扩展的作用;裂缝是由夹针周围的新生孔隙聚集连接在一起形成的,裂缝会沿着与夹针的收缩方向近似呈45°角扩展,裂缝的长度和宽度随着苗钵深度的变化都呈线性函数变化。取苗爪的夹取初始角度、夹针直径和形状是影响苗钵破损程度的主要因素。用夹针周围和夹针尖端区域的孔隙分布密度作为评价苗钵破损程度的指标,可以得出,在相同的夹取深度和夹取收缩量下,减小夹针直径和增大夹取初始角可以减小苗钵的破损。圆形夹针在夹针直径和夹取初始角为2mm和24°时,苗钵破损最小。(4)为了减小番茄穴盘苗与吊杯式栽植器碰撞时的质量损失,利用赫兹理论和动能定理建立苗钵与栽植器碰撞的力学方程,得出当栽植器的角速度为1.18和1.31rad/s时,苗钵的接触力随着接苗角的增大而增大;用冲量和冲量矩定理建立苗钵和苗茎与栽植器碰撞的运动方程,得到栽植器的角速度为1.18和1.31rad/s时,苗钵的运动速度和穴盘苗的角速度都随着接苗角的增大而减小,降低穴盘苗的株高可以减小穴盘苗碰撞后的运动速度。用目标规划法建立多目标优化函数,得出移栽频率在45到50株/min之间变化,接苗角为72°时,番茄穴盘苗与栽植器的碰撞造成的苗钵质量损失最小。(5)针对吊杯式移栽机成穴移栽时地膜穴口大的问题,以往都是研究栽植器上一个点的运动,但是栽植器与土壤是面接触,运动轨迹不能反映出栽植器的速度对地膜穴口尺寸的影响。为此,对栽植器破膜成穴分别用面接触和点接触分析,得出=1.093时,面接触分析得到的地膜穴口尺寸最小,=1.128时,点接触分析得到的地膜穴口尺寸最小。用ADAMS对移栽机构进行运动仿真,得到栽植器入土部位的运动轨迹包络线,用轨迹包络线与地膜相交处的尺寸来研究地膜穴口的尺寸。得出等于1.093和1.128时,地膜穴口的纵向尺寸为64.3和70.6mm,用栽植器与土壤面接触分析得到的地膜穴口尺寸小于点接触分析的结果。用HyperMesh模拟栽植器在不同角速度时地膜穴口的形成过程,得出应力主要分布在地膜穴口周围,在相同运动轨迹条件下,当栽植器的角速度由1.178rad/s增加到1.440rad/s时,地膜穴口周围的最大应力值增大,穴口的纵向和横向尺寸也都增大,减小栽植器的运动速度可以减小地膜穴口的尺寸。(6)将现有的取苗机构试验台改进成可成穴移栽的自动移栽机,验证优化得到的取苗爪和栽植器的结构参数和运动参数。结果表明,优化的参数可以满足番茄和黄瓜穴盘苗的膜上成穴移栽要求,提高了自动移栽机的工作可靠性。通过以上研究优化得到的参数可以为膜上成穴自动移栽机的设计提供理论依据和技术支持,对推进自动移栽技术的发展具有一定的意义。