畢業論文穴盤苗自動移栽機的研制(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 業，是20世紀70年代在國際上發展起來的一項新型的育苗技術，是現代蔬菜工廠化育苗體系中的關鍵技術之一，也是目前國內外專業育苗公司采用的最專業、最重要的育苗手段。穴盤育苗技術是采用草炭、蛭石、珍珠巖等輕質材料作為育苗基質，使用輕質穴盤作為育苗容器，采用保護措施等措施，在人工控制的環境條件下，使用播種機精量播種，一次性成苗、批量生產的一種快速、優質、高效、穩定的育苗方式。對于育苗穴盤，一般是用聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯泡沫等材料，通過吹塑或注塑的加工方法制造而成的。穴盤類型主要包括硬質穴盤和可卷曲的軟質穴盤，軟質穴盤一般在日本的自動移栽機上使用，國內一般使用硬質穴盤，因為硬質穴盤使用成本較低。穴盤具有一定的規格標準，長寬尺寸一般為540mm280mm，按穴孔數一般可分為36穴、50穴、72穴、128穴、200穴等幾種。穴盤孔數少，則單個穴孔容積大，裝的基質多，其水分、養分儲存量大，水分調節能力強，透氣性好，有利于穴盤苗根系發育，但育苗數量少，使用穴盤的成本會增加。孔穴多、容積小的穴盤單盤育苗數量多，但苗葉易出現纏繞現象，不利于機械自動取苗，故目前自動取苗領域的研究多采用128孔（168）和72孔（126）標準塑料穴盤。128孔穴盤的具體規格為：其上口和下口均為正方形，上口孔徑為30mm30mm，下口孔徑為15mm15mm，孔穴深為48mm，相鄰孔穴中心距為32mm。72孔穴盤的具體規格為：其上口和下口均為正方形，上口孔徑為38mm38mm，下口孔徑為1818mm，孔穴深為40mm。根據本論文的設計要求，需要選擇一定規格的穴盤作為設計和結構尺寸的依據，不同規格的穴盤對移栽機的設計和末端執行器的運動要求都會產生影響，根據農科院的實際生產需要，選取72孔的國內硬質穴盤為本論文設計的穴盤苗移栽機的育苗穴盤。育苗基質是幼苗根系賴以生存的物質基礎，是培育壯苗的關鍵因素，其功能應與土壤相似，并可以滿足幼苗快速生長發育所需的最佳環境條件，基質的好壞直接影響幼苗品質。育苗基質材料的選擇原則是：具有良好的理化性質，來源廣泛，價格便宜。目前，穴盤育苗基質的主要材料是草炭，多數是草炭和蛭石或珍珠巖的混合物，蛭石可以透氣吸水，珍珠巖可以改造土壤，調節土壤板結，防止農作物倒伏，控制肥效和肥度。一般育苗基質的配比是草炭：蛭石=2：1或3：1，并且適當添加一些珍珠巖。同時針對其他的各種類型的基質的配比，各地研究人員也進行了很多的研究。很多學者試圖用其他材料代替草木泥炭來配比基質，但育苗效果并不是很好，具有很大的偶然性，不適合大面積的推廣[13]。本論文選用“騰飛金椒”辣椒種子進行育苗。種子經催芽后即可進行播種，具體方法為[1416]：1 裝盤首先將基質加水攪拌均勻，使基質中不得有較大結塊，調節含水率至80%左右，將配好的基質填滿穴盤，并用刮板將基質壓實并刮平，保證盤邊的孔穴全部填實，基質的壓實度以用手指輕按基質，孔穴內的基質不會明顯下陷為準。2播種播種前，在每個穴孔的中央用筷子粗細的木棒壓下5~10mm深的孔，然后把已經催芽的種子芽根向下放到孔中，每穴播一粒。播完后，用細小的基質覆蓋種子，同時掌握好覆蓋的厚度，覆土過厚，種子不易出苗；覆土過淺，澆水時種子易被沖出。覆土厚度應以與穴孔口相齊為佳。播種后，將育苗缽放入溫室，再澆一次透水，保持基質濕潤，并覆膜保溫。 3苗期管理在出苗前，封閉溫室以提高室內的溫度，促進種子盡快出齊苗。當大多數種子的子葉出土的時候，立即把保溫薄膜揭去，苗全部出齊后，此時溫度要被控制在白天23℃~27℃左右，夜間13℃~18℃。這期間對幼苗真葉生長最重要的因素就是水分，澆水時要遵循“干濕交替”的原則，即一次澆透，待基質轉干后再澆第二次水，定值前適當降低室溫3℃~5℃，維持4~5天左右，以進行煉苗，增強幼苗抗逆性，提高定植后的成活率。幼苗苗齡一般為50天左右，兩葉一心時即可移栽。苗齡50天的72孔辣椒穴盤苗如圖28所示。圖2872孔辣椒穴盤苗缽苗重量和含水率有直接關系，含水率越高，缽苗越重。選取含水率60%，育苗時間為50天的辣椒缽苗進行測量。1 試驗目的：測量每盤穴盤苗的重量。2 實驗儀器：選用型號為ACS—30，最大稱量30kg，最小稱量20kg，分度值10g的電子計價秤。3 試驗材料：室溫20℃，苗齡50天的含水率為60%的辣椒苗。4 試驗步驟：（1） 插上電源，將電子計價秤清零。（2） 將每盤穴盤苗逐一進行測量，并記錄數據。5 試驗結果：表2172孔穴盤苗重量數據表盤數質量（kg）12345盤數質量（kg）678910。第三章 穴盤苗移栽機的總體方案設計本文設計的穴盤苗移栽機總體結構如圖31所示，主要包括盤庫裝置、移栽裝置和穴盤入池裝置三大組成部分，各部件通過運動協調可很好地完成輸送盤庫中的水浮穴盤、穴盤苗的整排夾取、移送穴盤苗至水浮穴盤上方、穴盤苗間歇投放至水浮穴盤中、水浮穴盤間歇輸送至水池等一系列工序，完成整個移栽過程。圖31穴盤苗移栽機三維模型盤庫裝置主要用于空的水浮穴盤的存放，以及向移栽裝置輸送水浮穴盤。向移栽裝置輸送水浮穴盤可以通過滾筒輸送機來方便地實現，但對于水浮穴盤的大量存放及豎直輸送，國內外對此研究尚較少。通過搜集相關資料[17]，本論文中設計了一種簡易盤庫裝置，用于實現水浮穴盤的存放及輸送。盤庫裝置的主要部件包括機架、滾筒、輸送帶及控制電機。機架使用鋁型材進行搭建，(長寬高)左右。在機架的頂部和中部各安裝了兩個滾筒，共計兩對滾筒，每對滾筒中的兩個滾筒呈垂直布置，并在其上各安裝一條豎直輸送帶。豎直輸送帶上間隔大約80mm安裝一塊長條擋板，用于支承水浮穴盤。在機架中部另一平臺上也安裝了兩個輸送滾筒，但滾筒的安裝方式與之前的兩對滾筒不同，這一對的滾筒安裝在機架的前后兩側。滾筒上安裝了一條寬度為510mm的輸送帶，由于整體結構限制，寬度比水浮穴盤的寬度略窄。此輸送帶的上表面與移栽裝置的輸送裝置中的水平輸送帶的上表面處于同一平面，以此來實現水浮穴盤的平穩輸送。三對滾筒的控制電機均安裝在機架底部的支承平板上，通過帶輪連接皮帶來帶動滾筒工作。在豎直布置的兩條輸送帶上間隔相同距離，布置有多塊長條擋板。通過控制電機的精確控制，使得兩條輸送帶運轉速度相同，轉向相反，同時使傳送帶上的擋板一一對應，可以形成多對擋板組合，每對擋板組合之間均可放置一個空的水浮穴盤。通過多對擋板組合，共可存放大約15個空的水浮穴盤，實現了水浮穴盤的大量存放要求。當一對擋板組合運動至使其上放置的水浮穴盤底部接觸到水平輸送帶的上表面時，控制電機繼續工作，使擋板組合繼續向下運動一小段距離，然后控制電機停止工作。水浮穴盤由于受到底部水平輸送帶的支撐，與豎直輸送帶上的擋板組合完全脫離。這時，水平輸送帶的控制電機開始工作，將水浮穴盤輸送到移栽裝置上。圖32豎直輸送帶截面圖圖33豎直輸送帶三維模型圖34盤庫裝置三維模型穴盤苗自動移栽輸送系統主要由水浮穴盤、輸送帶、光軸導軌及滑塊、齒形帶及齒形帶輪、滾筒、張緊裝置、機架及控制電機等幾部分結構組成，完成水浮穴盤和末端執行器的定位輸送要求，共同配合末端執行器來完成對穴盤苗的移栽過程[18]。機架和輸送裝置是移栽裝置的主體部分，實現對水浮穴盤的輸送和定位以及移缽裝置的前后移動。 (長寬高)左右，框架材料為鋁型材。機架上部有兩根光軸導軌，導軌上安裝有導軌滑塊，滑塊下可以連接移缽裝置。在兩根光軸導軌之間有一齒形帶，通過安裝在機架上部一端的電機工作，使其轉動，從而可以帶動與其相嚙合的齒形帶輪轉動，以此來使下部的移缽裝置實現前后運動。在機架的中部兩端安裝了兩個滾筒，其中主動滾筒由步進電機驅動，可以精確地控制輸送帶的運轉。滾筒上安裝了兩條窄型輸送帶，用于驅動水浮穴盤作單步移動。水浮穴盤放在輸送帶之上且限制在前后兩塊擋板之間，隨著輸送帶的運轉而移動。窄型輸送帶間隔一段距離會設置擋板，使得水浮穴盤在輸送帶上定位良好，并且可以提高水浮穴盤的定位精度，增加末端執行器取苗的成功率。而育苗穴盤的放置位置則較高，放在輸送帶之上的一個平臺上，位置則固定不動。移缽裝置是移栽裝置的主要執行部件，主要包括絲桿滑臺和末端執行器。絲桿滑臺上部安裝有一塊支撐平板，平板上安裝了4個光軸滑塊以及3個齒形帶輪，以此來連接在機架上的光軸導軌之上。滑塊和帶輪使末端執行器得以前后平移。絲桿滑臺主要包括一個步進電機，一根絲桿，兩根光軸導軌和兩個光軸滑塊。通過絲桿，可以將步進電機輸出軸的旋轉運動轉變為光軸滑塊的直線平移運動。而末端執行器通過連接板連接在左右兩塊光軸滑塊之上，以此來實現手爪的上下平移運動。末端執行器中使用了3個氣缸，這樣可以使手爪下部的夾持部分準確無誤地進行夾持運動。圖35移栽裝置三維模型以往移栽機移栽完成之后大多由人工將裝滿缽苗的穴盤放入水池中，但實踐證明人工操作效率不高，而且易損傷缽苗，故本論文設計了一種穴盤入池裝置，以達到將穴盤自動輸送入水池的目的。穴盤入池裝置主要包括升降工作臺和傾斜滑梯輸送帶裝置。，如果直接采用傾斜滑梯裝置將輸送裝置中傳送帶上的穴盤送入水池，會使穴盤在輸送過程中傾角過大，有可能會使育苗杯中的缽土灑落出來，造成不便，故考慮設置升降工作臺。升降工作臺的結構主要包括水平框架、兩端支架、絲桿滑臺、滾筒、輸送帶和控制電機。滾筒安裝在水平框架的前后兩端，滾筒上安裝了兩條輸送帶，用于水平輸送穴盤。絲桿滑臺安裝在其中一個支架上，通過絲桿的運動，帶動固連在長條滑塊上的水平框架上下移動，實現穴盤的豎直輸送。同時在水平框架靠近主動滾筒的一端設置了一個電機平臺，用于安裝帶動滾筒工作的步進電機。升降工作臺的上極限位置應使得工作臺中的輸送帶與移栽裝置中的輸送帶處于同一豎直高度，下極限位置則根據傾斜滑梯輸送裝置中輸送帶的安裝位置和結構參數確定。傾斜滑梯輸送裝置由具有較小傾角的傾斜支架、滾筒、輸送帶和控制電機等部件組成，用于將由升降工作臺的水平輸送帶輸送而來的穴盤傳輸至水池中。由于傾斜滑梯傳送帶的結構較為簡單，在此不做介紹。圖36 升降工作臺三維模型本論文設計的穴盤苗移栽機主要包括盤庫裝置、移栽裝置和穴盤入池裝置三大組成部分，為了順利地完成移栽作業，需要對各裝置的運動過程進行準確設計，以使各裝置之間的運動流程銜接正常。下面對本論文設計的穴盤苗移栽機的工作過程進行簡要介紹。最先工作的是盤庫裝置。首先，兩臺步進電機驅動兩個主動滾筒旋轉，主動滾筒帶動其上的兩條豎直布置的輸送帶向下運動（注：此時兩條輸送帶之間的擋板組合上已經放滿了空的水浮穴盤），當一對擋板組合運動至使其上放置的水浮穴盤底部接觸到水平輸送帶時，兩臺控制電機繼續工作，使擋板組合繼續向下運動一小段距離，然后控制電機停止工作。水浮穴盤由于受到底部水平傳輸送帶的支撐，與寬輸送帶擋板完全脫離。這時，水平輸送帶主動滾筒的控制電機開始工作，將水浮穴盤輸送到移栽裝置上，但此時水浮穴盤的位置并不是移栽時所需要的理想位置。這時，移栽裝置中的水平輸送帶在控制電機的控制下開始運轉，將由盤庫裝置輸送而來的水浮穴盤輸送至指定的理想位置，然后水平輸送帶的控制電機停止工作。然后主要是移栽裝置在進行工作。首先，連接絲桿的控制電機開始工作，帶動絲桿旋轉，從而末端執行器通過絲桿滑臺上升至上極限位置，并且此時取苗爪呈張開狀（雙桿氣缸未伸出）。接著，頂部的同步帶在控制電機的作用下工作，使末端執行器向水浮穴盤位置移動，待取苗爪的上下夾合托板完全包絡育苗杯，雙桿氣缸伸出，通過鋼絲繩牽動手爪做取苗夾持運動，夾持住育苗穴盤中的育苗杯。然后，頂部的同步帶反向傳動，從而使光軸導軌上的滑塊向后移動一段距離，帶動移缽裝置向左運動（圖45中為向左運動）。與此同時，針形氣缸開始帶動剪叉機構運動，使缽苗向兩邊分散。之后，絲桿滑臺在控制電機的控制下，使末端執行器整體向下移動一段距離，將缽苗壓入水浮穴盤的穴孔中。接下去，頂部傳送帶、絲桿滑臺、各氣缸做反向工作，使末端執行器退回到初始位置并回復原始狀態。最后，下部的傳送帶做單步傳動，使水浮穴盤向左移動一排，完成一排穴盤苗的移栽作業。移栽機移栽裝置的各部件重復這樣的周