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第 37 卷 第 8 期 农 业 工 程 学 报 Vol 37 No 8 10 2021 年 4月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Apr 2021 穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计 任 玲 赵斌栋 曹卫彬 王吉奎 王 宁 宋文彬 1 石河子大学机械电气工程学院 石河子 832003 2 农业农村部西北农业装备重点实验室 石河子 832003 摘 要 为了解决移栽机整排取苗后投苗不连续 作业效率不高 穴苗易破损的问题 该研究设计了一种整排放苗的分 苗装置 运用 2 排投苗台交替运动实现无间断投苗 通过台架试验 依据实际作业状态对投苗过程进行分析 确定影响 投苗效果的主要因素为投苗高度 投苗速度和穴苗倾角 以投苗成功率和基质破损率为评价指标进行单因素试验 确定 各影响因素的参数范围 并进行正交试验 通过方差分析得出影响成功率和破损率的主要因素分别为穴苗倾角和投苗高 度 在此基础上进行响应面分析 分析各因素交互作用对投苗效果的影响 运用 MINITAB 优化模块对工作参数进行优化 结果得到最佳工作参数组合为 投苗高度 150 mm 投苗速度 65 株 min 穴苗倾角 85 5 验证试验结果表明 最佳 工作参数下投苗成功率为 96 41 基质破损率为 1 65 该装置可实现分苗投苗作业 研究结果可为全自动移栽机设计 提供参考 关键词 农业机械 自动化 试验 穴苗移栽机 分苗机构 双旋转式 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 08 002 中图分类号 S223 92 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2021 08 0010 09 任玲 赵斌栋 曹卫彬 等 穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计 J 农业工程学报 2021 37 8 1 0 18 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 08 002 http www tcsae org Ren Ling Zhao Bindong Cao Weibin et al Design of double rotation seedlings separating device for transplanters J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2021 37 8 10 18 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 08 002 http www tcsae org 0 引 言 采用整排取苗方式能有效提高移栽机取苗效率 整排取 苗后如何实现分苗 投苗成为影响移栽效率的关键问题 其 中分苗机构是移栽机的核心部件 可实现穴苗的逐个分离 分苗机构应保证分苗过程快速连续 投苗精准 喂苗无损伤 投苗机构的优劣直接影响穴苗机械化移栽的质量 1 3 目前移栽机采用的分苗方式有 2 种 苗杯回形转动 依次落入栽植器中完成栽植 4 8 另一种将穴苗放入接苗 带的栅格中 依靠传送带抛入接苗斗中完成栽植 9 10 胡 建平等 11 设计了一种适用于整排取苗的投苗装置 该装 置可实现整排取苗间隔投苗 但是苗杯需要等待苗爪完 成一次取放动作 此过程存在时间间隔 导致苗杯闲置 不利于提升投苗效率 胡先朋等 12 采用带式输送 合页 挡板式分苗装置 该装置依靠合页的开闭达到分苗的目 的 但是该装置会对钵苗的基质和叶片造成损伤 没有 解决穴苗易破损的问题 马锐等 13 采用接苗带栅格放苗 依靠传送带抛入栽植口的分苗方式 但是接苗带需要等 待苗爪再次取送穴苗 此分苗过程存在时间间隔 导致 分苗动作不连续 移栽效率提高不明显 收稿日期 2020 10 16 修订日期 2021 03 29 基金项目 国家自然科学基金项目 51765059 兵团优秀青年教师项目 CZ027213 作者简介 任玲 博士 教授 研究方向为农业自动化与信息化 Email 2542958572 通信作者 曹卫彬 教授 博士生导师 研究方向为农业机械设计及自动 化技术 Email Wbc828 本文通过增加一个工作台的方式 实现 2 个分苗机 构交替运动 以适应移栽机单行移栽 此种分苗方式可 以实现快速无间隔分苗 保证分苗过程的连续性 通过 对穴苗的运动过程分析确定影响投苗效果的主要因素 通过台架试验得到主要参数工作范围 以期为全自动穴 盘苗移栽机设计提供参考 1 分苗装置与工作原理 1 1 分苗装置 分苗装置是移栽机的重要部件之一 其功能是接收 来自取苗器取出的穴苗 并将其投入栽植器完成栽植作 业 14 16 其主要构成包括机械部件 底座 工作台等 与动 作部件 步进电机 气缸等 各部件参数如表 1 示 表 1 分苗装置各部件参数 Table 1 Parameters of components in dividing device 参数 Parameters 值 Values 底座尺寸 mm 450 650 气缸伸缩量 mm 150 工作台尺寸 mm 200 400 80 传送带长度 mm 860 电机扭矩 N m 2 3 接苗斗直径 mm 10 如图 1 所示 工作台 1 与工作台 2 依靠轴承固定于 底座上 通过气缸推动可在接苗位和投苗位之间切换 放苗完成之后 切换至投苗位 进行依次投苗 投苗工 作台固定于投苗架底座上 通过步进电机驱动传送带旋 转 使得传送带上的穴苗依次抛入接苗斗完成投苗 第 8 期 任 玲等 穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计 11 1 底座固定架 2 底座轴承 3 传送带 4 步进电机 5 气缸固定件 6 气 缸组件 7 栅格 8 传送带固定架 9 接苗斗 1 Base holder 2 Base bearing 3 Conveyor belt 4 Stepping motor 5 Cylinder fixing part 6 Cylinder components 7 Grid 8 Conveyor belt holder 9 Seedlings picking hopper 图 1 分苗装置结构简图 Fig 1 Structure diagram of seedlings dividing device 1 2 工作原理 图 2 为分苗过程的工作状态 图 2a 为整排取苗手将 8 颗穴苗放入工作台 1 工作台 1 转动进行投苗动作 此 时整排取苗手回至取苗位取苗 等待送至工作台 2 图 2b 为整排取苗手将 8 颗穴苗放入工作台 2 工作台 2 转 动进行投苗动作 此时整排取苗手又回到取苗位取苗 等待送至工作台 1 图 2c 为工作台 2 即将完成投苗 此 时苗爪已回拾取位置 工作台 1 等待作业 图 3 为 1 次分苗作业流程示意图 取苗爪与工作台 1 工作台 2 交替动作 初始时工作台 1 与工作台 2 处于平 行位置 通过气缸作用 2 个工作台交替切换至投苗位 置 在步进电机的驱动下依次完成投苗作业 实现连续 分苗 取苗爪返回取苗位置 工作台 l 投苗 工作台 2 等待 Seedling picking claws back to the seedlings pick position workbench 1 casting the seedlings and workbench 2 waiting 取苗爪传送穴苗至工作台 1 内 工作台 2 投苗 Seedling picking claws delivering seedlings into workbench 1 workbench 2 dropping the seedlings 取苗爪返回至取苗位置 工作台 1 准备投苗 工作台 2 返回至初始位置 Seedling picking claws back to the seedlings pick position workbench 1 ready for seedlings dropping and workbench 2 back to the initial position 图 2 分苗过程示意图 Fig 2 Schematic diagram of seedlings dividing procedure 注 s 表示传感器响应时间 s a 时刻表示苗爪返回 工作台 1 投苗 b 时刻表示苗爪送苗 工作台 2 投苗 c 时刻表示苗爪返回 工作台 1 准备投苗 工作 台 2 返回 Note s is sensor response time s time a means the seedling claw returns and the workbench1 seeding time b means seedling is sent to workbench2 by seedling claw and the workbench2 seeding time c means seedling claw returns workbench 1 ready to divide and workbench 2 return 图 3 分苗装置工作流程示意图 Fig 3 Schematic diagram of seedlings dividing device working process 2 关键部件设计 2 1 底座支架及气缸组件 2 1 1 底座 图 4 为投苗装置的底座 其上装有轴承组件 气 缸组件 接苗斗组件 底座外形尺寸为 450 mm 650 mm 由 3 条长度为 650 mm 与 4 条长度为 450 mm 的不锈钢中空方形管钢管焊接而成 底座左上角与右 上角为气缸组件安装的位置 中间钢管焊接处为轴承 安装位置 图 4 底座结构简图 Fig 4 Base structure diagram 农业工程学报 http www tcsae org 2021 年 12 2 1 2 气缸 图 5 为工作台 1 切换过程简图 投苗时 工作台 AB 在气缸作用下旋转 角度切换至投苗位 将苗投入 E 处 的接苗斗 工作台旋转时 气缸行程应满足如下条件 NE 的距离尽可能小 使接苗斗靠近底座 F 点应在 C 点与 M 点之间 符合气缸实际动作 注 为投苗工作台 AB 在气缸收缩状态下旋转过的角度 MF 为气缸 伸缩长度 mm O 为旋转中心 CDNQ 为底座 E 为落苗位置 下同 Note is the rotation angle of the seedlings dropping workbench AB under the cylinder contraction state MF is the expansion length of the cylinder mm point O is rotation centre CDNQ is the base point E is the seedlings dropping position The same below 图 5 工作台 1 旋转过程简图 Fig 5 Diagram of workbench 1 rotation process 当 AB 旋转至与 E 处于同一直线时 MF 的距离为 134 16 mm 因此选用行程 150 mm 的 SC63150 型气缸 图 6a 图 6b 分别为其收缩与伸出状态 a 收缩状态 a Contracted state b 伸出状态 b Extended state 图 6 气缸收缩与伸出状态示意图 Fig 6 Schematic diagram of cylinder contract and extend state 2 2 投苗工作台 2 2 1 支架 工作台结构为双层长方体 外形尺寸 400 mm 200 mm 80 mm 支架外侧有合页 受气缸驱动可切换至 投苗位 如图 7 所示 工作台的从动带轮处为投苗侧 另一侧安装步进电机 图 7 台架结构图 Fig 7 Structure diagram of bench 2 2 2 传送带与栅格 图 8a 为工作台总体装配图 图 8b 为一总长 860 mm 的传送带 传送带外侧有等距的 8 个栅格 用于盛放取 苗爪释放的穴苗 传送带材质为软质橡胶 可在转角处 随苗带一起绕电机转动 a 工作台装配 a Assembly of workbench b 传送带 b Conveyor belt 注 r 为传送带轮直径 mm b 为栅格边长 mm Note r is the diameter of the conveyor belt wheel mm b is the side length of the grid mm 图 8 传送带装配图 Fig 8 Schematic assembly diagram of conveyor belt 传送带转速为 V b n 1 式中 V 为传送带转速 mm s 当 n 为 60 株 min 时 得到 传送带转动速度为 50 mm s 3 投苗运动分析 为了确定影响投苗效果的因素 并确定投苗试验的 评价指标 对垂直方向运动过程分析 确定落苗高度对 投苗的效果的影响 对钵苗下落过程中水平方向的运动 过程分析 确定投苗速率对投苗效果的影响 对投苗过 程穴苗的运动分析 确定分苗过程中穴苗倾角对投苗效 果的影响 图 9 为分苗过程侧视图 以投苗工作台 AB 所在直线 为 X 轴 竖直方向为 Y 轴 向下为正方向 建立直角坐 标系 穴苗抛出后落入 E 点 接苗斗安装位置 图 9 分苗过程侧视图 Fig 9 Side view of seedlings separating process 投苗作业时穴苗倾斜角越小所受空气阻力越大 已 知空气对穴苗的阻力与其运动速度成正比 17 F f V m 2 式中 F f 为空气阻力 N 为空气阻力系数 V m 为穴苗 速度 mm s 投苗作业时穴苗受力如图 10 所示 在投苗运动的某 一时刻 穴苗受到重力和空气阻力的作用 根据牛顿第 二定律 建立穴苗的运动微分方程 对投苗影响因素进 行探究 3 1 水平方向投苗运动分析 通过穴苗下落过程中水平方向的运动过程分析 探 第 8 期 任 玲等 穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计 13 究投苗速度对投苗效果的影响 注 BE 为投苗路径 F f 为空气阻力 N F fx F fy 分别为空气阻力 的水平与 垂直分量 N G 为穴苗重力 N V m 为穴苗运动速度 mm s 1 Note BE is the seedlings dropping route F f is the air resistance N F fx and F fy are the horizontal and vertical components of the air resistance N G is seedling gravity N V m is the velocity of the seedlings mm s 1 图 10 投苗过程穴苗受力分析 Fig 10 Force analysis of seedling during seedling dropping fxx Fma 3 式中 m 为穴苗质量 g a x 为穴苗水平加速度 mm s 2 通过对式 3 积分 可得穴苗水平方向运动速度为 m 0 t xtVVe 4 式中 V xt 为穴苗水平方向运动速度 mm s V o 为穴苗抛 出速度 mm s t为运动时间 s 将式 4 再次积分 可得穴苗水平位移为 0 t m m x Vt e 5 式中 x 为穴苗水平位移 mm 3 2 垂直方向投苗运动分析 通过对垂直方向运动过程分析 探究落苗高度对投 苗的效果的影响 G fyy Fma 6 式中 a y 为穴苗垂直加速度 mm s 2 对式 6 进行积分 得穴苗垂直方向运动速度为 g 1 t m yt m Ve 7 式中 V yt 为穴苗垂直方向运动速度 mm s 将式 7 再次积分 得穴苗垂直方向位移为 2 2 g 1 t m m ye 8 式中 y 为穴苗垂直方向位移 mm 不考虑 对投苗效果 影响时 垂直方向位移为 2 2 0 g1 lim 22 t m mt yegt m 9 从式 9 可知 当 无限趋于 0 时 y 的值无限趋于 2 1 2 gt 在该情况下 当投苗高度一定时 垂直方向位移确定 则可确定穴苗运动时间 t 4 投苗性能试验 4 1 设备与材料 试验设备包括番茄穴苗分苗投苗试验装置 自制 电子式游标卡尺 上海工具厂有限公司 量程 0 300 mm 精度 0 02 mm SPS402F 精密电子天平 Ohaus ScoutPRO 0 400 g 精度 0 01 g MA45 水分测定仪 Sartorius 0 45 g 精度 0 001 g 18 试验材料为新疆北疆地区主要种植品种 里格尔 87 5 加工番茄苗 整盘 128 穴育苗 苗龄 33 d 试验前 对其物理参数进行测定 结果如表 2 所示 表 2 穴苗特征参数 Table 2 Characteristic values of seedlings 参数 Parameters 数值 Values 穴苗平均高度 Seedlings average height mm 136 66 平均叶展宽度 Average width of leaf expanded mm 102 83 平均穴苗质量 Average seedling mass g 10 80 基质平均含水率 Substrate average moisture content 62 89 4 2 评价指标 穴苗抛出落入接苗斗时 穴苗动能可表示为 222 22 mxtyt mm TV VV 10 式中 T 为穴苗动能 J 由式 4 与式 7 可知 对于 单个穴苗 质量 m 不变 初速度 V 0 空气阻力系数 值 运动时间 t 会影响穴苗速度 从而影响基质破损率 由式 5 与式 8 可知 落苗点 C 的坐标为 2 0 2 g C 1 tt mm mm Vt e e 11 对于单个穴苗 m 值不变 投苗速度 V 0 空气阻 力系数 值 运动时间 t 对落苗点水平位置有影响 因此 需要根据落苗点的位置确定接苗斗的安装位置 以保证 投苗成功 运动时间 t 受投苗高度影响 投苗速度 V 0 为传送带 速度 空气阻力系数 受穴苗倾角影响 综合式 10 与式 11 可知 投苗高度 投苗速度 穴苗倾角会对 基质破损率与投苗成功率产生影响 根据 NY T 1924 2010 19 和 JB T 10291 2013 20 结合钵苗自动移栽机投苗装置工作性能要求 21 23 本试 验选取投苗成功率 Y 1 基质破损率 Y 2 作为试验评价指标 其计算公式如下 1 1 N Y N 12 1 2 100 M Y M 13 式中 N 1 为成功投苗株数 N 表示总投苗株数 M 1 为掉落 的基质质量 g M 为基质总质量 g 4 3 单因素试验 由理论分析可知 影响投苗成功率与基质破损率的 因素为投苗速度 投苗高度和穴苗倾角 本文通过单因 素试验探究每个因素对投苗效果的影响 根据前期落苗高度试验可知工作台投苗作业的高度范 围在 125 265 mm 内 落苗高度设置 5 个水平 125 160 195 230 和 265 mm 依据目前移栽机移栽速率范围在 40 120 株 min 投苗速率设置成 5 个水平 40 60 80 100 和 120 株 min 取苗爪取出穴苗释放后 落在传送带栅格 内的穴苗倾斜角度不同 式 11 可知 不同倾斜角度的 农业工程学报 http www tcsae org 2021 年 14 穴苗在下落过程中受到空气阻力不同 从而影响落苗位置 依据穴苗抛落过程中 可能出现的倾斜程度 将穴苗倾斜角 设置 3 个水平 15 15 45 15 和 75 15 每 组试验测试 128 株穴苗 重复 5 次 试验结果如图 11 所示 a 投苗高度单因素试验结果 b 投苗速率单因素试验结果 c 穴苗倾角单因素试验结果 a Single factor test results of the seedling dropping height b Single factor test results of the seedling dropping rate c Single factor test results of the seedling inclination angle 图 11 单因素试验结果 Fig 11 Results of single factor tests 由图 11a 可知 当 投苗高度为 160 mm 时 投苗成功 率最高 投苗高度大于 160 mm 时 基质破损率上升明显 因此选取投苗高度为 160 mm 由图 11b 可知投苗速率为 60 株 min 时 投苗成功率较高 同时基质破损率在较低 水平 因此选取投苗速率为 60 株 min 由图 11c 可知 穴苗倾角为 75 15 时 投苗成功率最高 且基质破损 率在移栽允许范围内 因此选取穴苗倾角为 75 15 综上 投苗高度为 160 mm 投苗速率为 60 株 min 穴 苗倾斜角为 75 15 时 有较好投苗效果 4 4 正交试验 4 4 1 试验设计 为验证以上 3 个因素的交互作用对分苗装置投苗效果 的影响 使用 Box Benhken 响应曲面分析法 设计 15 组正 交试验 24 26 每组试验选取 64 棵苗 进行回归试验分析 根据单因素实验结果选取投苗高度为 160 mm 投苗 速率为 60 株 min 作为基准参数 在 75 15 穴苗倾角 范围内进行等值细分并设计正交试验 表 3 为正交试验 因素水平编码表 表 3 试验因素水平编码 Table 3 Table of the factors with different levels in the test 水平 Level 投苗高度 Seedling dropping height mm 投苗速率 Seedling dropping speed plants min 1 穴苗倾角 Seedling dropping inclination angle 1 150 55 65 5 0 160 60 75 5 1 170 65 85 5 4 4 2 试验结果与分析 试验结果如表 4 在 Mintab17 中分别建立投苗高度 投苗速率 穴苗倾角与投苗成功率 Y 1 基质破损率 Y 2 之 间的回归模型 进行响应曲面分析 表 5 为回归模型的方差结果 从表 4 可知 对投苗 成功率 Y 1 影响顺序从大到小依次为穴苗倾角 投苗速率 和投苗高度 穴苗倾角的 P 值为 0 对投苗成功率影响极 显著 表 4 正交试验结果 Table 4 Orthogonal test results 序号 No 投苗高度 Seedling dropping height X 1 投苗速率 Seedling dropping speed X 2 穴苗倾角 Seedling inclination angle X 3 投苗成功率 Success rate of seedling dropping Y 1 基质破损率 Damage rate of substrate Y 2 1 1 1 0 93 75 1 72 2 1 1 0 92 19 1 61 3 0 1 1 96 88 1 69 4 0 1 1 90 63 1 66 5 0 0 0 92 19 1 68 6 1 0 1 95 31 1 64 7 1 0 1 90 63 1 72 8 0 1 1 95 31 1 62 9 0 1 1 85 94 1 62 10 0 0 0 90 63 1 70 11 1 1 0 93 75 1 64 12 0 0 0 92 19 1 68 13 1 0 1 87 50 1 59 14 1 0 1 95 31 1 86 15 1 1 0 93 75 2 11 Note X 1 X 2 and X 3 is the level value of experimental factors 对于基质破损率 Y 2 3 个因素的 P 值从小到大为投 苗高度 投苗速率 穴苗倾角 其中 X 1 与 X 2 的 P 值均 小于 0 05 说明这 2 个因素对基质破损率影响显著 表 5 方差分析结果 Table 5 Result of variance analysis 指标 Index 因素 Factors 平方和 Sum of squares F P X 1 2 74 2 33 0 19 X 2 7 63 6 47 0 05 Y1 X 3 98 88 83 79 0 X 1 0 11 23 40 0 01 X 2 0 03 7 26 0 04 Y2 X 3 0 01 1 34 0 30 注 P 0 05 表示差异显著 P 0 01 表示差异极显著 Note P 0 05 means the difference is significant P 0 01 means the difference is extremely significant 4 4 3 交互作用结果分析 图 12 为各因素两两交互作用对投苗成功率的响应曲 面图 由图 12a 可知 当投苗高度和投苗速率变化时 投 第 8 期 任 玲等 穴苗移栽机双旋转式分苗装置设计 15 苗成功率均为 90 95 变 化 不 明 显 说 明 这 2 个因素 对投苗效果影响不显著 由图 12b 可知 投苗成功率随 穴苗倾角增大方向变化较明显 而随投苗高度的变化不 明显 说明穴苗倾角是影响投苗成功率的重要因素 穴 苗倾角的值为 85 5 时投苗高度为 170 mm 由图 12c 可知 当穴苗倾角变化时 投苗成功率有明显变化 而 投苗速率变化时成功率变化不明显 说明穴苗倾角对成 功率影响显著 a f X 1 X 2 0 b f X 1 0 X 3 c f 0 X 2 X 3 图 12 交互作用对投苗成功率的影响 Fig 12 Effects of interaction on the success rate of seeding dropping 图 13 为各因素两两交互作用对基质破损率的响应曲 面图 由图 13a 可知 基质破损率随投苗高度减小而明显 减小 投苗速率减小时 基质破损率也随之变化 但其 变化程度不如前者明显 说明投苗高度是影响基质破损 率的主要因素 同时投苗速率也会对基质破损率有影响 投苗高度为 150 mm 时投苗速率为 65 株 min 由图 13b 可知 基质破损率随投苗高度的下降明显减小 而穴苗 倾角变化对基质破损率影响不大 说明投苗高度是影响 基质破损率的主要因素 投苗高度为 150 mm 时穴苗倾角 为 85 5 由图 13c 可知 当投苗速率减小时 基质 破损率随之减小 但变化不明显 说明投苗速率对基质 破损率有影响 而穴苗倾角变化对基质破损率没有影响 对比图 13 可知 投苗高度与投苗速率是影响基质破损率 的主要因素 而穴苗倾角对破损率影响不显著 a f X 1 X 2 0 b f X 1 0 X 3 c f 0 X 2 X 3 图 13 交互作用对基质破损率的影响 Fig 13 Effects of interaction on the damage rate of substrate 4 5 参数优化与验证 为使分苗装置具有更好的投苗效果 以投苗成功率 最高 基质破损率最低为优化目标 利用 Mintab17 27 进 行优化求解 目标函数与约束条件为 1 2 1 2 3 Max Min 1 1 1 1 1 1 Y Y X X X 14 优化后的投苗作业参数为 投苗高度 150 mm 投苗 速率 65 株 min 穴苗倾角为 85 5 在该作业参数 下 投苗成功率的拟合值为 97 33 基质破损率的拟合 值为 1 58 结合优化后的最佳参数和相关规范 28 30 对分苗装置 作业性能进行验证试验 试验采用苗龄 33 d 的 里格尔 87 5 番茄穴苗 在石河子大学精准农业试验室进行 图 14 为分苗试验装置 共进行 5 次试验 每次试验 128 株 穴苗 试验结果如表 7 所示 图 14 分苗试验装置 Fig 14 Equipment of seedling separating test 农业工程学报 http www tcsae org 2021 年 16 表 7 作业性能验证试验结果 Table 7 Operation performance verification test results 试验号 Test No 投苗成功率 Success rate of seedling dropping 基质破损率 Damage rate of substrate 1 95 31 1 59 2 93 75 1 67 3 100 00 1 70 4 95 31 1 63 5 97 66 1 65 平均 Average 96 41 1 65 5 次试验的投苗成功率平均值为 96 41 基质破损 率平均值为 1 65 该分苗装置可以实现自动投苗作业 5 结 论 1 根据单行移栽的移栽机作业方式 设计了一种新 型分苗装置 该装置由 2 个工作台构成 在气缸推动下 交替切换至投苗位 实现连续分苗 无间断投苗作业 可以有效提升分苗投苗环节的工作效率 2 建立分苗装置投苗运动的微分方程 分别得出水 平和竖直两方向的速度和位移函数 分析落苗位置与落 苗动能 将投苗成功率和基质破损率作为评价指标 得 到影响分苗投苗作业的主要因素 投苗高度 投苗速率 和穴苗倾角 3 通过单因素试验 得到分苗作业的最佳参数 并在 此基础上进行正交试验 从方差分析的结果可知 影响投 苗成功率因素的顺序依次为穴苗倾角 投苗速率和投苗高 度 影响基质破损率因素的顺序依次为投苗高度 投苗速 率和穴苗倾角 根据响应曲面分析结果 得出穴苗倾角和 投苗高度分别是影响成功率和破损率的主要因素 在优化 参数条件下进行试验 当投苗高度为 150 mm 投苗速率为 65 株 min 穴苗倾角 85 5 时 平均投苗成功率为 96 41 平均基质破损率为 1 65 台架试验结果与优化 结果基本一致 分苗装置能够满足分苗投苗作业需求 可 为全自动穴苗移栽机分苗装置设计提供参考 参 考 文 献 1 王帅 育苗移栽机具的发展现状及趋势 J 农业科技与装 备 2019 2 58 59 Wang Shuai Development situation and trend of seedling transplanting machine J Agriculture Science 2 Key Laboratory of Northwest Agricultural Equipment of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Shihezi 832003 China Abstract Transplanting has become a common practice in tomato cultivation where seedlings grown in doors are replanting into a final planting location for the growing season Most tomato planting is distributed in Xinjiang of northwest China due mainly to high difference in temperature long sunshine and less rainfall Weather factors such as hail and cold in early spring seriously determined the survival of tomato seedlings However a combination of semi automatic machine and manual transplanting was generally adopted in current tomato planting indicating low transplanting efficiency and high labor intensity Therefore it is necessary to develop a high speed automatic transplanter suitable for large scale tomato planting Since the picking speed can reach 120 plants per minute in previous automatic transplanters the planting speed is not so high the maximum of only 60 plants per minute Furthermore the planting speed also determined the transplanting speed of the automatic transplanting machine In this study a double row seedling cast device was designed with high efficiency continuity and damage resistance in transplanting seedlings The specific procedure was as follows 1 Two workstations were alternately utilized to implement the continuous casting of seedlings The assembled cylinder in front of the base was used to push the rotation of the cast around the bearing center that connected to the base 2 A coordinate system was established from the side view of cast movement considering the influence of air resistance on the motion 3 Motion equations were set in two dimensions the horizontal and vertical to determine the main factors of seedling injection including the inclination angle of seedling the height and speed of the cast A three level single factor orthogonal test was carried out to evaluate the influence of each single factor The experimental procedure was that 1 Five height levels were taken a