一種高性能黃瓜自動(dòng)嫁接機的硬件設計

　　前言

　　隨著(zhù)我國人口的急劇增長(cháng)和人民生活水平的迅速提高，對蔬菜的需求量越來(lái)越大，對蔬菜品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。黃瓜(Cucumber)作為我國老百姓喜愛(ài)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模。同時(shí)也帶來(lái)了連作、病蟲(chóng)害等問(wèn)題。嫁接是解決這些問(wèn)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(mǎn)足蔬菜嫁接育苗生產(chǎn)的要求。因此進(jìn)行嫁接機的研究對促進(jìn)蔬菜嫁接機械化發(fā)展具有重要理論意義和實(shí)用價(jià)值。

　　蔬菜嫁接栽培技術(shù)在一些農業(yè)發(fā)達國家己得到相當普遍的應用，但進(jìn)行有關(guān)蔬菜秧苗自動(dòng)嫁接技術(shù)研究的只有日本、韓國和中國等少數國國家。其中日本是進(jìn)行蔬菜秧苗自動(dòng)嫁接最早的國家。我國自1993年開(kāi)始蔬菜自動(dòng)化嫁接研究以來(lái)，在多個(gè)領(lǐng)域取得了較大成就，部分樣機己投入生產(chǎn)。

　　1、系統結構設計

　　嫁接機總體按照模塊化設計思想，把整個(gè)系統分為若干模塊，設計了一套黃瓜自動(dòng)嫁接裝置，主要包括砧、穗木供苗機構、砧穗木搬運機械手、砧穗木苗切削機構、夾持機構等部分，實(shí)現了砧、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、形狀的穩定性好，有利于后續作業(yè)環(huán)節的進(jìn)行，經(jīng)過(guò)試驗發(fā)現該切削方式與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構簡(jiǎn)單，動(dòng)作準確，嫁接效率高等優(yōu)點(diǎn)。

　　2、嫁接機組成

　　貼接法無(wú)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(diǎn)，適合于機器嫁接。因此本研究采用貼接法實(shí)現黃瓜秧苗的自動(dòng)嫁接。

　　嫁接機主要由嫁接機本體、控制器及傳感系統等組成，其結構框架如圖1所示。

　　圖1自動(dòng)嫁接機系統結構圖

　　1穗木輸送電機2法蘭盤(pán)3穗木輸送帶4穗木直動(dòng)氣缸5穗木夾持氣爪和傳感器6送夾直動(dòng)氣缸7氣缸固定支架8秧苗夾筒9秧苗夾10秧苗夾進(jìn)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(pán)15砧木夾持氣爪16直動(dòng)氣缸固定座17氣缸固定支架18砧木輸送電機19傳感器20旋轉切刀21切削刀直動(dòng)氣缸22旋轉氣缸23氣缸固定支架

　　嫁接機主要由四大部分組成：兩個(gè)輸苗盤(pán)及使苗盤(pán)驅動(dòng)嫁接苗搬送系統；用于抓苗、送苗到達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和用于排出嫁接苗的排苗輸送帶。供苗臺上設計了兩個(gè)工位，每一工位設計一個(gè)手爪用來(lái)完成砧、穗木的抓取搬運工作，其中手爪抓苗與伸縮由直動(dòng)氣缸控制。根據嫁接操作的要求，砧木需要單子葉斜切，穗木也需斜切，因此砧、穗木切削機構相似，主要由切削刀桿、擺動(dòng)馬達軸、彈簧、切削機構支架和切削支撐機構等組成。嫁接機的自動(dòng)送夾機構主要由推夾氣缸、推送桿、滑塊等組成。

　　3、嫁接機的工作過(guò)程

　　當操作人員將砧木、穗木苗分別放到各自供苗臺上時(shí)，觸動(dòng)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(jìn)行切割；為了保證操作的安全性，切削過(guò)程切削刀首先在直動(dòng)氣缸作用下伸出到達切削位置，然后由旋轉馬達（擺動(dòng)馬達）帶動(dòng)切削裝置旋轉，實(shí)現砧、穗木苗的單支撐切割，以保證穩定的切口斷面，并減少對秧苗的沖擊和損壞；然后切削機構回位，等待下一次切削；此時(shí)夾有切削苗的機械手在直動(dòng)氣缸的作用同時(shí)向夾持位置伸出并在切削刀旋轉中心位置結合；送夾機構在直動(dòng)氣缸作用下，推出一個(gè)夾子，以打開(kāi)狀態(tài)送向已經(jīng)接合的秧苗，當到達夾持位置時(shí)，秧苗夾在彈簧作用下閉合，實(shí)現砧木、穗木的夾持，最后通過(guò)控制手爪氣缸，機械手松開(kāi)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(shí)現秧苗的向外運送，完成苗的嫁接作業(yè)。