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基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验 崔志超 1 2 管春松 2 徐 陶 3 李吉成 1 陈亚勇 1 宋井玲 4 郑书河 1 1 福建农林大学机电工程学院 福州 350100 2 农业农村部南京农业机械化研究所 南京 210014 3 江苏省农业科学院 农业设施与装备研究所 南京 210014 4 山东理工大学农业工程与食品科学学院 淄博 255000 摘 要 针对叶类蔬菜自动移栽送 分苗成功率低和伤苗率高的问题 该研究以甘蓝基质块苗为对象 设计了一种输送 带 挡销组合式送 分苗装置 结合甘蓝基质块苗力学特性 开展送 分苗过程理论分析 确定装置稳定送 分苗条件和关 键机构工作参数 搭建试验台进行单因素试验 确定关键因素参数范围 选取前输送带电机转速 后输送带电机转速和 挡销频率为主要试验因素 以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box Behnken中心组合试验 建立二阶回归模 型 分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化 试验结果表明 前输送带电机转速104 r min 后输送带电机转 速75 r min 挡销频率1 85 s 次时送分苗效果较优 台架验证试验分苗成功率92 73 基质块破损率4 09 田间验证 试验分苗成功率91 81 基质块破损率4 62 两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2 表明该装置 具有较高的稳定性 该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考 关键词 农业机械 设计 试验 基质块苗 移栽机 自动送 分装置 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202304202 中图分类号 S223 9 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2023 13 0068 12 崔志超 管春松 徐陶 等 基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验 J 农业工程学报 2023 39 13 68 79 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202304202 http www tcsae org CUI Zhichao GUAN Chunsong XU Tao et al Design and experiment of the automatic conveying and separating device for substrate block seedling transplanting machine J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2023 39 13 68 79 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 202304202 http www tcsae org 0 引 言 蔬菜是中国仅次于粮食的第二大种植农作物 常年 种植面积超2 000万hm2以上 1 2 其中 以甘蓝为代表 的叶类蔬菜约占蔬菜总种植面积的25 3 育苗移栽是 其主要种植方式 叶类蔬菜要求单株定植 自动化移栽 是解决这一问题的有效途径 目前叶类蔬菜自动移栽装 备缺乏或可靠性差 4 6 现有蔬菜钵苗自动移栽机应用在 叶类蔬菜上存在两方面问题 一是送 分苗方法依赖秧苗 自身优势 适于根系发达的茄果类长茎苗 7 8 不适于阔 叶 短茎的叶类蔬菜 二是送 分苗要求精度高 导致机 器可靠性低 影响栽植效率 因此 亟需探索针对叶类 蔬菜秧苗特点的育苗方式与送 分苗方法 解决叶类蔬菜 优质高效自动移栽的瓶颈问题 基质块苗是实现叶类蔬菜自动移栽的有效育苗方式 其载苗块体规则 稳定性好 苗龄大小与植株形态对送 分苗效果影响小 9 欧洲国家在基质块育苗移栽方面研 究应用较早 意大利Ferrari公司和Hortech公司 法国 CM Ff2 is the friction of the rear conveyor belt on the substrate blocks group in the continuous conveying zone N F is the vertical inward force of the splint on the substrate block seedlings N Ff is the friction of the splint on the substrate block N FN1 is the support force of the rear conveyor belt on the substrate block seedlings group in the intermittent conveying zone N FN2 is the support force of the rear conveyor belt on the substrate block seedlings group in the continuous conveying zone N Ft is the pushing force of the substrate block seedlings in the continuous conveying zone on the substrate block seedlings in the intermittent conveying zone N is the angle between the rear conveyor belt and the horizontal plane G is the gravity of the substrate block seedling N 图4 间歇送苗受力分析 Fig 4 Force analysis of intermittent seedlings delivery 联立式 3 4 得 F 1n1Gcos n1Gsin 1n2Gcos n2Gsin 2 5 式 3 5 中 1为输送带与整排基质块苗的摩擦系 数 取值0 55 2为夹板与整排基质块苗的摩擦系数 取值0 5 G为基质块苗重力 取值0 98 N 为基质苗 与水平面的夹角 取值12 5 n1为夹紧区基质块苗的数 量 取值6株 n2为连续输送区基质块苗的数量 取值 9株 计 算 得 连 续 输 送 区 基 质 块 苗 的 推 挤 力Ft 6 65 N 夹板夹力F 22 15 N 3 1 3 间歇夹紧机构设计 如图5所示 在杆件尺寸 安装位置等已知的情况 下 夹板的夹力与气缸 的活塞杆伸展长度密切相关 夹板的转动角度 受气缸活塞杆的直接影响 角过大 需要气缸的尺寸越大 影响效率和安装位置 角过小 则影响夹板夹紧力 为此 须分析气缸在工作位置时 AB 的所需长度和常态位置时AB的静态长度 AO BB CC 工作位置Working position 常态位置Normal position O y x 1 2 3 4 1 气缸 2 夹板 3 基质块苗 4 输送槽固定侧 1 Cylinder 2 Splint 3 Substrate block seedling 4 Fixed side of conveyor chute 注 为夹板由常态位置到工作位置的转动夹角 A B C为铰 接点 Note is the rotation angle between the normal position and the working position of the splint A B and C are hinge points 图5 基质块苗被夹紧时机构简图 Fig 5 Schematic diagram of the mechanism when the substrate block seedlings are clamped 以气缸 的铰接点A为原点 建立平面直角坐标系 作B C 延长线与过O点的x轴相交 建立虚拟O 点 根 据几何关系获得所需坐标点O 点 C 点 B 点的位置 以O 点为引导点求得LO B 和LO A距离 LO B yB yO LOC cos LBC 6 LO A LOA LOC sin 7 从而推导出气缸工作行程 LAB L2O B L2O A LOCcos LBC 2 LOA LOCsin 2 8 LAB L2OA LOC LCB 2 9 式 8 9 中LOA为夹板下固定点到气缸 固定点 的距离 取值40 mm LOC为夹板下固定点到折点距离 第 13 期 崔志超等 基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验 71 取值95 mm LBC为夹板上固定点到折点距离 取值 38 mm 取值30 计算得气缸 常态位置总长度 LAB 139 mm 工作位置总长度LAB 149 mm 可选用宁 波亚德客自动化工业有限公司生产的B06 MI 16 10SCA 复动型气缸 3 2 自动分苗机构 自动分苗机构是将整排基质块苗按照一定频率进行 逐块分离 该机构执行部件采用气压传动为直接动力配 合多连杆机构实现复合运动 如图6所示 栽植器沿运 动轨迹呈逆时针转动 当接近传感器未检测到栽植器 即 两栽植器间隔处 时 PLC控制电磁换向阀左路接通 气缸 活塞杆伸出 挡销摆出前输送带上方实现放苗 基质块苗由m1处被送至m2处 呈待取状态 当栽植器 转至接近传感器检测域时PLC控制电磁换向阀右路接通 气缸 活塞杆缩回 挡销摆入前输送带上方实现挡苗 此时栽植器取走前输送带端部基质块苗 依次循环 m1 m2 1 2 3 9 4 5 68 7 10 11 1 空气压缩机 2 储气罐 3 电磁换向阀 4 基质块苗 5 前输送带 6 气缸 7 挡 销 8 挡销连杆 9 接近传感器 10 栽植器 11 栽植器运动轨迹 1 Air compressor 2 Air storage tank 3 Electromagnetic directional valve 4 Substrate block seedling 5 Front conveyor belt 6 Cylinder 7 Stop pin 8 Stop pin linkage 9 Proximity sensor 10 Planter 11 Motion trajectory of the planter 注 为栽植器转动角速度 rad s 1 m1为待分苗点 m2为分苗运动 终点 Note is the rotation angular speed of the planter rad s 1 m1 is the wait separating seedlings point m2 is the end point of separating seedling movement 图6 自动分苗机构示意图 Fig 6 Schematic diagram of automatic seedling separation mechanism 3 2 1 稳定分苗条件 为保证挡销处于挡苗状态时 前输送带上始终存有 基质块苗供分苗 要求前输送带速度大于栽植器转动速 度 但前输送带速度过快会使基质块苗在接触挡销瞬间 发生倾翻 如图7所示 对基质块接触挡销的瞬间进行 分析 挡销对基质块质心 8 F3d Ff3 b2 F4d 0 F3 F4 Ff3 0 Ff3 FN3 G 8 F3 G 2 G b4d F4 G 2 G b4d 10 式中d为挡销到基质块质的垂直距离 mm 如图7a理想状态下 两挡销对基质块质心所形成的 力矩与力臂相等 且合力与基质块质心位于同一水平线 不会产生翻转力矩 因此基质块不存在倾翻的可能 实 际生产中 基质块育苗期间块体之间难免存在差异 两 挡销合力难保位于每个基质块的质心位置 若出现偏差 则出现倾翻的可能 基质块在惯性力的作用下会翻转到 图7b状态 基质块碰到挡销前 基质块所受力对挡销的 力矩为0 基质块碰到挡销后 基质块所受力对挡销的 力矩还为0 满足能量守恒定律 27 当基质块苗处于临 界倾翻状态时基质块苗损失的动能转化为势能 F3 F4 G 挡销 Stop pin挡销 Stop pin FN3 Ff3 Ff3 FN3 G F5 前输送带 Front conveyor belt a 基质块苗接触挡销时理想状态 a Ideal state when a substrate block is in contact with the stop pin b 基质块苗发生倾倒时临界状态 b substrate block seedling is in critical state when tipping occurs 注 F3 F4分别为理想状态下挡销对基质块苗的平衡推力 N FN3为前输 送带对基质苗的支撑力 N Ff3为前输送带对基质块苗的摩擦力 N F5为 临界倾倒状态下挡销对基质块苗的推力 N 为临界倾倒状态下基质块苗 与前输送带之间的夹角 Note F3 and F4 are the equilibrium thrust of the stop pin on the substrate block seedlings under ideal conditions N FN3 is the support force of the front conveyor belt on the substrate seedlings N Ff3 is the frictional force of the front conveyor belt on the substrate block seedlings N F5 is the thrust of the stop pin on the substrate block seedling in the critical tipping state N The angle between the substrate block seedling and the front conveyor belt in the critical dumping state 图7 基质块苗接触挡销的瞬间受力 Fig 7 Force at moment substrate block seedling contact with stop pin 动能 Ek的变化 Ek mv 2 2 11 势能 Em的变化 Em mg 26 6664 p2 2 bsin 45 b 2 37 7775 12 动能转化为势能 Ek Em 13 整理得 v gb p 2sin 45 1 14 式 11 14 中m为基质块苗的质量 取值100 g v为基质块苗获得的输送速度 m s 当 45 时 基质 块苗为临界倾倒状态 计算得输送速度v 0 16 m s 所 以 要保证基质块苗接触挡销时不会发生倾翻 需保证 前输送带速度小于基质块苗理论输送速度 3 2 2 分苗机构设计 挡销的摆动角度 直接影响分苗效果 挡销摆入前 输送带上方与基质块前进面保持平行接触时视为理想挡 苗状态 挡销摆出前输送带上方远离基质块体时视为理 72 农业工程学报 http www tcsae org 2023 年 想放苗状态 在挡销与连接组件尺寸 安装位置均已知 的情况下 通过计算挡销摆角 和摆杆摆角 可间接 求得连杆两端点绕支点摆动的直线距离 从而得出所需 气缸的工作行程 如图8所示 以O2和O3各为坐标原点分别建立平 面直角坐标系 获得所需坐标点H H E E 的位置 H O3 B I G G G K K H F F e x y前输送带Front conveyor belt 放苗状态 Seedling release status 挡苗状态 Seedling blocking status M N 转轴 Rotation shaft 转轴 Rotation shaft 挡销 Stop pin a 挡销工作状态简图 a Schematic diagram of working state of stop pin b 挡销整体简图 b Overall schematic diagram of the stop pin D E O2 G H O3 E E G 气缸 Cylinder y x 注 B为前输送带宽度 mm I为前输送带中心线到O3距离 mm K为 挡销挡苗时的极限点 K 为挡销放苗时的极限点 M为前输送带外侧 N 为前输送带内侧 F F 分别为挡销中点 H H 分别为挡销的铰接点 O3 为挡销转轴 为挡销放苗状态下与y轴的夹角 为挡销摆角 E E E 分别为气缸 的活塞和摆杆的下铰接点之间的工作位置 G G G 分别为挡销的连杆和摆杆的上铰接点之间的工作位置 O2为摆杆转 轴 为摆杆的摆角 D为气缸 与机架铰接点 e为G G 到 x 轴的 距离 Note B is the width of the front conveyor belt mm I is the distance from the center line of the front conveyor belt to O3 mm K is the limit point when the stop pin stops the seedling K is the limit point when the stop pin is released M is the outside of the front conveyor belt N is the inside of the front conveyor belt F and F is the midpoint of the stop pin H and H is the hinge point of the stop pin O3 is the shaft of the stop pin is the angle between the stop pin and the y axis during seedling released is the swing angle of the stop pin E E and E are the working positions between the piston of cylinder II and the lower hinge point of the swing rod G G and G is the working positions between the connecting rod of the gear pin and the upper hinge point of the swing rod O2 is the shaft of the swing rod is the swing angle of the swing rod D is the hinge point between cylinder II and the frame e is the distance from G G to the x axis 图8 挡销工作原理简图 Fig 8 Schematic diagram of working principle of stop pin 计算得出挡销摆角 cos 1 LNO3L O3K cos 1 LMO3L O3K 15 由H点 H 点坐标和挡销摆角 推导出G 到G 的位 移距离 LG G LO3H 26 6664 0B BBB p2 2 sin 1C CCCA LO3H 2LGH 0B BBB p2 2 cos 2e LO3H 1C CCCA 0B BBB cos p2 2 1C CCCA 37 7775 16 计算得出挡销摆杆摆角 cos 1 2LO2G 2 L G G 2 2LO2G 2 17 由E 点 E 点坐标和摆杆摆角 推导出气缸 活塞 杆的行程为 LE E 2LO2E sin 2 18 LO3H LO3H LNO3 LMO3 LO3K LO3K LO2G LO2G LO2G LO2E LO2E LO2E 式 15 18 中 为挡销铰接点到转轴的 距离 取值30 mm 为前输送带近转轴侧到转轴的 距离 取值30 mm 为前输送带外侧到转轴的距离 取值55 mm 为挡销末端到转轴的距离 取 值80 mm LGH为挡销连杆长度 取值80 mm e 9 mm 取 值 50 mm 取 值 77 mm 取值45 计算得气缸 的活塞工作行程LE E 18 5 mm 连杆 往复行程LG G 12 mm 24 4 13 8 根据LE E 距 离可选用宁波亚德客自动化工业有限公司生产的B06 MI 20 20 SCA型复动型气缸 3 3 控制系统 3 3 1 控制原理 控 制 系 统 采用CP1H X40DT D型PLC program mable logic controller 控制 控制器与触屏输入显示器连 接实现人机交互 并通过控制信号启动和调整间歇送苗 机构 自动分苗机构以及立直栽苗机构工作 各部分机 构内在组成和机构之间的能量供给关系 信号通路方向 和秧苗栽植处理过程的空间处理过程如图9所示 夹板 气压源 系统控 制机构 间歇送苗机构 立直栽苗机构 整排基质块苗 秧苗移栽 电源 电磁阀 后输送带步进电机 步进电机驱动器 双排链式 栽植器步进电机 步进电机驱动器 挡销 自动分苗机构 电磁阀 前 侧输送带步进电机 步进电机驱动器 接近传感器 显示器 急停开关 停止开关 信号方向Signal direction 能量提供方向Direction of energy supply 秧苗动作方向Movement direction of seedlings 图9 控制原理图 Fig 9 Diagram of control principle 其中 送 分 栽苗机构之间的控制和反馈信号实现 如下 人机交互结构的输入和输出信号通过VGA video graphics array 1987 视频信号实现 输入的数字则 转化为PLC的寄存器和E2PROM electrically erasable programmable read only memory 寄存器内 控制系统对 第 13 期 崔志超等 基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验 73 电机的转速控制是通过PWM pulse width modulation 信 号与电机驱动器通讯实现控制 此外 接近传感器和 PLC之间的通讯方式为BCD8421编码的串口数字信号 接近传感器通过红外线检测传感器与每个周期上的栽植 器距离转化为BCD8421的数字信号 并以阈值来判断每 个栽植器的实际动作周期 实现间歇送苗机构 自动分 苗机构和直立栽苗机构的动作起点和周期保持同步 接收PLC系统控制信号的电机驱动器输出电机控制 信号 驱动后输送带给基质块苗提供前进的速度 电磁 阀在接收到控制信号后 驱动夹板间歇对秧苗夹紧 实 现间歇送苗和整齐排列 前输送带和侧输送带同步运行 给秧苗提供运输速度 使得秧苗的运动方向和输送的末 端位置有较高的稳定性 栽植器的运动周期与自动分苗 机构分苗动作的周期对应 若该部分的时间周期出现偏 差时 接近传感器通过PID控制间歇送苗机构和自动分 苗机构的送苗速度来调节 3 3 2 控制流程 系统控制流程 图10 主要通过PLC控制器及其通 讯部件来实现 主要包括 初始化 速度控制 秧苗移 栽控制 中断处理和速度控制算法 系统初始化 读取时 钟 用户界面初始化 运动状态归零 启动 速度寄存器修改为用户 输入的数值 读取历史送苗数据为当 前工作速度 用户按下启动 Y N 输入新秧苗动作周期 更新历史存储器为输入 关闭所有电机 停止 完成当前运行周期 停止 保存所有数据 中断1 中断2 N Y 按照当前工作速度输出 控制信号周期 显示警报LED 蜂鸣器 接近传感器检测每个秧 苗的动作时间周期 计算与预设的偏差 偏差超过阈值 偏差过大 跳转至中断2 停止工作 调整输送带速度 用户按下急停按钮 用户按下停止按钮 N N Y Y 图10 控制流程图 Fig 10 Flow chart of control 由于系统需要将初始电位 时间基准 界面显示 运动起始值与周期校准同步 因此在系统上电启动后 首先进入系统初始化阶段 包含系统的初始化 时钟初 始化 用户界面初始化及运动状态归零初始化 初始化 阶段结束后系统进入指令等待状态 由于秧苗移栽控制 需要特定的开始时间和运行周期 此时需要用户输入启 动指令或速度修改指令 若用户输入速度后并按下启动 系统则按照用户新输入的速度值运行并更新历史数据值 如果用户直接启动系统则读取历史存储的速度数据值进 行启动 使得系统运行时保持与启动前的最后一次运行 一致的速度运行 此外 系统在运行过程中 可以通过 中断跳转进行急停和停止操作 当执行急停时 系统会 立即停止 若指令为停止 系统则完成最后一个工作周 期后 逐步慢速停止 其中 急停和停止的中断等级不 同 急停的中断等级优先于停止指令 这保证急停的触 发会在最快的速度下停止系统的所有动作 最大限度减 少意外事故的发生 3 3 3 PID控制算法 由于分苗和栽苗机构部分互相独立驱动 而栽苗机 构在动作的过程中容易受到环境的不均匀阻力干扰 例如 不同的土壤硬度带来的阻力差异 除此以外 电压变化 和控制信号也可能存在着周期性的随机性干扰 这些干 扰产生的微小位移差异会在周期性动作下产生积累作用 进而影响整体的栽苗动作 为使分苗和栽苗机构部分的 速度保持稳定一致 避免由于受外力和其他干扰的误差导 致秧苗的漏送和多送问题 本文运用了PID proportion integral derivative 控制算法 28 对间歇送苗机构的运行 速度进行控制调整 实现分苗和栽植机构的运动之间的 速度保持一致 4 性能试验 4 1 试验条件与指标 为验证所设计自动送 分苗装置的实际分苗效果 以 步进电机为动力源分别驱动前 后输送带 以电磁换向 阀控制气缸驱动挡销与夹板 并搭建试验台 试验获取 装置最优参数组合 如图11所示 试验用苗为苗龄 30 d的甘蓝基质块苗 基质块为棱长40 mm立方体 基 质块之间无粘连 串根 送 分苗过程中 秧苗倾斜产生 的力矩不影响试验效果 试验地点为农业农村部南京农 业机械化研究所东区实验室 2 3 4 7 56 1 1 前输送电机 2 电磁换向阀 3 后输送电机 4 基质块苗 5 间歇送苗机构 6 自 动分苗机构 7 栽植器 1 Front conveyor motor 2 Electromagnetic directional valve 3 Rear conveyor motor 4 Substrate block seedlings 5 Intermittent conveying seedlings mechanism 6 Automatic seedling separation mechanism 7 Planter 图11 自动送 分苗台架试验 Fig 11 Bench test of automatic conveying and separating 由理论分析可知 影响送 分苗效果的主要因素与前 后输送带送苗速度和挡 放苗频率有关 因此 以前 后 输送带电机转速和挡销频率为试验因素 以分苗成功率 和基质块破损率为评价指标进行性能试验 分苗成功率Y1为单株分离且保持完整 竖直状态的 苗块NF占整排基质块苗N的比例 基质块破损率Y2为分苗过程中基质块因外部受力基 质散落质量大于基质块苗总质量1 3的基质苗块NP占总 74 农业工程学报 http www tcsae org 2023 年 株数N的比例 29 4 2 单因素试验 通过自动送 分苗试验台预试验 前输送带电机转速 设置为88 99 110 121 132 r min 后输送带电机转 速设置为66 73 79 86 92 r min 挡销频率设置为 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 s 次 分别设计以下单因素试验 每组试验选用120株基质块苗进行测试 重复试验3次 取平均值 当对其中1个因素进行试验时 另外2个因 素各取中间值 分别考察各因素对对分苗成功率和基质 块破损率的影响 由图12a和图12c可知前输送带电机转速和挡销频 率对分苗成功率与基质块破损率的影响波动范围较大 前输送带电机转速在99 121 r min 挡销频率在1 8 2 2 s 次时分苗成功率和基质块破损率综合性较佳 88 99 110 121 13287 88 89 90 91 92 93 94 95 分苗成功率 Success rate of seedling separation 基质块破损率 Substrate block breakage rate 前输送带电机转速 Front conveyor belt motor speed r min 1 分苗成功率 Success rate of seedling separation 3 4 5 6 7 基质块破损率 Substrate block breakage rate 66 0 73 0 79 5 86 0 92 090 91 92 93 94 后输送带电机转速 Rear conveyor belt motor speed r min 1 分苗成功率 Success rate of seedling separation 3 4 5 6 基质块破损率 Substrate block breakage rate 1 6 1 8 2 0 2 2 2 488 90 92 94 96 挡销频率 Frequency of stop pin s 次 1 a 前输送带电机转速 a Front conveyor belt motor speed b 后输送带电机转速 b Rear conveyor belt motor speed c 挡销频率 c Frenquency of spot pin 分苗成功率 Success rate of seedling separation 2 3 4 5 6 7 8 基质块破损率 Substrate block breakage rate 图12 单因素试验结果 Fig 12 Single factor test results 图12b后输送带电机转速对分苗成功率整体影响波 动范围较小 转速越高分苗成功率越高 但高转速时对 基质块破损率影响较大 综合分析分苗成功率和基质块 破损率试验结果 当73 86 r min时综合性较佳 4 3 多因素试验 4 3 1 试验设计 为获得最优参数组合 验证上述3因素交互作用对 分苗效果的影响 采用三因素三水平Box Behnken响应 曲面分析法 30 31 根据单因素试验结果 选取前输送带 电机转速99 110 121 r min 后输送带电机转速73 79 5 86 r min 挡销频率1 8 2 0 2 2 s 次设计试验 试验因素水平如表1所示 试验共17组 每组试验重 复3次 每 120株基质块苗 取3次平均值记录数据 试验结果如表2所示 表 1 因素水平表 Table 1 Factors and levels 水平 levels 前输送带电机转速 Front conveyor belt motor speed r min 后输送带电机转速 Rear conveyor belt motor speed r min 挡销频率 Frequency of stop pin s 次 1 1 99 73 0 1 8 0 110 79 5 2 0 1 121 86 0 2 2 表 2 试验方案及结果 Table 2 Experimental scheme and results 序号 No 前输送带 电机转速 Front conveyor belt motor speed X1 后输送带 电机转速 Rear conveyor belt motor speed X2 挡销频率 Frequency of stop pin X3 分苗成功率 Success rate of seedling separation Y1 基质块破损率 Substrate block breakage rate Y2 1 1 1 0 90 57 4 51 2 1 1 0 88 63 4 37 3 1 1 0 91 02 7 68 4 1 1 0 87 25 7 83 5 1 0 1 92 51 4 52 6 1 0 1 86 44 5 26 7 1 0 1 85 83 7 87 8 1 0 1 89 68 7 55 9 0 1 1 92 66 3 62 10 0 1 1 91 34 8 66 11 0 1 1 88 41 8 91 12 0 1 1 89 47 9 23 13 0 0 0 92 55 4 59 14 0 0 0 93 49 4 37 15 0 0 0 92 74 3 96 16 0 0 0 92 46 3 93 17 0 0 0 93 17 4 44 4 3 2 结果与分析 运用Design Expert8 0 6软件对试验结果进行方差分 析 由表3可知 分苗成功率Y1的回归模型中 回归项 X1 X3 X1X3 X12 X32对方程影响显著 P 0 05 其 余项影响不显著 P 0 05 基质块破损率Y2的回归 模型中 回归项X2 X3 X2X3 X22 X32其余项影响不显 著 P 0 05 剔除不显著项 回归方程分别为 Y1 92 53 0 99X1 1 2X3 2 48X1X3 2 73X21 1 63X23 19 Y2 4 37 1 5X2 1 44X3 1 18X2X3 1 59X22 1 79X23 20 第 13 期 崔志超等 基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验 75 表 3 回归模型方差分析 Table 3 Variance analysis of regression models 指标 Indexs 方差来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 Degree of freedom 均方差 Mean square F值 F value P值 P value Y1 模型 94 03 9 10 45 22 59 0 000 2 残差 3 24 7 0 46 失拟项 2 48 3 0 83 4 34 0 095 1 误差 0 76 4 0 19 Y2 模型 66 24 9 7 36 88 68 0 000 1 残差 0 58 7 0 083 失拟项 0 23 3 0 076 0 87 0 528 4 误差 0 35 4 0 088 注 P 0 01 极显著 P 0 05 显著 Note P 0 01 highly significant P maxY1 X1 X2 X3 minY2 X1 X2 X3 s t 8 1 X1 1 1 X2 1 1 X3 1 21 优化后得到影响因素最佳参数组合为前输送带电机 转速104 r min 后输送带电机转速75 r min 挡销频率 1 85s 次 在该参数组合下分苗成功率93 26 基质块 破损率3 35 采用上述优化获取的最佳参数组合进行 台架验证试验 重复试验3次并取平均值作为试验验证 值 试验结果为 分苗成功率92 73 基质块破损率 4 09 验证值与优化结果分别相差0 53和0 74个百分 点 基本一致 4 3 5 田间试验 将自动送 分苗装置安装到基质块苗移栽机上并于 2022年5月在常熟横塘蔬菜专业合作社开展田间验证试 验 图14 前 后输送带分别选用Z11 Z16的05B链 轮同步驱动 电磁换向阀得失电频率设为1 85 s 次 设 置参数组合为 前输送带转速104 r min 后输送带转速 75 r