一種高性能黃瓜自動嫁接機的硬件設(shè)計

　　前言

　　隨著我國人口的急劇增長和人民生活水平的迅速提高，對蔬菜的需求量越來越大，對蔬菜品質(zhì)的要求也越來越高。黃瓜(Cucumber)作為我國老百姓喜愛的大眾蔬菜，其消費量很大，因此黃瓜的生產(chǎn)發(fā)展很快，黃瓜的種植面積已頗具規(guī)模。同時也帶來了連作、病蟲害等問題。嫁接是解決這些問題的最有效方法之一。人工嫁接生產(chǎn)率低、嫁接質(zhì)量差異較大，難以滿足蔬菜嫁接育苗生產(chǎn)的要求。因此進行嫁接機的研究對促進蔬菜嫁接機械化發(fā)展具有重要理論意義和實用價值。

　　蔬菜嫁接栽培技術(shù)在一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家己得到相當(dāng)普遍的應(yīng)用，但進行有關(guān)蔬菜秧苗自動嫁接技術(shù)研究的只有日本、韓國和中國等少數(shù)國國家。其中日本是進行蔬菜秧苗自動嫁接最早的國家。我國自1993年開始蔬菜自動化嫁接研究以來，在多個領(lǐng)域取得了較大成就，部分樣機己投入生產(chǎn)。

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　嫁接機總體按照模塊化設(shè)計思想，把整個系統(tǒng)分為若干模塊，設(shè)計了一套黃瓜自動嫁接裝置，主要包括砧、穗木供苗機構(gòu)、砧穗木搬運機械手、砧穗木苗切削機構(gòu)、夾持機構(gòu)等部分，實現(xiàn)了砧、穗木苗的供苗、切削、苗夾固定等功能。其中本裝置中的秧苗切削裝置采用了支撐下的滑切技術(shù)，不僅切削阻力小，而且切口位置、形狀的穩(wěn)定性好，有利于后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)的進行，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)該切削方式與2JSZ-600型蔬菜嫁接機所用切削方式相比，大大減少了對砧、穗木的損傷；機械手爪設(shè)有“V”型對正槽，手爪指頭上膠粘緩沖墊，可防止損傷幼苗且吸收苗莖桿的偏移等。該嫁接機與其他嫁接機相比具有結(jié)構(gòu)簡單，動作準(zhǔn)確，嫁接效率高等優(yōu)點。

　　2、嫁接機組成

　　貼接法無論是從嫁接技術(shù)難易程度上，還是成活率以及嫁接速度等方面，都較其他嫁接方法有明顯的優(yōu)點，適合于機器嫁接。因此本研究采用貼接法實現(xiàn)黃瓜秧苗的自動嫁接。

　　嫁接機主要由嫁接機本體、控制器及傳感系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

　　圖1自動嫁接機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　1穗木輸送電機2法蘭盤3穗木輸送帶4穗木直動氣缸5穗木夾持氣爪和傳感器6送夾直動氣缸7氣缸固定支架8秧苗夾筒9秧苗夾10秧苗夾進給軌道11秧苗夾阻尼塊12砧木輸送帶13軸承座14砧木苗盤15砧木夾持氣爪16直動氣缸固定座17氣缸固定支架18砧木輸送電機19傳感器20旋轉(zhuǎn)切刀21切削刀直動氣缸22旋轉(zhuǎn)氣缸23氣缸固定支架

　　嫁接機主要由四大部分組成：兩個輸苗盤及使苗盤驅(qū)動嫁接苗搬送系統(tǒng)；用于抓苗、送苗到達(dá)指定位置的機械手搬運裝置；用于砧木和穗木切削的切苗裝置；用于將切割后的砧木和穗木固定在一起的送夾機構(gòu)和用于排出嫁接苗的排苗輸送帶。供苗臺上設(shè)計了兩個工位，每一工位設(shè)計一個手爪用來完成砧、穗木的抓取搬運工作，其中手爪抓苗與伸縮由直動氣缸控制。根據(jù)嫁接操作的要求，砧木需要單子葉斜切，穗木也需斜切，因此砧、穗木切削機構(gòu)相似，主要由切削刀桿、擺動馬達(dá)軸、彈簧、切削機構(gòu)支架和切削支撐機構(gòu)等組成。嫁接機的自動送夾機構(gòu)主要由推夾氣缸、推送桿、滑塊等組成。

　　3、嫁接機的工作過程

　　當(dāng)操作人員將砧木、穗木苗分別放到各自供苗臺上時，觸動壓電傳感器發(fā)出信號，控制機械手氣爪立即抓住苗木，等待切削刀進行切割；為了保證操作的安全性，切削過程切削刀首先在直動氣缸作用下伸出到達(dá)切削位置，然后由旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（擺動馬達(dá)）帶動切削裝置旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)砧、穗木苗的單支撐切割，以保證穩(wěn)定的切口斷面，并減少對秧苗的沖擊和損壞；然后切削機構(gòu)回位，等待下一次切削；此時夾有切削苗的機械手在直動氣缸的作用同時向夾持位置伸出并在切削刀旋轉(zhuǎn)中心位置結(jié)合；送夾機構(gòu)在直動氣缸作用下，推出一個夾子，以打開狀態(tài)送向已經(jīng)接合的秧苗，當(dāng)?shù)竭_(dá)夾持位置時，秧苗夾在彈簧作用下閉合，實現(xiàn)砧木、穗木的夾持，最后通過控制手爪氣缸，機械手松開砧木、穗木苗，使已經(jīng)完成嫁接的秧苗落到秧苗搬運輸送帶，實現(xiàn)秧苗的向外運送，完成苗的嫁接作業(yè)。