用于园艺管理的花卉果树嫁接装置结构设计.pdf

用于园艺管理的花卉果树嫁接装置结构设计 张玉晶 松原职业技术学院 吉林 松原 nullnullnullnullnullnull 摘 要 为进一步提高用于园艺管理的花卉果树嫁接装置的智能化作业水平 确保嫁接花卉果树育苗的成活 率 针对嫁接装置的结构设计展开研究 在嫁接装置的核心结构组成与作业原理基础上 基于解决问题的物质 null 场理论 结合各结构组件特点与功能要求 建立用于结构优化的核心理论设计模型 通过结构布局与优化形成体 积紧凑的花卉果树嫁接装置 并进行嫁接作业试验 结果表明 在实施嫁接作业一定的前置条件下 嫁接装置的 嫁接成活率相对提高 nullnullnullnullnull 结构复杂度与嫁接伤苗率均大大降低 嫁接综合效率提升至 nullnullnullnullnullnull 满足园艺嫁 接作业性能要求 可为推进花卉果树园艺管理的标准化培养模式应用提供支持 关键词 嫁接装置 园艺管理 结构布局 嫁接成活率 中图分类号 S223 1 文献标识码 A 文章编号 1003 188X 2023 02 0126 04 0 引言 随着我国环境友好型与资源节约型概念的大力 倡导 农业智能化装备应用的广度与深度不断提升 传统的花卉果树人工嫁接方法已不能满足当前各项 花卉果树栽培的规模化与成活率要求 如何高效进行 嫁接培育成为重要的研究方向之一 综合分析表明 影响嫁接成活的因素 一方面在于花卉果树间的亲缘 关系 另一方面则取决于嫁接方式和嫁接设备的运 用 经查阅文献可知 日本 韩国都相继利用多种改 进方法将瓜类 茄类嫁接装置的生产率保持在 nullnullnull 株 nullnull 以上 如直插法 贴接法等 为此 笔者拟在当前 嫁接装置作业原理的基础上 以提高花卉果树的嫁接 成活率为目标 从其结构的设计优化入手进行探讨 1 花卉果树嫁接概述 花卉果树嫁接技术作为花卉果树培育的关键手 段 其应用的科学与否对于后续花卉果树的生长健壮 性 果实丰产率都起着至关重要的作用 于是 花卉 果树自动嫁接装置应运而生 旨在降低人工嫁接作业 劳动强度 提高嫁接作业操作水平 自动嫁接装置的优势在于可以确保每次嫁接动 收稿日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基金项目 吉林省职业教育与成人教育教学改革研究项目 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 职业院校学生工匠精神培养的瓶颈问题研究项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 作者简介 张玉晶 nullnullnullnullnull 女 吉林松原人 副教授 硕士 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 作的精度与速度 本文给出用于园艺管理的花卉果 树嫁接装置核心结构组成 如图 null 所示 图 null 花卉果树嫁接装置核心结构组成简图 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 用于园艺管理的花卉果树嫁接装置关键性能及 参数如表 null 所示 表 null 用于园艺管理的花卉果树嫁接装置关键性能及参数 nullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 序号 参数名称 单位 参数值 null 型号 nullnullnullnullnullnullnull null 适用对象 花卉果树 null 嫁接方式 贴合 null插入式 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 DOI 10 13427 ki njyi 2023 02 023 续表 null 序号 参数名称 单位 参数值 null 生产率 株 nullnull nullnullnull null 作业方式 全自动 null 控制组件 步进电机 null 执行组件 伺服电机 null 成活率 null nullnull 装置的作业流程可概述为 自动送苗部件将待嫁 接的花卉树苗进行排序后进入自动进夹机构 此时接 穗夹持部件与砧木夹持部件则分别位于该嫁接装置的 两侧 经各自的输送臂 切削部件后 进行对接贴合条 件检测 去除生长点部件同时动作 条件具备的基础上 通过对接贴合定位部件实现接穗与砧木的贴合与定 位 从而完成 null 次嫁接动作 2 嫁接装置设计 2 1 嫁接理论模型建立 嫁接装置结构的优化在于明确当前各组件之间 的连接关系与协调性 以组件关系与功能协调实现为 出发点 选取物质 null 场原理作为支撑 利用标准解系统 形成用于花卉果树嫁接装置结构设计的核心理论模 型 如图 null 所示 以优化结构复杂度与提高嫁接成活 率为预设目标 利用分析原理 针对嫁接装置各动作 各环节存在的问题冲突确认 从接穗处理 砧木处理 实行嫁接和贴合定位展开参数分析 并通过标准解系 统识别择取标准解应用方式 得出该嫁接装置结构设 计的解决方案 为确保嫁接贴合定位的精度 充分考虑嫁接装置 在进行待嫁接花卉树苗贴合定位过程中砧木组件与 接穗组件之间的受力范围 分析力与弯矩关系 并得 出嫁接输送转接组件参数设计模型 即 F G mnull null L b T FL a null 式中 F 花卉果树嫁接装置砧木组件受力 null G 待嫁接花卉树苗砧木重力 null m 待嫁接花卉树苗砧木质量 nullnull null 花卉果树嫁接装置输送装置的旋转角速度 nullnullnullnullnull T 花卉果树嫁接装置砧木夹持组件作用点弯 矩 null null L a 待嫁接花卉树苗砧木与输送装置轴向距离 nullnull L b 待嫁接花卉树苗砧木与输送装置径向距离 nullnull 图 null 用于花卉果树嫁接装置结构设计的核心理论模型 nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 2 2 嫁接装置结构布局 以嫁接作业时接穗的上苗 运输 转接和砧木的 运输 切削 转接及两者的贴合定位为关键执行动作 规划出可用于园艺管理的嫁接装置结构控制布局 如 图 null 所示 图 null 用于园艺管理的嫁接装置结构控制布局简图 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 选择 nullnullnull 作为嫁接作业的核心控制器 从视觉感 应装置 电磁转向装置 电机驱动器及线路控制模块 null nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 个方面进行动态调控 通过分析嫁接各时序的执行要 求 对 nullnullnull 控制的嫁接执行组件进行 nullnullnull 地址分配 涉及砧木组件的去程 返程 接穗组件的去程 返程 电机的动作指令与夹持组件的动作指令命名 砧木与 接穗复位等 确保嫁接装置的部件动作有序准确性 针对该结构布局的线路 控制模块采用集成化设 计 并进行基于结构布局的嫁接装置驱动控制模式主 要参数设定 见表 null 采用 nullnullnullnullnullnullnull 型控制器 来实现 嫁接臂的动作执行控制 驱动引脚环节选择 nullnullnull 与 nullnullnull 分别对嫁接装置的步进电机转速与方向集成连 接 使嫁接装置在进行贴合定位的动作精度由转速与 方向把控 表 null 基于结构布局的嫁接装置驱动控制模式主要参数设定 nullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 序号 参数设定及表示 功能实现 null nullnullnullnullnullnullnull 启动 null nullnullnullnullnullnullnullnullnull 调控扭矩 null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 嫁接位置 null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 嫁接位置 null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 嫁接位置 null null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 异常复位 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 无效 2 3 嫁接装置结构设计 利用曲柄连杆机构的轨迹运行特点 增设去除砧 木的树苗生长点柔性结构组件 以降低嫁接伤苗率 根据夹持部件在嫁接作业时与砧木的相对运动关系 并依据两者之间的运动特点 设置砧木夹持部件的角 度为 nullnullnull null nullnullnullnull可调 夹持片厚度可根据嫁接花卉果 树苗的种类进行调整 以保证嫁接花卉树苗良好的导 向性 便于实现嫁接速度快 定位精度高的作业目标 针对接穗与砧木的贴合对接 增设辅助扶持组件 当 花卉树苗的间距与贴合尺寸不符合贴合对接条件时 进行间距自适应调整 根据优化设计后的参数 通过 nullnull 软件进行模型 简化呈现 并设定准确的装配参数 考虑装配组件间 的干涉与连接关系 生成整体嫁接装置的优化效果 嫁接装置夹持切削结构优化简图 如图 null 所示 其 中 嫁接夹持部件的长度可变化阈值为 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull 宽度可变化阈值为 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 优化 了夹持动作 图 null 用于园艺管理的嫁接装置夹持切削结构优化简图 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 3 嫁接作业试验 3 1 前置条件 按照园艺嫁接管理的时序特点及环境要求 采用 插接模式展开嫁接作业试验 嫁接对象设定为优质 无花果 同时保证砧木与接穗的轴径匹配度 砧木为 nullnullnullnullnullnullnull 待接穗苗 nullnullnullnullnull 当嫁接苗种满足温度 生长与嫁接条件后 着重设定前置条件如下 null 嫁接装置结构布线合理 数据传输节点接线 牢靠 null 嫁接装置的夹持 弹力设定准确 动作响应 迅速 null 考虑不可控误差的影响 设定相应的误差修正 系数 3 2 过程分析 以突出试验的可行性与普遍适用性为目标 设置 试验组别为 null 组 每组以 nullnull 株为基点 并进行 nullnull 株的 依次递增嫁接 以嫁接速度与嫁接成功率为主要对比 项 得到如表 null 所示的试验数据统计 表 null 结构设计下的花卉果树嫁接装置作业试验数据统计 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 组别 嫁接 数量 成功 株数 嫁接时间 nullnull 成功率 nullnull null nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 由表 null 可看出 嫁接数量为 nullnull 株时 成功嫁接株 数为 nullnull 株 嫁接成功率为 nullnullnullnullnullnull 嫁接数量为 nullnull 株 时 成功嫁接株数为 nullnull 株 嫁接成功率为 nullnullnullnullnullnull 嫁 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 接数量为 nullnull 株时 成功嫁接株数为 nullnull 株 嫁接成功 率为 nullnullnullnullnullnull 嫁接数量为 nullnull 株时 成功嫁接株数为 nullnull 株 嫁接成功率为 nullnullnullnullnullnull 平均每嫁接 null 株耗时为 nullnullnullnullnull 且各夹持组件 输送组件 固苗组件之间配合灵 活 动作协调性好 以深度对比结构优化前后的接穗装置性能参数 为出发点 对各导出数据进行转换 选定嫁接装置的 结构复杂度 嫁接成功率 切削成功率 嫁接伤苗率及 嫁接综合效率作为主要衡量指标 得到用于园艺管理 的花卉果树嫁接装置作业试验效果对比表 如表 null 所示 表 null 用于园艺管理的花卉果树嫁接装置作业试验效果对比 nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 装置 结构 复杂度 嫁接 成功率 切削 成功率 嫁接 伤苗率 嫁接 综合效率 普通嫁接 装置 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull 结构优化 嫁接装置 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull 对比 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 由表 null 可看出 经结构优化后的嫁接装置与普通 的嫁接装置相比 其结构复杂度由 nullnullnullnullnullnull 降低为 nullnullnullnullnull 系统复杂度降低了 nullnullnullnullnull 装置的嫁接成功率 由 nullnullnullnullnullnull提高到 nullnullnullnullnullnull 切削成功率由 nullnullnullnullnullnull提升 至 nullnullnullnullnullnull 伤苗率由 nullnullnullnullnull降低至 nullnullnullnullnull 从而使得嫁 接综合效率由 nullnullnullnullnullnull优化为 nullnullnullnullnullnull 嫁接作业综合效 率得到显著提升 4 结论 null 根据花卉果树嫁接装置的作业原理 以解决 问题中关键的物质 null 场理论为主导 全面分析嫁接装 置的结构组成 并搭建设计核心理论模型 同时 通 过各嫁接组件间的结构布局与设计实现 优化了用于 园艺管理的花卉果树嫁接装置的结构复杂度 形成完 整 紧凑的嫁接智能装置 null 通过开展该花卉果树嫁接装置结构设计下的 嫁接作业试验 证明了此理念主导的嫁接装置结构优 化的可行性与合理性 不但降低了装置的结构复杂度 与嫁接伤苗率 而且更大幅度地提高了嫁接成功率与 整机的嫁接综合效率 有利于我国园艺管理中智能嫁 接装置的深化发展与园艺管理标准化培育的实现 有 很好的推广应用价值 参考文献 null 石磊 雷良育 李佳 null运用 nullnullnullnull 理论的蔬菜苗嫁接机设计 null null重庆理工大学学报 自然科学版 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnull nullnullnullnull null 孙群 赵栋杰 赵颖 null国内外树苗自动嫁接机的研究现状 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null 张文波 张铁中 褚佳 等 null套管振动输送装置设计及试验 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnull null 田素博 董嵩 王瑞丽 等 null甜瓜自动嫁接机推夹装置设计 及试验 null null沈阳农业大学学报 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null 初麒 姜凯 刘凯 等 nullnullnullnullnullnullnullnull 型自动嫁接机的试验研究 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull null 姜凯 辜松 郑文刚 等 null瓜科全自动嫁接机设计与试验 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null 楼建忠 吴康 陈骏炀 等 null瓜类蔬菜斜插式嫁接砧木子叶 自适应压持机构设计与试验 null null农业工程学报 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnull null 杨安 童俊华 泮金辉 等 null瓜类嫁接机上苗定位夹持装置 的设计 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null 褚佳 张铁中 张立博 等 null套管式蔬菜自动嫁接机出套装 置设计与试验 null null农业机械学报 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnull 吕亚军 辜松 谢忠坚 等 null茄果类种苗贴接法嫁接下压夹 持试验 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 尹权 张铁中 李军 等 null基于 nullnullnull 的一种茄科整排自动 嫁接机控制系统设计 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnull null nullnullnull nullnull 彭玉平 辜松 初麒 等 null茄果类嫁接机砧木上苗装置设计 null null农业工程学报 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnull 李全罡 吴晓峰 李芝茹 等 null基于 nullnullnullnullnullnullnull 的油茶嫁接 穗木夹持机构优化设计 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnullnull nullnull 张健 赵晖 贾靖 等 null基于视觉驱动的自动嫁接机样机系 统 null null浙江农业科学 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull 张峰峰 王家胜 李业锋 等 null蔬菜嫁接机秧苗夹持机构的 设计与试验 null null农机化研究 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnull 童俊华 丁煜华 武传宇 等 null单人工上苗式半自动蔬菜嫁 接机关键机构设计与试验 null null农业机械学报 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnull 任国强 null蔬菜自动嫁接机的研究现状及展望 null null农机化 研究 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull 下转第 nullnullnull 页 nullnullnull nullnullnullnull 年 null 月 农 机 化 研 究 第 null 期 nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnulln