蔬菜嫁接機秧苗夾持機構的設計與應用研究

魏海燕

（博興縣綜合行政執法大隊，山東博興 256500）

0 引言

嫁接是植物的人工繁殖方法之一。為了使物種更符合人類生存發展的要求，通常會把一株植物的枝、芽和另一株植物的莖、根接合在一起形成兼具兩種植物特性的新品種，這個過程叫做嫁接，嫁接的目的是保留兩種植物各自的優勢，使之特性更符合人類需求。嫁接的方式分為枝接和芽接。我國的蔬菜種植面積和產量在世界上都占有較高比重，蔬菜種植是一項保障民生的重要產業，研發與發展高效、高產量種植技術十分必要，機械化種植和植物的量產都更適合現階段農業發展需要。

蔬菜作為關系民生的傳統農作物，在傳統種植條件下容易受到土壤條件、種植密度、降水量等因素的影響，受病蟲害影響較大，采用嫁接技術可以避免蔬菜作物自身的局限性，同時提高蔬菜作物的抗蟲性，從而提高蔬菜作物產量，因此對高效嫁接技術的開發是提高農作物生產率的重要條件。嫁接機是自動嫁接裝置，大大提高了傳統人工嫁接的效率，現階段我國蔬菜嫁接采取以工廠化穴盤育苗為主體的作業方式，這種育苗方式是在穴盤中進行，對砧穗木秧苗進行夾持定位并切削，因此，蔬菜嫁接機夾持定位效果與嫁接成功率是密切相關的。本文通過對六株同步自動嫁接設備中秧苗夾持機構的設計與應用研究，旨在對提高夾持成功率、減低秧苗損傷進行進一步優化改進，以提高工業化接育苗的效率。

1 夾持機構與工作原理

1.1 夾持機構

首先選取合適的穴盤進行育苗實驗，穴盤內育種可通過手工種植或機械種植，機械化播種效率高且精確度好，人工播種雖然效率較低但是可以手工對種子、秧苗進行合理分配，但兩者均不能保證秧苗按播種時的條件生長，即秧苗生長到可嫁接階段時存在秧苗參差不齊的情況，加之秧苗間根須也存在交錯，不利于夾持工作的進行。因此，針對穴盤育苗進行合理化播種實驗來克服苗株之間的位置誤差是工作化育苗的第一步。本實驗擬采用一行六苗對秧苗夾持機構進行研究，其結構如圖1所示。

圖1 嫁接秧苗夾持機構示意圖

其中，輸送方向為縱，水平為橫，縱向共培育六株秧苗。把秧苗不斷沿著水平方向進行輸送，逐漸到達2號秧苗橫向夾持定位裝置的位置，在該區域秧苗實現夾持定位和切削、嫁接作業。3號位置是本裝置的輸送帶，4號位置是整行秧苗縱向夾緊裝置。夾持機構的工作分兩部分進行，首先是整行秧苗縱向夾緊，其次是單株秧苗橫向夾持。第一步進行縱向夾緊，將一縱列的六株秧苗與機器分開做沿縱向的夾緊定位；第二步做單株秧苗的橫向夾持，主要針對縱向夾緊定位的秧苗，橫向夾持有六對夾持爪，用夾持爪可分別實現單株的橫向夾緊。在完成兩組夾持動作后可進行切削、嫁接作業。

1.2 工作原理

蔬菜嫁接機在采取機械化作業時需要保證砧木和穗木夾苗機械手在喂苗位置張開，當砧木和穗木分別喂入苗后，機械手處于閉合狀態，閉合后的機械手在動盤帶動下轉動90°至切削位置，此時由切削裝置分別對砧木和穗木進行切削，秧苗繼續在動盤帶動下轉動，當繼續轉動90°時秧苗達到嫁接位置時，可以實現砧木苗和穗木苗的貼合，即完成嫁接過程，嫁接完成后機械手張開實現秧苗回盤。在嫁接秧苗夾持機構作業中，需要注意保持機械手在合理位置張開和閉合，避免相鄰秧苗之間產生影響。同時，為保證切削過程的準確度，一定要合理計算秧苗回盤的距離和時間，避免切削位置不理想造成的嫁接失敗。

2 關鍵部分設計

2.1 整行秧苗縱向夾緊裝置結構方案設計

整行秧苗縱向夾緊裝置具體構造如圖2所示。縱向夾緊裝置作業的主要流程是先由整行秧苗沿著縱向進去夾持區域，兩夾緊桿拉出，橫移氣缸給予夾緊桿作用力使之實現夾持和拉出的動作，時間測算可經由光電傳感器對秧苗進行探測并于合適時間驅動兩夾緊桿夾緊秧苗，完成整行秧苗的縱向夾緊。

圖2 縱向夾緊裝置結構圖

這個過程的注意事項是要將夾緊桿靠近秧苗底部，可以避免相鄰秧苗之間的相互作用。當完成縱向夾緊工作時秧苗處于底部，為將秧苗送至適合單株秧苗橫向夾緊的定位區域，需由兩夾緊氣缸驅動滑軌將秧苗向斜上方運送，至此縱向定位步驟全部完成。

2.2 整行秧苗縱向夾緊裝置結構參數的確定

嫁接秧苗夾持機構共計72孔位（包含6縱列12橫行），在秧苗夾緊作業中最重要的參數是兩夾緊桿最大間隙和最小間隙。已知實驗所用穴盤的行間距和穴寬分別是42和40（單位mm），最小間隙則由夾緊桿夾緊狀態的空隙來確定，因此夾緊桿的最大間隙和最小間隙分別為34 mm和2 mm。經過反復實驗測算，在夾緊間距不超過4 mm時，秧苗不容易因夾持造成損傷且可以合理規避秧苗之間的相互影響。

2.3 單株秧苗橫向夾持定位裝置結構方案設計

單株秧苗橫向夾持相比整行秧苗的縱向夾持需要更精準的實驗測算。整行秧苗縱向和單株秧苗橫向夾緊都需要提前確定規格，因此夾持爪、穴盤、秧苗的規格都有具體尺寸要求，精確到0.1 mm。同樣要合理計算單株秧苗橫向夾持的位置并對其進行精準定位，這樣才能保證夾持不易損傷秧苗。

單株秧苗橫向夾持定位裝置具體構造如圖3所示。其中夾持爪由左右兩夾持爪單體組成，左夾持爪單體在氣缸驅動下沿滑動軌道同步滑動，右夾持爪單體則被固定在另一移動板，在右夾持氣缸驅動沿滑動軌道同步滑動。當氣缸伸出時夾持爪夾緊，反之松開，經過兩次縱橫定位實現對單株秧苗的夾持定位。

圖3 橫向夾持定位裝置結構圖

2.4 單株秧苗橫向夾持定位裝置參數的確定

橫向裝置參數將根據夾持爪的尺寸、穴盤規格、秧苗尺寸綜合確定。已知每相鄰夾持爪之間，夾持中心的間距為42 mm，相鄰夾持爪之間間距為12 mm，經過反復測試，常見秧苗直徑為2.5～4 mm，選取常見秧苗進行反復測試，表明在夾持孔徑為2.2～2.7 mm的時候，秧苗不易遭受損傷。

3 試驗應用與分析

3.1 夾持取苗試驗

為確定本次秧苗嫁接實驗中夾持機構設計的工作性能參數在實際生產中的應用情況，可在砧木和穗木中分別進行夾持取苗和嫁接作業性能試驗。實驗秧苗直徑分別為2 mm、3 mm、4 mm，秧苗嫁接夾持機構為實驗設計72空位嫁接夾持機，裝置結構內部參數均按照實驗測得最佳數據進行，所得實驗數據如表1所示。

表1 夾持取苗試驗夾苗成功率統計表

3.2 結果分析

通過對實驗設計中72孔位嫁接秧苗夾持機構的夾持取苗成功率進行測試，測試選取2 mm、3 mm、4 mm的秧苗，將不同直徑的秧苗分別進行嫁接夾持取苗實驗，實驗測得夾苗成功率為93%以上，傷苗率控制在3%左右，夾持取苗實驗測試結果滿意。

4 結語

對夾持機構的合理設計與應用是實現機械化蔬菜嫁接的重要步驟，通過對蔬菜嫁接機秧苗夾持相關機構的研究，設計出一種72孔位的嫁接秧苗夾持機構。文章首先對夾持機構的結構進行了詳細說明，接著對夾持機構的具體參數進行了合理的測算確定，最后通過具體的夾持取苗試驗對夾持機構進行的夾苗成功率進行了驗證，實驗結果較為滿意，希望為未來蔬菜嫁接工業化生產作業提供一定的理論支持。