全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统设计与试验.pdf

第 36 卷 第 22 期 农 业 工 程 学 报 Vol 36 No 22 2020 年 11月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov 2020 87 全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统设计与试验 刘念聪 杨程文 刘保林 蒋 浩 吴圣红 黄 浩 成都理工大学核技术与自动化工程学院 成都 610051 摘 要 为实现蔬菜钵苗高效 稳定移栽 在分析现有全自动移栽机取喂苗系统研究现状的基础上 该研究提出了一种 全自动单摆式取喂苗系统 该系统通过苗盘输送机构 纵移机构实现穴苗盘在倾斜平面内的移位 采用往复机构和夹苗 机构实现取苗 喂苗 对夹苗机构等关键机构进行参数设计和运动学分析 确定了其结构参数 综合考虑影响取喂苗性 能的相关因素 以苗株种类 z 基质含水率 w 取苗深度 h 和工作气压 p 为试验参数 以取苗成功率 S 1 和苗株完整率 S 2 为评价指标 在双行移栽 90 株 min 取苗效率下进行多因素正交试验 试验结果表明 苗株基质含水率对取苗成功率和 完整率影响最大 贡献率分别为 58 92 和 50 58 其次是取苗深度 当苗株为番茄苗 基质含水率 35 取苗深度 40 mm 气缸工作气压为 0 4 MPa 时 取喂苗效果最佳 取苗成功率为 98 61 苗株完整率为 97 22 研究结果可为移栽机的机 构优化及自动化控制提供理论参考 关键词 农业机械 移栽 自动控制 取喂苗系统 全自动移栽机 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 22 010 中图分类号 S223 9 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2020 22 0087 09 刘念聪 杨程文 刘保林 等 全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统设计与试验 J 农业工程学报 2020 36 22 87 95 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 22 010 http www tcsae org Liu Niancong Yang Chengwen Liu Baolin et al Development of automatic single pendulum vegetable pot seedling picking and feeding system J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 22 87 95 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 22 010 http www tcsae org 0 引 言 蔬菜穴盘育苗可以提高幼苗成活率 从而达到高产 稳定 提高土地利用率等综合效益 1 3 中国蔬菜种植面 积仅次于粮食作物 是世界第一大蔬菜生产国和消费国 蔬菜生产需要消耗大量劳动力 劳动成本可占到蔬菜总 生产成本的 50 以上 因而移栽机的机械化 自动化是 蔬菜产业发展的必然趋势 4 与此同时 国内旱地蔬菜移 栽机主要以半自动移栽机为主 自动化程度低 需人工 喂苗 劳动强度大 工作效率低 5 7 实现取喂苗自动化 是推动半自动移栽机向全自动移栽机发展的重要环节 能够消除人工作业带来的问题 提高机具移栽效率 8 因 此 研制全自动移栽机取喂苗系统具有重要意义 国内外学者对全自动移栽机取喂苗系统进行了广泛研 究并提出了插入夹取式 9 12 顶出式 13 顶出夹取式 14 16 气力式 17 19 等形式多样的取喂苗系统 Choi 等 20 提出了 一种曲柄滑道导杆取苗机构 取苗成功率约为 80 90 机构振动及冲击较大 当增加曲柄转速以提高取苗 效率时 会增加苗株基质的损伤 进而增加伤苗率 意 大利 Ferrari 公司研制的 Futura 全自动蔬菜移栽机采用顶 出夹取式机构 伤苗率低 取苗效率高 但整体结构复 杂 价格昂贵 21 Rahul 等 22 设计了一种 5R 二自由度并 收稿日期 2020 9 11 修订日期 2020 10 12 基金项目 成都市科技局产业牵引工程项目 2015 NY02 00285 NC 四川 省科技厅重点研发项目 2019YFG0358 作者简介 刘念聪 博士 副教授 主要从事先进制造技术和农业装备智能 化方面研究 Email ncliu 联机械手应用于蔬菜移栽 采用机电一体化方法减少了 机构重量 能适应不同的姿态要求 胡敏娟等 23 提出了 一种可成排取苗的插入夹取式取喂苗装置 取苗效率约 为 80 株 min 但该装置对苗株夹紧力不够 运动过程中 振动明显 取苗成功率较低 金利达机械制造有限公司 对苗夹进行了改进 克服了夹紧力不足和运动过程中存 在振动明显的问题 但对穴苗适应性差 伤苗率较高 谢守勇等 24 研制了一种斜插夹钵式取喂苗系统 提高了 苗株夹取适应性 但由于主动杆转速限制 取苗效率较 低 王蒙蒙等 25 设计了一种曲柄摆杆式夹苗机构 可适 应于多种不同尺寸穴盘苗的取苗工作 取苗成功率较高 但需要将苗株顶出后再进行夹取 赵匀等 26 提出了一种探 入式番茄钵苗移栽机构 秧夹沿秧盘内壁探入钵穴并完成 取苗动作 能够避免对土钵和根系的损伤 但该装置对秧 苗夹紧力不够 在输送过程中遇振动易导致秧苗脱落 基于以上分析 为满足辣椒 番茄等蔬菜作物移栽的 农艺要求 本文提出一种全自动单摆式取喂苗系统 通过 分析苗穴的运动轨迹 结合苗夹取时的运动学模型 得到 苗盘输送机构与夹苗机构的相对运动规律 完成系统装置 的结构设计与参数优化 并结合样机进行了田间试验和相 关分析 以期获得一种结构紧凑 取苗成功率高 伤苗率 低 对苗株适应性强的全自动取喂苗系统 1 整机结构与工作原理 1 1 整机结构 全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统结构如图 1 所示 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 88 机构整体呈左右对称分布 由苗盘输送机构 纵移机构 旋转机构 往复机构 夹苗机构和控制系统 6 个部分组成 穴苗盘对称倾斜放置 与水平面夹角 40 A 型架安装在 固定机架上 使其可以绕阶梯轴旋转 每个 A 型架上装有 2 个直线导轨 直线导轨滑块与夹苗机构安装板配合 安 装板上装配 3 个夹苗机构 可对 3 株穴苗成排一次取苗 固定机架下方为接苗筒 1 苗盘拨动机构 2 苗盘 3 步进电机 4 A 型机架 5 阶梯轴 6 往复机构气缸 7 旋转机构气缸 8 直线导轨机构 9 夹苗机构 10 苗盘输送机构 11 夹苗机构 安装板 12 导苗管 13 固定机架 1 Seedling tray toggling mechanism 2 Seedling tray 3 Stepper motor 4 A type frame 5 Step shaft 6 Reciprocating mechanism cylinder 7 Rotating mechanism cylinder 8 Linear guide mechanism 9 Seedlings clamping mechanism 10 Seedling tray delivery mechanism 11 Installation panel of seedling clamping mechanism 12 Seedling guide canal 13 Fixed frame 图 1 单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统结构图 Fig 1 Structure diagram of single pendulum vegetable pot seedling picking and feeding system 1 2 工作原理 该取喂苗系统工作原理如图 2 所示 苗盘输送机构 由步进电机驱动 其余机构均由往复式气缸提供动力 苗盘输送机构和纵移机构将穴苗盘自动输送到待取苗位 置 往复机构工作 苗夹插入穴苗基质 夹苗机构气缸 工作 两苗夹夹紧苗株 往复机构工作 带动夹苗机构 从穴苗盘中取出穴苗 此时另一侧夹苗机构向下运动实 现喂苗 旋转机构工作 A 型机架绕阶梯轴旋转 40 将 穴苗输送至苗筒正上方 随后夹苗机构苗夹松开 往复 机构气缸工作 穴苗在夹苗机构推力和重力共同作用下 落入接苗筒中 完成喂苗 图 2 取喂苗系统工作原理 Fig 2 Working principle of seedling picking and feeding system 2 关键机构设计 2 1 苗盘输送机构 为保证苗盘拨动机构转动过程中不会与穴苗盘相 互干涉 对转轴与苗穴的运动轨迹进行分析 如图 3 所示 注 O 为苗盘拨动机构的圆心 A 为苗盘拨动机构上转轴 1 的圆心 B 为苗 穴 2 顶部最左侧的点 C 为 A 在苗穴 2 上投影 R 为苗盘拨动机构半径 mm 1 为 OA 与竖直方向的夹角 2 为苗盘拨动机构逆时针旋转后 OA 与竖直方向的夹角 L 为相邻苗穴间的距离 mm 为 AB 与苗穴 2 左 侧夹角 h 为转轴 1 与苗穴顶部的距离 mm h 为转轴 2 与苗穴 2 左侧 的垂直距离 mm d 为转轴直径 mm c 为苗穴顶部宽度 mm 为苗穴 顶部与侧面的夹角 Note O is the center of seedling tray toggle mechanism A is the center point of shaft 1 in the seedling tray toggle mechanism B is the leftmost point on the top of plug seedling 2 C is the projection of point A at the top plane of the plug seedling 2 R is the radius of seedling tray toggle mechanism mm 1 is the angle between the OA and vertical direction 2 is the angle between the OA and vertical direction after seedling tray toggle mechanism rotated anticlockwise L is the distance between adjacent plug seedlings mm is the angle between AB and the left side of plug seedling 2 h is the distance between axis 1 and the top of plug seedling mm h is the vertical distance between axis 2 and the left side of plug seedling 2 mm d is the diameter of rotation shaft mm c is the width of plug seedling top mm is the angle between the top and the side of plug seedling 图 3 苗盘拨动机构与苗穴之间的运动关系 Fig 3 Movement relationship between the seedling tray toggle mechanism and the plug seedlings 由图 3 可知 转轴 1 由于水平速度小于苗穴 1 两者 不会发生干涉 而与苗穴 2 不发生干涉 则需要满足转 轴 1 到苗穴 2 外壁的垂直距离不小于转轴 1 的半径 根 据图 3 几何关系有 1 1 2 12 2 1 2cos arctan cos sin 2 arctan cos 2 cos 2 cos tan 2cos 2 BC BC BC z L R h L hHR hd h h L L c LR R dLc HR 1 式中 z 为苗盘拨动机构中的转轴个数 H 为苗盘拨动机构 圆心到苗穴顶部的垂直距离 mm L BC 为苗穴 2 与转轴 1 的水平距离差 mm 苗盘常规尺寸为 L 42 mm c 37 mm 80 苗盘 拨动机构转轴选择常规尺寸 d 10 mm 转轴个数 z 太小 第 22 期 刘念聪等 全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统设计与试验 89 会使得整体结构偏大 机构笨重 z 太大又会增加成本 由式 1 可得 z 的取值范围为 7 9 本文取 z 8 此时苗盘 拨动机构半径 R 为 52 mm 且转轴与苗盘不发生干涉 2 2 旋转机构 旋转机构呈左右反对称布置 主要由固定机架 A 型机架 旋转机构气缸 轴承座等组成 2 个往复式气缸 为机构提供动力 其中单个气缸受力如图 4 所示 注 A 为气缸与 A 型机架的连接点 B 为气缸浮动接头与固定机架的连接点 C 为 A 型机架旋转的中心点 a 1 为 B C 的长度 mm b 1 为 A C 的长度 mm e 为 A B 的长度 mm l 为气缸负载力臂长度 mm 为线段 A C 和 C 竖直 方向的夹角 为线段 B C 和 A B 的夹角 为 B C 与 A 型机架的 夹角 为 A 型机架右侧与竖直方向的夹角 F n 为气缸所受负载 N Note A is the connection point between cylinder and A type frame B is the connection point between the floating joint of cylinder and fixed frame C is the rotational center of A type frame a 1 is the length of B C mm b 1 is the length of A C mm e is the length of A B mm l is the length of the cylinder load arm mm a is the angle between A C and the perpendicular to the point C is the angle between B C and A B is the angle between B C and A type frame is the angle between the right side of A type frame and the perpendicular F n is the load of cylinder N 图 4 气缸负载与 A 型机架翻转角度之间的关系 Fig 4 Relationship between cylinder load and turning angle of A type frame 穴苗盘与水平面夹角 40 为保证夹苗机构的苗夹较 好的插入苗基质中并完成取苗动作 设计 A 型机架为对 称结构且机架左右两臂夹角为 40 机架质心在 A 型机架 的中线上 与竖直方向的夹角为 20 气缸负载 F n 随 机架旋转角度的变化规律为 222 22 2 1 sin 20 sin 2cos cos 2 n 1 11 11 11 1 FGL l l a ea b ab aeb ae 2 式中 L 为 A 型机架质心到 C 点的距离 mm G 为机架重 力 N 根据山东青州火绒机械制造有限公司的 ZBX 2 型悬 挂式半自动移栽机的投苗器尺寸 初步设计 A 型机架单 侧臂长 400 mm 截面尺寸 45 10 mm 材质为 45 钢 通过三维建模软件求得机架的质心坐标 进而求得 L 175 mm a 1 317 mm b 1 169 mm 41 34 G 225 N 由式 2 可得气缸负载与机架旋转角之间的关 系 如图 5 所示 在 A 型机架工作行程内 当 40 时 气缸承受负载最大 为 66 25 N 根据气缸尺寸和气缸理 论出力表 缸径 25 32 和 40 mm 均满足要求 图 5 气缸负载随 的变化 Fig 5 Variation of cylinder load with 2 3 往复机构 往复机构主要由基座 气缸和夹苗机构安装板组成 每个基座上放置 3 个夹苗机构 夹苗机构间隔取苗 相 邻夹苗机构之间的间距为苗穴宽度的 2 倍 夹苗机构可 在基座的间隙槽里滑动来调节其间距以适应不用型号的 穴苗盘 直线导轨的负载主要是基座 3 个夹苗机构和 3 个苗株的总质量 计算可得直线导轨承受的最大负载约 为 30 N 小于气缸理论出力值 考虑到往复机构动作时 滑块的位移 选用 HGH15CA 方形滑块和 HGR15 200 型 直线导轨 本文试验选用规格为 6 12 的常规苗盘 苗穴 深度为 40 mm 需要保证气缸行程 40 mm 考虑安全距 离和偶发因素 选用 MAL20 75 型气缸 缸径 20mm 行程 75mm 气缸理论出力值 75 4 N 2 4 夹苗机构 夹苗机构如图 6 所示 2 个苗夹 1 穿过挡板 2 上的小 孔 苗夹尾部有约 20 mm 的间距 气缸伸长时 2 个苗夹顶 端的间距须小于苗盘顶部的宽度 使用不同型号苗盘时可 以通过调节浮动接头以适应不同尺寸 取苗气缸的活塞杆 伸出时 苗夹挡板会受迫运动 2 个苗夹尾部的间距增大 1 苗夹 2 挡板 3 浮动接头 4 气动快速接头 5 气缸 6 苗夹基座 1 Seedling clamps 2 Baffle 3 Floating joint 4 Pneumatic quick couplings 5 Cylinder 6 Seedling clamps base 图 6 夹苗机构 Fig 6 Seedling clamping mechanism 夹苗机构示意图如图 7 所示 为保证苗夹能可靠插入苗株基质 由气缸与浮动接 头的几何关系可得 1 11 1 12 1 2 2 2cos tan 1 cos cos 2 C dL l jLLl 3 由于穴苗盘深度较小 取苗气缸无需较大行程 经 过前期实验验证 气缸行程为 10 mm 时 插入苗基质深 度为 35 mm 可实现有效取苗 本文中使用的苗盘底径 边长为 18 18 mm 为减少苗夹对基质的损伤 同时又 要避免与苗盘内壁发生干涉 故取 L 1 为 20 mm 夹苗机 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 90 构夹紧时 苗夹顶端的距离要合适 避免夹碎基质或夹 紧力过小 综合考虑取 L 2 10 mm 苗夹基座到挡板的距 离 C 1 测得为 38 mm 可得苗夹基座长度 j 为 50 mm 苗 夹挡板长度 d 为 40 mm 苗夹长度 l 为 120 mm 夹苗机 构间隔取苗 相临两夹苗机构的间距为 84 mm 且大于 苗夹基座的长度 苗夹受力模型如图 8 所示 注 苗夹基座长度 j 挡板长度 d 和苗夹长度 l 为待解未知量 A 1 和 B 1 为气 缸伸长时 2 个苗夹的位置 A 2 和 B 2 为气缸缩短时苗夹的位置 1 和 2 为气 缸伸长和收缩时苗夹与基座的夹角 C 1 和 C 2 分别为苗夹挡板与苗夹基 座的距离 mm L 1 和 L 2 分别为 2 个苗夹最大和最小间距 mm Note The seedling clamps base length j baffle length d and clamp length l are unknown quantities A 1 and B 1 are the positions of the two clamps when the cylinder is extended A 2 and B 2 are the positions of the two clamps when the cylinder is shortened 1 and 2 are the angles between the seedling clamps and the base when the cylinder is extended and contracted separately C 1 and C 2 are the distance between the seedling clamps baffle and the base separately mm L 1 is the maximum distance between the two clips and L 2 is the minimum one mm 图 7 夹苗机构示意图 Fig 7 Schematic diagram of seedling clamping mechanism 注 DEGH 为苗株基质 mg 为苗株重力 N F 为气缸推力 N F m 为苗夹 对苗株的压力 N f 为苗株与苗夹之间的静摩擦力 N F g 为苗夹受到的气 缸的分力 N l 1 为力 F m 作用点到苗夹转轴的距离 mm l 2 为力 F g 作用点 到苗夹转轴的距离 mm Note DEGH is seedling substrate mg is the gravity of the seedling N F is the thrust of the cylinder N F m is the pressure between the seedling and the clamps N f is the static friction between the seedling and the clamps N F g is the component force of the cylinder received by the seedling clamps N l 1 is the distance from the point of force F m to the rotation axis of the seedling clamps mm l 2 is the distance from the point of force F g to the rotation axis of the seedling clamps mm 图 8 夹苗机构力学模型 Fig 8 Mechanical model of seedling clamping mechanism 由于两侧苗夹对称分布 对其中一侧进行受力分析 各力之间的关系如下 2 12 2sin 2 m g gm m Fmg Ff F mg FF fF ll 4 为使苗夹顺利插入苗基质 需保证苗夹在运动过程 中与穴苗盘内壁平行 故取 2 80 试验苗株重力 mg 为 2 6 N l 1 为 39 mm l 2 为 100 mm 静摩擦系数 为 0 5 计算出气缸所需的理论出力值为 6 7 N 根据气缸尺寸和 气缸理论出力表 缸径为 10 mm 的气缸在 0 4 MPa 气压 下出力 20 N 满足实际要求 故选择 CDJPB10 10D 微型 针式气缸 缸径 10 mm 行程 10 mm 气缸理论出力值 20 N 3 取喂苗控制系统设计 3 1 驱动系统 系统选用三菱 FN 2N 32MT 型 PLC 控制 输入信号 6 个 包含控制程序启动开关 1 个 定位开关 1 个 急停 开关 1 个和常开光电传感器 3 个 输出信号 13 个由步进 电机和气缸执行 取喂苗系统选用 3 个 E3F DS30C4 三 线 NPN 常开光电传感器 其中 2 个常开光电传感器安装 在苗盘输送机构上用于保证苗夹与穴盘苗孔的精确定 位 另一个光电传感器用于检测下方接苗筒是否到位 步进电机由 PLC 通过 M860H 步进电机驱动器实现控制 系统选用亚德客的气缸和气动元件 共有 4 种型号的往 复式气缸 气缸驱动系统如图 9 所示 包括 MAL25 100 型旋转机构气缸 A MAL20 75 型往复机构气缸 B TN TDA25 45 S 型纵移机构气缸 C 和 CDJPB10 10D 型 夹苗机构气缸 D 旋转机构气缸数量为 2 个 共用 1 个 电磁换向阀 往复机构气缸数量为 2 个 共用 1 个电磁 换向阀 2 个纵移机构气缸共用 1 个电磁换向阀 夹苗机 构气缸为微型气缸 每侧 3 个对称排列 总共为 6 个 共用 1 个电磁换向阀 气缸 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D6 使用三位五通电磁换向阀 夹苗机构气缸 D 的气 动控制阀配有独立减压阀和压力表 可以在移栽不同作 物时实现夹苗压力的调节 注 A1 A2 为旋转机构气缸 B1 B2 为往复机构气缸 C1 C2 为纵移机 构气缸 D1 D6 为夹苗机构气缸 K 为空气压缩机 H 为冷却器 G 为储 气罐 F1 F2 为压力表 E 为分水过滤器 S1 S2 为减压阀 DT1 DT4 为三位五通电磁换向阀 DT5 为二位三通电磁换向阀 Note A1 and A2 are cylinders of Rotating mechanism B1 and B2 are cylinders of Reciprocating mechanism C1 and C2 are cylinders Longitudinal moving mechanism D1 to D6 are cylinders of Seedling mechanism K is air compressor H is cooler G is air tank F1 and F2 are pressure gauges E is a water division filter S1 and S2 are pressure release valves DT1 DT4 are three position five way solenoid directional valves DT5 is a two position three way solenoid directional valve 图 9 气动驱动系统图 Fig 9 Diagram of pneumatic control system 3 2 控制策略 为保证取喂苗系统的运动平顺性 减小因加速度曲 第 22 期 刘念聪等 全自动单摆式蔬菜钵苗取喂苗系统设计与试验 91 线不连续而引起的系统振动和冲击 27 29 对机构中气缸 活塞杆的位移 速度和加速度的起始点和停止点进行约 束 共 6 个边界条件 因而采用 6 个系数的五次多项式 插值法来使时间位移曲线平滑连续 旋转机构位移方程 表达式为 2345 0 1 2 3 4 5t cctctctctct 5 将旋转机构位移方程对时间 t 求导 加入约束条件后 可得 00 23 45 012345 01 234 12 3 4 5 02 23 23 4 5 23 2 26 12 20 ffffff fffff ffff c cctctctctct c cct ct ct ct c cct ct ct 6 式中 0 为气缸活塞杆起始时的伸长量 mm f 为活塞杆 停止时的位移 mm 0 为活塞杆起始时的速度 mm s f 为活塞杆停止时的速度 mm s 0 为活塞杆起始时的 加速度 mm s 2 f 为活塞杆停止时的加速度 mm s 2 c 0 c 1 c 2 c 3 c 4 c 5 分别为五阶函数的系数 t f 为活塞杆停止 运动时的时间 s 该方程组的通解为 00 10 0 2 2 000 3 3 2 000 4 3 2 000 5 5 2 20 20 8 12 3 2 30 30 14 14 3 2 2 12 120 6 6 2 ffff f f ff f f ff f f c c c tt c t tt c t tt c t 7 将旋转机构气缸的位移 速度和加速度值作为方 程组的初始条件 根据实际工况 开始移栽时 即 t 0 时 气缸活塞杆伸长量和速度均为 0 为避免冲击振动 加速度为 0 t 1 s 时 活塞杆伸长量为 0 1 m 此时速 度和加速度均为 0 t 1 2 s 时 气缸保持静止 t 2 s 时 气缸收缩 初始加速度为 0 t 3 s 时 气缸收缩 停止 为保证收缩完成没有较大碰撞 速度和加速度 为 0 t 3 4 s 时 气缸保持静止 伸长量为 0 代入 式 7 可得 34 5 12345 1 5 0 6 0 1 0 1 1 2 51 3 108 90 37 7 5 0 6 2 3 0 3 4 tt t t t ttt t t t t 8 同理可得往复机构气缸的控制策略为 345 12345 1234 52 11 7 43 9 43 9 0 0 4 0 075 0 4 0 6 11 7 79 1 210 9 275 176 43 9 0 6 1 0 1 2 22 50 6 46 4 21 2 4 83 0 44 10 2 2 4 ttt t t ttttt t t tttt tt 123 4 52 0 075 2 4 2 6 74 133 96 34 6 2 0 44 10 2 6 3 0 3 4 t ttt t t t t 9 4 田间试验 4 1 试验条件 田间性能试验于 2020 年 6 7 月间在山东青州火绒机 械制造有限公司进行 试验对象为辣椒苗和番茄苗 苗盘 规格为 6 12 苗龄 50 d 平均苗高分别为 156 和 174 mm 苗平均苗宽为 102和 113 mm 钵体口径边长为 37 37 mm 高度为 45 mm 苗基质主要由泥炭 珍珠岩和蛭石按照体 积比 3 1 1 混合 含水率分别为 35 55 75 出苗 率 100 基质紧实 达到试验用苗要求 样机和田间试验 如图 10 所示 图 10 样机和田间试验 Fig 10 Prototype and field experiment 4 2 试验方法 移栽机与拖拉机挂接方式为三点悬挂 根据旱地栽植 机械行业标准 JB T10291 2013 中相关技术要求进行试 验方案设计 30 自动移栽机的移栽效率 90 株 min 属于高 速移栽 为验证本文设计的移栽机作业性能 在双行移栽 取苗效率 90 株 min 条件下进行试验 研究不同试验参数 对取喂苗系统取苗成功率和苗株完整率的影响 不同种类 苗的根系与生长状况不同 夹苗机构的取苗效果存在差 异 不同基质含水率会导致夹苗机构与苗株之间的作用力 不同从而影响取苗效果 在取苗深度及工作气压较小时 夹苗机构不易取出苗株或在送苗过程中易掉落 反之则容 易伤苗 所以选择苗株种类 z 基质含水率 w 取苗深度 h 与工作气压 p 作为试验参数 每种试验参数的水平设置如 表 1 所示 采用 L 9 1 2 3 3 正交试验 每组试验 24 次 每次取 3 株 即取完一整盘苗 共 72 株 每完成 1 组试验 测量 农业工程学报 http www tcsae org 2020 年 92 表 1 因素水平表 Table 1 Factors and levels 水平 Levels 含水率 Moisture content 取苗深度 Depth of seedling picking mm 工作气压 Working pressure MPa 1 35 35 0 4 2 55 40 0 5 3 75 45 0 6 取苗成功率 S 1 和苗株完整率 S 2 共 9 组 216 次试验 S 1 S 2 计算方法如下 1 1 100 N S N 10 2 2 10 N S N 11 式中 N 为穴苗盘中苗株总数 S 1 为取苗成功率 N 1 为苗夹将苗株从穴苗盘中夹出并成功送入接苗筒的苗株 数 S 2 为苗株完整率 N 2 为喂苗成功苗株中茎叶和 基质破损较小的苗株数 31 4 3 试验结果与分析 4 3 1 试验结果 试验方案及结果如表 2 所示 对试验结果进行方差 分析 如表 3 所示 根据方差分析结果计算出试验因素 对取苗成功率和苗株完整率的贡献率 如图 11 所示 基 质含水率对取苗成功率及苗株完整率影响最大 贡献率 分别为 58 92 和 50 38 其次是取苗深度 分别为 28 97 和 29 43 苗株种类影响最小 分别为 5 59 和 6 31 表 2 试验方案与结果 Table 2 Test plan and results 序号 No 苗株种类 Seedling species z 总苗株数 Number of seedlings 含水率 Moisture content w 取苗深度 Depth of seedling picking h mm 工作气压 Working pressure p MPa 取苗成功数 Number of successful seedlings 苗株完整数 Number of integrity seedlings 取苗成功率 Seedling success rate 苗株完整率 Seedling integrity rate 1 辣椒 72 55 45 0 4 66 65 91 67 90 28 2 辣椒 72 75 35 0 5 62 62 86 11 86 11 3 番茄 72 35 45 0 5 69 67 95 83 93 06 4 番茄 72 75 40 0 4 68 68 94 44 94 44 5 番茄 72 55 35 0 6 64 63 88 89 87 50 6 辣椒 72 75 45 0 6 63 62 87 50 86 11 7 辣椒 72 35 35 0 4 68 67 94 44 93 06 8 辣椒 72 35 40 0 6 71 70 98 61 97 22 9 辣椒 72 55 40 0 5 66 64 91 67 88 89 表 3 方差分析 Table 3 Analysis of variance 评价指标 Evaluation indexes 方差来源 Source of variance 平方和 Sum of deviation square 自由度 Degree of freedom 均方 Mean square F 值 F values P 值 P values z 3 846 1 3 846 2 986 0 334 w 80 954 2 40 477 31 425 0 125 h 39 874 2 19 937 15 478 0 177 p 8 989 2 4 494 3 489 0 354 残差 1 288 1 1 288 取苗成 功率 Seedling success rate 总值 76524 540 9 z 3 855 1 3 855 0 751 0 545 w 61 790 2 30 895 6 018 0 277 w 35 955 2 17 977 3 502 0 353 p 16 717 2 8 359 1 628 0 485 残差 5 134 1 5 134 苗株完 整率 Seedling integrity rate 总值 894 994 9 a 试验因素对取苗成功率的贡献率 a Contribution rate of experimental factors to seedling success rate b 试验因素对苗株完整率的贡献率 b Contribution rate of experimental factors to seedling integrity rate 图 11 试验因素对取苗成功率与苗株完整率的贡献率 Fig 11