番茄移栽机（精选8篇）
番茄移栽机 篇1
摘要：为解决新疆穴盘苗移栽机的取苗机构自动化程度不高的问题, 建立穴盘苗移栽机取苗机构的虚拟样机, 并使用ADAMS对其进行运动仿真分析。同时, 以取苗成功率为性能指标, 以基质含水率、抗压力、摩擦角和翻转比为影响因素, 进行正交试验。经过仿真分析, 设定顶杆的顶出速度范围为1.52.3m/s, 取苗效果理想。最终确定基质含水率为35, %的穴盘苗, 基质抗压力为6N、摩擦角为35°时取苗成功率最高。该研究旨在为自动取苗机构的进一步设计、优化和研制提供理论依据。
关键词：穴盘苗,移栽机,自动取苗机构,仿真,正交试验
0 引言
随着经济社会的进步, 育苗移栽已成为新疆农业的重要组成部分。而且随着农业产业结构调整, 越来越多的劳动力开始从事第二、第三产业, 农业劳动力紧缺, 人工移栽成本随着劳动力的转移越来越高。新疆地处我国西北地区, 冬季寒冷干燥、无霜期短, 农作物不宜早播。新疆是世界第二大番茄酱产区, 新疆大部分番茄酱厂规模较小, 吞吐量有限, 收获期大量番茄积压, 造成番茄腐烂, 给农民造成很大的经济损失。因此, 需要移栽番茄使番茄成熟期错开, 以便使番茄酱厂更好地解决处理番茄能力有限的问题[1 - 3]。
国外穴盘苗移栽机取苗机构的技术较成熟, 而且大部分机型开始投入使用, 尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽, 具有很好的经济价值。而国内的研究主要集中在各大高校及科研院所, 且大部分的研究成果只是样机的试制, 尚无成型的机型投入生产应用。
新疆是全国重要的番茄生产基地[4]。传统的种植方式已不能满足栽植要求和产量的需求, 而目前番茄种植主要以人工取苗移栽为主。人工取苗具有效率低、劳动强度大、成本高等缺点, 自动取苗移栽是提高番茄种植效率、扩大番茄种植面积的方法之一[5]。为了使大面积的移栽工作顺利进行, 必须使用机械化移栽, 目前国内没有适合新疆大面积育苗移栽的移栽机械, 使得手工移栽已经成为严重制约育苗移栽技术进一步推广应用的重要因素。
穴盘苗移栽机自动取苗机构的研究可以实现作物种植全程自动化, 提高农作物栽培质量, 推进我国农作物机械化和自动化的进程。因此, 解决新疆大面积育苗移栽技术的关键是研制和推广符合新疆农作物的农艺要求, 也适应穴盘苗移栽的自动取苗机构。
1 基本组成及工作原理
1. 1 基本组成
穴盘苗自动取苗机构整体结构如图1 所示。自动取苗机构是利用机械取苗来代替人工取苗来完成自动取苗的一种机构[6], 主要由机架、输送带支架调节架、带支架、输送带、投苗板、顶苗装置、顶杆导轨、顶杆连接梁以及顶杆电机等组成。
1. 2 工作原理
取苗机构首先将穴盘固定到输送带上, 通过步进电机带动输送带间歇转动, 每间隔相同的时间转动一次; 顶杆在顶杆电机带动下自动伸出, 把一排 ( 16 株) 番茄穴盘苗同时顶出; 此时顶杆电机退回, 顶杆在复位弹簧的作用下自动弹回, 等待下一个顶出过程; 被顶出的穴盘苗在投苗板的作用下, 由于自身的重力绕着穴盘苗的重心产生翻转, 在苗板的落苗口的限制下穴盘苗基质垂直向下落下, 到达下面的穴盘苗输送带; 依次重复上述过程, 可以实现连续均匀地投送苗的过程; 顶杆在顶出最后一排穴盘苗后, 穴盘沿滑轨落入接苗盘的机构后, 进入下一个苗盘的取苗过程[7]。
2 运动仿真分析
2. 1 虚拟样机的建立
对设计的取苗机构进行三维建模 ( 见图2) , 结合零部件的配合关系, 进行穴盘苗移栽机取苗机构的整体装配, 最后通过干涉检查, 对不合理的零部件进行修改, 得出装置合理的取苗机构的虚拟样机。
2. 2 仿真模型的建立
利用UG生成的装配模型导入ADAMS /view中, 首先设置重力方向为Z轴负方向, 同时设置单位分别为国际标准单位。其次是材料的设定, 由于基质是自定义材料, 参考基质材料的特性, 设置其弹性模量为20N / mm2, 密度为20 × 103kg / mm3, 泊松比为0. 3[8]。
为了便于观察穴盘苗的运动轨迹以及保证仿真结果的准确性, 对取苗机构的模型进行简化, 只留下带有穴盘苗的穴盘、顶苗机构和投苗板, 将对其他零部件隐藏[9]。在简化的取苗机构的模型中添加约束关系, 主要添加约束副、接触副以及动力驱动[10]。根据取苗机构各部分的接触关系, 为各部分零部件添加约束。顶杆需要沿着支撑架做往复运动, 需要给所有的顶杆添加滑动副; 穴盘苗需要被顶出, 需要给穴盘苗添加滑动副; 穴盘需要持续不断地向下输送穴盘苗, 需要给穴盘添加移动副。取苗机构的仿真模型如图3所示。
2. 3 取苗机构的仿真研究
在取苗机构模型中, 对顶杆添加滑动副, 进行驱动后仿真分析。通过仿真动画, 可以直观地看到顶杆、穴盘苗在取苗机构中的运动情况, 对取苗机构模型进行干涉检查[9], 如图4 ~ 图7 所示。
因为顶杆速度的大小对落苗成功率影响比较大, 所以合理设定取苗机构的顶杆速度至关重要。经过仿真分析, 最后设定顶杆的速度范围为1. 5 ~ 2. 3m /s, 顶出效果可以达到预期要求。
3 取苗机构的试验研究
3. 1 取苗机构的试制
通过对取苗机构 ( 如图8 所示) 的设计与理论分析、运动学动力学分析后, 确定取苗机构的结构参数。课题组成员在石河子大学农业机械重点实验室制作取苗机构试验台。取苗机构样机制作完成后, 通过实验寻求最佳移栽效果的穴盘苗参数组合。
3. 2 单因素分析
为保证取苗机构样机的取苗成功率, 对影响取苗机构的因素, 包括穴盘苗含水率 ( 除去苗部分的基质块的干湿质量之比) 、抗压力 ( 一定含水率的基质块可以承受顶杆最大的压力) 、顶出速度、翻转比 ( 基质块的质量与茎秆质量的比值) 等进行测定, 如图9 ~ 图12 所示。
当含水率低于25% 时, 由于基质较干燥、易破碎, 很难被顶杆顶出; 当含水率高于35% 时, 基质湿度太大, 基质强度也比较低, 基质比较散, 也很难被顶出。经过反复试验, 得出适宜取苗的基质含水率的范围为25% ~ 35% 。抗压力随着含水率的增大先增大后减小。在穴盘苗完整的情况下, 在软土 ( 将含沙的基质与草炭以2∶ 3 比例混合, 以1 ~ 2kgf /cm2的压力进行压实的土块) 的强度试验中含水量对于抗压力并无明显的影响, 但是在根系发达的硬土 ( 将含沙的基质与草炭以2∶ 3 比例混合, 再以5 ~ 7kgf /cm2的压力进行压实的土块[11]) 中, 含水率对抗压力影响比较大。随着摩擦角逐渐增大, 取苗成功率不断减小, 因为摩擦角变大, 增大穴盘苗被顶出的难度。翻转比受穴盘苗自身质量的影响比较大, 一般含水率越高, 翻转比越大, 越有利于穴盘苗翻转下落。
3. 3 正交试验
根据单因素试验, 通过试验发现基质的抗压力、摩擦角以及翻转比等因素都受穴盘苗基质含水率的影响, 而且因素之间也是有交互影响的。最终将穴盘苗的含水率、基质抗压力、摩擦角、翻转比作为四因素进行正交试验。正交试验选择L27 ( 313) 正交表安排试验[12], 如表1 ~ 表3 所示。
通过DPS软件, 对各因素进行正交试验的方差分析得出对取苗成功率影响最大的分别为含水率和抗压力, 其次是摩擦角, 对其影响最小的是翻转比; 最佳因素组合为A3B3C2。这和单因素试验的结果也是是吻合的, 因此建议用此种组合作为最佳参数组合。
4 结论
1) 利用UG软件建立零件模型, 进行穴盘苗移栽机取苗机构虚拟样机的装配。运用ADAMS软件进行运动学与动力学的仿真分析, 对顶杆进行运动学仿真分析。经过仿真分析可知, 设定顶杆的顶出速度范围为1. 5 ~ 2. 3 m /s, 此时取苗成功率较好。
2) 使用DPS软件对各影响因素进行正交试验方差分析表明, 含水率为35% 的穴盘苗, 基质抗压力为6N、摩擦角为35°时, 取苗成功率最高。
但是鉴于时间、人力和气候限制, 结构的精度和准确性有误差。由于移栽定植的周期短等原因, 且仅在实验室内搭建的取苗机构的物理样机上进行验证试验, 不能全面的反应取苗机构存在的问题。因此, 建议今后进行田间试验, 增加不同品种的番茄穴盘苗的研究。
参考文献
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油菜移栽机漏栽检测系统设计 篇2
关键词：油菜移栽机；漏栽；设计；检测
中图分类号：S223.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0020-04
油菜移栽机的技术不断发展，已经成为现代移栽技术的主要特征。应用移栽机移栽油菜苗以后，人工快速、准确地找到漏栽的油菜苗，是确保人工补栽效率和防止油菜苗出现少栽的重要环节。移栽作业整个过程中都是在全封闭的状态下进行，无法避免出现漏播的现象，而作业人员很难觉察到。因此，需要设计一种性价比较高的检测系统以确保移栽效果和机械性能。
移栽机漏栽检测系统，能准确监测移栽机漏栽等异常现象，从而提高劳动生产率，降低操作人员劳动强度。本系统可以适用于多种移栽机，成本低、经济效益高。从生产角度看，可以大大提高移栽的效率和质量。
1 油菜移栽机漏栽检测系统总体设计方案
监测系统方案设计由传感器模块、STM32模块、电源转换模块、显示模块和通讯模块等5个模块组成。其中STM32模块为整个系统的核心。总体方案设计如图1。
移栽机移栽检测系统原理图如图2，其主要由传感器、STM32控制系统、中断系统、定时系统、显示系统及输入与输出系统组成。
移栽机检测系统中的4个光电传感器对应4个栽植器采集信号，由于4个栽植器的移栽基本同步，所以只要有一个光电传感器有信号，数码管上就会增加一次，以代表移栽的排数。当光电开关没有检测到信号时，相应的LED会亮起，同时报警装置会发出报警声音来提示作业人员有苗漏栽。这样作业人员就可以从数码管和LED灯上知道在哪排哪行漏栽。因为移栽机转弯要使得后面的移栽结构不受地面的冲撞，所以当移栽完四行时，移栽结构有一个通过液压大幅度的上升结构，转弯结束后又要使得移栽机构放下来。通过这样的机械升高与降低，可以采用超声波传感器来测定距离。转弯后，超声波传感器检测到移栽机又开始移栽，从而使数码管上显示为零。这样可以重复使用监测装置，在大面积移栽后，工作人员很容易找到漏栽的油菜苗，通过人工补栽达到无漏栽的效果。
2 油菜移栽机漏栽检测系统硬件设计
移栽机移栽系统硬件方案由多个模块组成，图3为整个工作的电路图。
移栽机的漏栽检测传感器用于检测有无油菜苗通过移栽的栽植器，其主要作用是将油菜苗下落到栽植器的情况变成电信号。因此，它的好坏直接影响移栽监测装置的工作性能。为确保检测的可靠性，需要对每一个栽植器进行监控。根据移栽机漏栽的检测装置要求，传感器应安装在栽植器边上。
在传感器的选型上，应从频率特性、灵敏性和发光元件的覆盖性等方面进行分析。本系统采用了欧姆龙光电传感器。它具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测多个参数，传感器的结构简单，形式灵活多样，非常适合移栽机漏栽的检测装置。光电传感器是把光信号转变成为电信号。它采用了施密特整形电路，先对传感器传来的电流进行整形，之后经过门电路进行逻辑判断并发出脉冲信号给STM32模块。
2.1 STM32模块
STM32控制模块是检测系统硬件部分的控制核心。采用芯片STM32F103ve，它一共有8个通用Timer，其中TIMER1和TIMER8是高级定时器，其他的是普通定时器。此外，还有一个Systick，这个定时器通常在操作系统中作为系统的任务切换周期。还有一个RTC，它是一个毫秒定时器，支持秒级中断，用来做实时时钟计数器，从而缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。芯片F103ve电路图如图4。
处理器作为核心部分，从传感器模块接收脉冲信号转换后进行数据处理并作逻辑判断，再将处理过的数据通过通讯模块传给显示模块和LED模块。
2.2 DC-DC电源模块
由于在移栽机漏栽检测装置的工作坏境中只有12.0 V的工作电源，而检测装置需要5.0 V和3.3 V电压供电。所以，需要将12.0 V电压通过DC-DC转换为5.0 V和3.3 V。
芯片LM2596S和LM1117电路图如图5。
2.3 显示模块和LED模块
油菜移栽机记录的栽苗行数，是通过数码管显示出来的。为了让工作人员知道哪一行漏栽，LED灯上会亮起不同颜色的光。电路图见图6。
2.4 通信模块的设计
移栽通信广泛采用了MAX232ACSE串行总线标准。它采用的平衡发送和差分接收，具有抑制共模的干扰能力。由于采用了半双工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。工作电路图如图7。
3 系统软件方案及流程
软件设计主要用于支持硬件系统的运行和工作。由于主控器选用的单片机STM32，而C语言十分适合应用在它的编程中。同时，考虑到C语言效率高，执行速度快等优点，因此本检测系统采用C语言进行软件设计。软件程序主要包括主程序、定时中断子程序和通讯子程序，分别完成工作位信号采集、逻辑判断与警报和数据传输。主程序流程图如图8。
4 系统抗干扰防误报方案的设计
抗干扰措施的设置是提高测试系统可靠性的重要手段。移栽机的检测系统工作坏境比较复杂，为确保系统在任何条件下都能保持良好的工作状态，对整个电路采取一系列的抗干扰措施。内部电路最大限度减少调整元件，并用热熔胶固定，加强这个电路板的稳定性。软件方面，通过软件拦截方法防止程序跑飞和陷入死循环，确保系统的可靠运行。
5 结论
运用了传感器技术和单片机控制技术，设计了基于STM32F103ve单片机的移栽检测系统。该系统结构合理、性能稳定、价格低廉、准确记载漏栽的行数和排数，报警准确及时，传感器抗尘性能比较明显。通过模块化的软件设计，可以实现对漏栽进行准确的记载，使得移栽机的智能控制水平和自动化水平得到极大地提高。提高了生产效率和质量，减少了操作人员的工作量。
番茄移栽机 篇3
关键词：番茄穴盘苗,顶杆式,取苗机构,UG
0 引言
随着社会进步和人民生活水平的提高,设施农业已成为国民经济中的支柱产业,蔬菜及花卉生产对发展农村经济、增加农民收入及改善人民生活具有举足轻重的作用。新疆地处我国西北,寒冷干燥,无霜期短,不宜于早播。为了充分利用热能资源,减少自然灾害,争取高产,育苗移栽是有效途径。提前育苗,人为地延长开花结实期,可以有效地提高新疆的经济作物棉花的产量,增加团场职工收入,而且团场大部分番茄酱厂吞吐量有限,收购番茄能力有限,收获期大部分番茄积压,造成番茄腐烂,给农民造成很大的经济损失,因此需要番茄成熟期错开,以便更好地处理番茄处理能力有限的问题。现在随着劳动力成本不断提高,劳动力成本占农作物收益的比例越来越大,而且随着农业产业结构的调整,越来越多的人开始从事第二和第三产业,农业劳动力紧缺,人工移栽的成本越来越高。
传统的农艺生产技术和生产方法已逐渐不能满足生产需求,实现生产技术机械化、自动化和工厂化的要求越来越迫切。与穴盘苗生产机械化相比,穴盘苗移栽生产自动化水平还很低,大多数生产环节和作业工序还需要人工完成,劳动强度大,生产成本高,效率低。移栽机械取苗装置的研究工作是解决温室穴盘苗移栽向大田移栽的关键,穴盘苗移栽机取苗装置的研究对实现蔬菜、花卉和棉花等穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量、推进我国农作物生产机械化和自动化进程、促进我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。
穴盘苗移栽是近些年才逐渐兴起的种植新技术,它具有缩短生育期、提早成熟和提高棉花单产等特点,具有广阔的推广前景[1]。过去几年,温室大棚育出成品苗向大田移栽全部是靠人工操作,劳动强度大,效率低,移栽质量差,严重制约穴盘苗移栽技术的进一步推广应用。进入新世纪,花卉、蔬菜和棉花生产发生显著变化,如成本上涨、用工减少。因此,研制和推广符合农机和农艺要求,适应穴苗盘移栽的液压顶杆式自动取苗的移栽机械,是解决育苗移栽技术大面积推广应用的关键技术。
本文主要是基于UG NX 6.0三维实体软件研究设计的茄穴盘苗自动移栽机顶杆式取苗机构,介绍了液压顶杆式取苗机构的基本组成、工作原理及其关键部件导苗板、送苗盘输送带、液压顶杆的结构和功能参数选取,最后对新疆现状及移栽机取苗机构进行了展望。
1 液压顶杆式取苗机构的组成及工作原理
1.1 基本组成
番茄穴盘苗自动移栽机取苗机构(如图1所示)主要是由导苗板(1)、轴Ⅰ(2)、128(16×8)孔番茄穴盘苗(3)、送苗盘输送带(4)、轴Ⅱ(5)、支撑架(6)、液压顶杆(7)、 液压杆(8)和机架(9)等组成。全部的机构都是基于UG NX6.0三维软件进行设计且通过干涉检验、渲染等处理[2],大量取苗试验验证了其结构的合理性。其中,导苗板(1)、送苗盘输送带(4)和液压顶杆(7)是取苗机构设计的重点。
1.导苗板 2.轴Ⅰ 3.128(16×8)孔番茄穴盘苗4.送苗盘输送带 5.轴Ⅱ 6.支撑架7.液压顶杆 8.液压杆 9.机架
1.2 工作原理
液压顶杆式取苗机构的工作原理是将株高约15~17cm、茎粗2.5~3.0mm、3~4片真叶、苗龄35-40d左右的128(16×8)孔穴苗盘固定到传送带上,步进电机通过轴Ⅰ、轴Ⅱ带动传送带间歇性转动,每间隔8s转动1次,液压顶苗杆自动伸长1次,把最下面一排16株番茄穴盘苗同时从苗盘顶出,通过导苗板导苗作用,番茄穴盘苗倒置到达下面的接苗传送带;然后,步进电机继续带动传送带向下转动,液压顶苗杆再次自动伸长,把倒数第2排16株番茄穴盘苗从苗盘顶出,番茄穴盘苗倒置后通过导苗板,到达下面的另一个接苗传送带。此后,依次重复上述的机械运动过程6次,就可以实现连续均匀的投苗和送苗运动过程,进入下一个苗盘的取苗过程。
2 番茄穴盘苗自动移栽机取苗机构的设计
2.1 导苗板
2.1.1 导苗板的功能
导苗板的设计思路主要是接住整排(16株)的苗,并使其产生旋转倒置,扶正番茄穴盘苗,使其垂直下落到落苗传送带。
导苗板的主要功能是导苗板上部曲线面的挡苗板把整排16株苗的苗茎挡住,随着液压顶杆把番茄穴盘苗顶出,同时由于根部重力大的作用,根部先落入曲线导苗面,并使整排穴盘苗产生倒置,掉入下面的送苗传送带,完成整排苗的导苗工作。导苗板的结构如图2所示。
2.1.2 导苗板主要设计参数
本设计的重点是导苗板的导苗曲面的曲线设计和下端导苗孔的设计。经过多次模拟试验,最终确定曲线方程图(如图3所示)为导苗效果最好的曲线。最优化的方程曲线方程为
Y=0.6X3-0.6X2+3X
下端导苗孔高度是最重要的设计参数,用来平衡掉导苗曲面产生的水平速度。对最优化的导苗曲面最优化曲线方程求导,可以得出速度的方程,即
V=1.5X2-1.2X+3=0
计算得,X=0.5m。
已知落到最后导苗板的速度为2m/s,所以时间为t=X/V=0.5/2=0.25s。根据
9.8×0.252=0.6125m。因此,实际取下端轨道为0.7m。
2.2 送苗盘输送带
2.2.1 送苗盘输送带的功能
送苗盘输送带主要功能是把穴苗盘固定在上面,运送穴苗盘,通过步进电机带动轴每次移动1个格子,顶出穴苗盘1排番茄穴盘苗。此后,依次重复上述输送过程,移完整个苗盘,在输送带下方释放1个苗盘。送苗盘输送带的三维结构如图4所示。
2.2.2 送苗盘输送带的主要参数
隔板式输送带的设计重点是其外形尺寸和结构的设计,如图4所示。隔板式输送带长度设计是依据128(16×8)孔穴苗盘长度实际尺寸要求,设定为770mm;隔板间距依据128(16×8)孔穴苗盘长度尺寸要求,设定为32mm;输送带宽度依据128(16×8)孔穴苗盘宽度尺寸要求,设定为45mm。
由于苗盘是选用128(16×8)孔的穴苗盘,尺寸为540mm×280mm,本传送带设计为同时放3个苗盘,所以设计轴直径38mm,隔板高度31mm,两隔板间隔32mm。
2.3 液压顶杆
2.3.1 液压顶杆的功能
液压顶杆的主要功能是通过液压顶杆把穴盘苗从穴盘下面的排水圆孔顶出来。液压顶杆的位置整体固定在支撑架上面,整体结构固定,只有顶杆伸出。送苗盘输送带每转动1次,转动结束后,液压顶杆通过液压机构自动伸出1次,把整排苗顶出,然后自动收回[3]。液压顶杆的结构如图5所示。
2.3.2 液压缸选型
本机构设计重点是液压缸选型。计算液压缸的结构尺寸液压缸的结构尺寸主要有3个,即缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L[4]。
1)缸筒内径D。根据负载和工作压力的大小,确定D为
式中 PI—缸工作腔的工作压力;
Fmax—最大作用负载。
实际工作中,最大作用力为0.01kN,缸工作腔的工作压力为0.5MPa,所以有
取D=0.4m。
2)活塞杆外径d。
式中 λv—速度比。
由实际情况可知,速度比为λv=1.0001,得D=0.012m。
PI<5MPa时,d=0.5×0.012m=0.006m。
3)缸筒长度L。
缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定,即
L= l+ B+ A+ M+ C
式中 l—活塞的最大工作行程;
B—活塞宽度,一般为B=(0.6~1)D;
A—活塞杆导向长度,取A=(0.6~1.5)D;
M—活塞杆密封长度,由密封方式定;
C—其他长度。
一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍[5]。
活塞的最大工作行程为60mm,活塞宽度为60mm,活塞杆导向长度为80mm,活塞杆密封长度为80mm,其他长度为40mm,得L=60+60+80+80+40=320mm。
4)最小导向长度的确定。
当活塞杆全部外伸时,从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H[6]。
对于一般的液压缸,其最小导向长度应满足下式
H≥ L/20+ D/2
式中 L—液压缸最大工作行程(m);
D—缸筒内径(m)。
由于L=320mm,D=0.4mm,得H≥0.32/20+0.4/2 =0.216mm,最终取H=50mm。
经过反复试验,最终确定液压缸缸筒内径D=0.4m,活塞杆外径d=0.006m,缸筒长度L=320mm,最小导向长度H=50mm,此时实验效果最好。
3 结论
本文针对目前生产建设兵团棉花、番茄和线辣椒等作物大面积种植模式,以及穴盘苗向大田移栽存在的人工移栽工作量大、移栽成本高、移栽周期比较长、成熟期不一致、不利于机械统一采收以及寒霜气候等各种问题,利用UG NX 6.0三维实体软件,研究设计了一种基于液压顶杆式的番茄穴盘苗自动移栽机取苗机构,对新疆番茄、辣椒和棉花等经济作物大面积机械移栽具有良好的推动作用,有利于大幅度地增加生产建设兵团团场职工的经济收入,对新疆的农业经济发展具有十分重要的意义。
同时,新疆生产建设兵团是全国棉花、番茄和线辣椒等作物主要的农业种植区,而国内大部分研究自动移栽机的高校及科研院所主要集中在东部较发达的农业主产区,针对新疆大面积种植棉花、番茄和线辣椒等作物穴盘苗技术的逐渐推广,迫切需要一种自动移栽机械进行移栽作业。因此,本文研制的液压顶杆式取苗装置对新疆的农业发展至关重要。
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番茄移栽机 篇4
目前, 我国常年种植烟叶的面积在100万hm2左右, 主要分布在云南、贵州、四川、河南、山东、陕西以及东北地区, 其生产过程的整地环节、育苗环节、植保环节以及烘烤环节已实现机械化或现代化, 而劳动强度比较大的移栽环节和采摘环节仍然沿袭着传统工艺, 特别是移栽环节的传统工艺不能与现代化的烟草漂浮育苗相衔接, 严重影响着烟草种植的高效、高质与高产。另外, 传统的烟草栽培工艺费工费时、劳动效率低 ( 平均3人1天移栽0. 067hm2) , 使烟草种植户难以承受。要实现烟草种植规模化, 必须实现种植机械化。为此, 在吸收国内外移栽机优点的基础上, 结合我国烟草种植区域的特点和现代种植农艺要求, 通过分析计算, 仿真建模设计出了一种适合我国烟草种植的移栽机构。
1移栽装置的结构设计与原理
1. 1移栽装置的原理
目前, 烟苗移栽的过程是把采用漂浮育苗长成的幼苗, 通过人工挖坑浇水栽植到事先整理好的田间烟垄上。要想高效实现这一农艺过程就离不开移栽机械化, 在吊篮式移栽机构中, 要想实现可靠的移栽, 栽植器在随驱动盘转动的过程中应该始终处于铅垂状态, 待栽植器入土时由打开机构打开实现移栽; 也就是说栽植器在随驱动盘做公转的同时还要自传, 自传到一定位置便自行打开。实现栽植器基本功能设计, 是在充分考虑结构尺寸和移栽株距的情况下设计左右两个回转盘, 由牵引动力驱动其回转; 在左右回转驱动盘之间均匀设置3个接苗桶及栽植器, 由驱动盘带动栽植器转动; 在右驱动盘的外侧设置一个偏心转盘, 偏心转盘通过3个连杆分别与载植器支撑轴通过键相连, 从而保证栽植器在旋转工作过程中始终处于铅垂状态; 在栽植器左右两侧驱动盘上设置有位置可调的端面打开凸轮, 在栽植器入土后, 使其打开。工作时, 烟苗投到接苗桶中, 待接苗桶和栽植器转动到最下点, 在扎入形成坑穴的土中。同时, 栽植器在打开机构的作用下被迫打开, 接苗桶中的烟苗在重力的作用下掉入坑穴中, 完成移栽。
在烟苗的栽植过程中, 烟苗栽后的直立度直接影响着烟苗栽后的发育和生长, 因此必须设计一套合理机构和结构尺寸, 来保证移栽质量, 保证接苗桶和栽植器转动过程中始终处于铅垂状态。栽植器入土时的绝对速度为零, 即零速栽植原理。这套机构就是合理设计的旋转机构、凸轮机构以及四边形机构的有力组合。该机构的结构尺寸可通过零速原理进行计算。 栽植器的运动轨迹如图1所示。
1. 2移栽装置的结构
移栽装置的结构如图2所示。
1. 机架 2. 驱动盘 3. 鸭嘴销轴 4. 接苗桶 5. 端面凸轮 6. 滚珠 7. 连杆 8. 偏心转盘 9. 鸭嘴 10. 驱动转轴 11. 轴承支座 12. 动力输入装置
两驱动盘通过键固定在驱动转轴上; 驱动转轴的一端通过轴承支座固定在机架上, 另一端通过轴承固定在偏心支架上; 偏心支架的另一端通过轴承安装有偏心转盘; 接苗桶两端固定有支撑轴, 鸭嘴通过鸭嘴销轴固定在接苗桶上。栽植器通过固定在接苗桶两端的支撑轴及轴承安装在左右驱动盘上; 为了实现鸭嘴的打开, 在鸭嘴上方通过球窝型压盖安装有滚珠, 滚珠与安装在驱动盘上的端面凸轮构成打开机构; 连杆的一端通过键与接苗桶支撑轴相连, 另一端轴承和固定销与偏心转盘相连。这样偏心转盘、连杆、驱动盘和偏心支架构成四边形机构, 保证栽植器在转动过程中始终处于铅垂位置。
2关键部件的设计
2. 1驱动盘
驱动盘设计的合理与否, 直接关系着移栽质量、 移栽株距和移栽效率等。驱动盘直径设计的过大, 鸭嘴在转动过程中向后的线速度将大于牵引机向前的行驶速度, 使烟苗处于最下点具有向后的速度, 造成栽后烟苗向后倾倒。此时, 若提高牵引机的速度就会造成移栽株距增大, 满足不了农艺要求; 驱动盘直径过小, 鸭嘴在转动过程中向后的速度将小于牵引机向前的速度, 使烟苗处于最下点时具有向前的速度, 造成烟苗栽后前倾, 此时若放慢牵引机速度, 会造成移栽效率降低和移栽株距减小。通过分析得出鸭嘴中烟苗的运动规律 ( 如图3所示的烟苗运动分析) 为
式中R—驱动盘支撑点的回转半径;
L—鸭嘴中心到驱动盘支撑点的距离;
n—驱动盘回转速度;
V车—牵引机的前进速度。
因此, 要保证烟苗栽后不倾倒, 烟苗随驱动盘运动到最下点时, 其合成速度应为0, 即
式中 α—鸭嘴打开滞后角度。
根据移栽效率和移栽株距, 通过分析和计算得出牵引机的前进速度V前= 0. 33m / s; 驱动盘回转速度n = 12. 5r / min; 鸭嘴中心到驱动盘支撑点距离L = 50mm。
则回转驱动盘支撑点的回转半径为
考虑支撑销和连杆销的安装、回转驱动盘的质量和回转平稳性, 回转驱动盘的结构形式设计为带凸耳的盘状零件, 如图4所示。
2. 2栽植器
栽植器是实现烟苗栽入土中的1个组合部件, 其结构如图5所示。整个栽植器通过支撑轴和轴承安装在驱动盘上; 鸭嘴通过小轴与接苗桶相连, 并可绕小轴摆动。当滚珠上有外力作用时, 鸭嘴绕小轴摆动, 即被打开; 外力消失后, 鸭嘴在复位弹簧的作用下闭合。鸭嘴的结构形状对移栽质量有很大影响, 因此通过对烟草漂浮育苗成苗茎叶尺寸的测量、分析及大量的模型试验, 确定了鸭嘴的尺寸; 通过对鸭嘴随驱动盘转动到最下点时入土和出土情况的实验分析, 确定了鸭嘴的形状为扁锥形, 此形状的鸭嘴即起到了对烟苗的保护作用, 又具有锋利入土的功能; 由于内表面平直光滑, 丢苗迅速, 因此不会出现带苗和夹苗现象。
1. 滚珠 2. 支撑轴 3. 鸭嘴 4. 复位弹簧 5. 销轴 6. 接苗桶
2. 3打开机构
打开机构是实现栽植器打开的关键机构, 其设计得合理与否决定着烟苗栽入土中的深度和质量。打开机构示意图如图6所示。
1. 滚珠 2. 端面凸轮 3. 驱动盘
其结构特点是两块形状完全相同的圆柱凸轮通过6个螺栓紧固在回转驱动盘上, 钢球1通过球窝型压盖紧固在鸭嘴上部导桶上 ( 钢球1 /4露出球窝型压盖) 。旋转盘转动时, 圆柱凸轮随其一起转动, 鸭嘴上部导桶在随旋转盘一起转动的同时还做自转 ( 因另有机构限制着鸭嘴在转动时始终处于铅垂位置) , 这样固定在鸭嘴上部导桶上的钢球就由圆柱凸轮的低处移动到高处, 迫使鸭嘴上部导桶绕鸭嘴销轴向里摆动, 实现鸭嘴打开。鸭嘴打开、闭合的时刻关系着移栽质量。鸭嘴打开时刻过早, 导致鸭嘴还没有完全入土就开始丢苗, 造成烟苗移栽深度过浅, 甚至没有把烟苗栽入土中; 若鸭嘴关闭时刻过早, 导致鸭嘴从土中出来没运行多高距离就开始关闭, 造成夹持已栽好的烟苗从土中拔出。
通过分析计算和反复试验, 最终确定了圆柱凸轮的位移曲线图 ( 如图7所示) 和圆柱凸轮在回转盘上的安装位置及轮廓形状图 ( 如图8所示) 。
2. 4四边形机构
四边形机构是保证栽植器工作位置的机构, 即保证栽植器在工作时始终处于铅垂状态。此状态不仅是投苗机构实现可靠投苗的先决条件, 而且也是保证烟苗栽后垂直度的一个先决条件。其结构特征是在栽植器回转驱动盘的一侧设置偏心转盘, 偏心转盘通过连杆销、连杆与栽植器的鸭嘴支撑轴相连接, 这样回转驱动盘、偏心圆盘、连杆以及偏心座构成双曲柄机构 ( 平行四边形机构) , 如图9所示。
通过合理选取连杆与鸭嘴支撑轴连接键槽的位置, 保证在初始状态时连杆水平和鸭嘴铅垂。工作时, 回转盘转动, 连杆平动, 由于鸭嘴与连杆是通过键实现的固定连接, 所以鸭嘴也做平动。根据驱动盘的尺寸, 同时考虑连杆的制造工艺性, 通过分析计算, 两圆盘偏心距取L = 70mm ( 即连杆长度为70mm) 。该定位机构的工作原理如图8所示。
3田间试验与结果
3. 1试验基本条件
田间性能试验在位于许昌市西南的襄城县王洛镇的许昌烟草分公司0. 67万hm2烟田示范园区进行。 试验地块土壤为粘土, 土壤含水率为17. 3% , 垄高为260mm, 垄距为1200mm。
试验用烟苗经过剪叶的漂浮育苗成苗, 其苗高为160mm, 根部基质块形状为倒四棱锥, 大端尺寸为25 mm × 25mm。
3. 2试验结果
在实验前一个月起好垄。在田地中测试两次, 每次测试长度为150m。本移栽装置试验结果如表1所示。
表1说明: 移栽深度完全满足烟草栽培的农艺要求; 移栽株距和保苗率符合设计要求。该机具已通过河南省农机试验鉴定站的测试, 机具各项指标均达到设计要求。
4结论
1) 通过对2YZS烟草移栽机移栽装置的设计和改进, 解决了烟苗移栽过程中烟苗倾倒、移栽深度过浅及栽后鸭嘴夹苗等问题。
2) 与同类机器相比, 本设计的打开机构和四边形机构有效地保证了鸭嘴时刻的一致性, 减小了移栽深度差异性。
3) 本移栽装置具有生产率高 ( 0. 15hm2/ h) 、保苗率高、移栽深浅一致性好、株距均匀度高和栽植定向性好等优点。
摘要：阐述了吊篮式烟草移栽机移栽机构的工作原理和结构, 通过分析计算及1:1的建模, 验证了吊篮式烟草移栽机构的工作速度和移栽机构结构件的形状;通过对该机构运动关系的理论分析和计算, 确定了主要技术参数;根据主要技术参数, 设计出移栽机构的主要部件。样机试制和实验表明, 该机构工作性能良好, 栽苗效果优良, 结构紧凑, 使用操作方便。
关键词：烟草,移栽机,吊篮式
参考文献
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番茄移栽机 篇5
我国是烟草种植大国,其种植面积接近146. 7万hm2。迄今为止,烟草种植主要以人工作业为主,生产率低、劳动强度大,不适应规模化种植模式。随着我国农业结构的调整,出现了烤烟产区逐渐向适宜区转移的重大转变,烟苗人工移栽作业模式成为制约烤烟向集约化、规模化发展的瓶颈。目前,烟草移栽环节尚无稳定可靠应用于田间生产作业的机型。烤烟种植的农艺特点、土壤和地貌形态差异决定我国必须有多种机型以适应不同地域烤烟机械化移栽的技术要求[1,2,3,4,5]。
本研究通过对东北垄作移栽的烟草钵苗基本几何特征参数的测定,探索其几何分布规律; 利用自主研制的YZ - 2型烤烟移栽复式作业机[6,7]对移栽部件分别开展不同牵引速度和不同钵苗高度对烟草钵苗移栽直立度和株距变异系数等移栽质量影响规律的田间试验研究,旨在为烟草钵苗移栽关键部件的进一步优化设计提供理论依据。
1 试验设备
1. 1 试验仪器设备
试验采用YZ - 2型烟草移栽复试作业机( 见图1) 、DGG - 9070AD型电热恒温鼓风干燥箱( 上海森信试验仪器有限 公司) 、土壤硬度 仪 ( 0 ~ 40cm,0 ~500kg / cm2) 、ACS - 30电子计量秤( 华鹰衡器有限公司) 、YB电子天平( 上海海康电子仪器厂) 、数显式游标卡尺、数码相机和卷尺等仪器设备。
1. 2 YZ - 2 型烟草移栽复试作业机工作原理
YZ - 2型烟草移栽复试作业机由成穴机构、施肥机构、钵苗喂入装置、栽植机构、注水机构、覆膜机构、地轮传动系统及机架等部件构成。其中,栽植机构是烟草钵苗移栽机的核心部件,其上均布栽植器3个。在烟苗移栽过程中,栽植器需要适应烟草钵苗高度和宽度各部位尺寸的差异,且不伤苗和挂苗。
移栽作业时,机具在拖拉机的牵引下动力通过地轮带动成穴机构工作,曲柄驱动固定在摆杆上的成穴铲沿垂直垄面往复运动与机具前进运动的合成运动挤压土壤形成穴坑; 传动系统带动施肥机构工作,将肥箱内的底肥定区域定量穴施于穴坑内; 带动钵苗喂入装置和移栽机构运动,将人工放入钵苗喂入装置投苗杯内的烟苗投入连续转动的鸭嘴栽植器内,鸭嘴栽植器将烟苗准确栽植至穴坑内; 与此同时,为保证移栽过程栽植器的轴线始终与地面垂直,栽植机构在传动系统驱动公转的同时,其上的栽植器绕其支撑轴做自转; 当鸭嘴爪在开启控制机构作用下由收拢闭合状态逐渐开启时,水流通过注水控制机构由注水管流出冲刷穴坑边缘,裹挟土壤至穴坑中心对营养钵苗覆土; 当栽植器转动至清土区时,挠性清土装置对粘着土壤的鸭嘴爪进行清除,以避免拥堵发生; 最后传动系统带动覆膜机构运动,完成对移栽烟苗的覆膜作业。
2 试验材料及试验方法
2. 1 试验材料
移栽试验于2014年5月8日在东北农业大学实验基地进行,土壤含水率18. 7 % ,试验移栽烟苗取自黑龙江省肇东五站镇,育苗方式为营养钵育苗,钵苗苗龄90天,品种龙江911。为防止烟苗损伤或水分流失而影响试验效果,获取烟苗试样后立即进行相关几何物理测试及移栽性能试验。烟苗利用烟草移栽复式作业机实现移栽,移栽垄距115cm,垄高28cm,垄顶宽度37cm,平均移栽株距52cm。
2. 2 烟草钵苗移栽质量评价
烟草钵苗移栽机栽植器移栽质量用烟草钵苗直立度和株距变异系数评价[8,9,10]。
烟草钵苗直立度是指烟苗移栽至大田之后的直立状态,是评价移栽部件质量的重要指标之一,用烟苗茎秆与地面水平方向夹角α评价。试验中,烟苗直立状态用万能角度仪测定,取α > 45°为合格; 反之不合格,即为倒伏。
株距变异系数是对移栽部件栽植钵苗均匀程度的评价。试验中烟苗株距用卷尺测定,株距变异系数是在一定栽植区内所测得的实际株距的标准偏差与均值的比值,即
式中CVZ—株距变异系数( % ) ;
SZ—株距标准差( cm) ;
—株距均值( cm) 。
2. 3 试验方法
2. 3. 1 烟草钵苗几何特征测定
考虑移栽机栽植器的设计要求,选择烟苗高度和宽度、营养钵上端宽度和高度及钵苗总质量等参数作为几何特征评价指标,分别测量每个样本的基本几何特征值,用数理统计方法预测其变化区间及分布规律。
钵苗高度为钵苗上最高点至营养钵上端最大宽度的距离; 钵苗宽度为钵苗自然直立状态下取两叶片叶尖的最大距离; 钵苗质量测量采用电子计量秤称重,随机选取样本50个测定。烟草钵苗几何特征及术语如图2所示。
2. 3. 2 栽植部件移栽性能测定
针对栽植部件的移栽质量,依据《黑龙经省农业机械推广鉴定大纲旱地移栽机》的相关标准进行试验研究。试验地平坦、无障碍物,试验地条件如表1所示。试验因素选择移栽机牵引速度及烟草钵苗高度,依据预备试验确定试验因素的范围。
试验采用单因素试验方法,人工喂入投苗。在钵苗高度15. 5cm,选择移栽机牵引速度0. 2、0. 4、0. 6、0. 8m / s,分别进行烟苗移栽质量的单因素试验; 在移栽机牵引速度0. 2m/s,选择烟草钵苗高度14、16、18、20cm为试验因素,开展烟草钵苗移栽质量的单因素试验。试验因素每个水平重复测试3次取均值,测试烟苗样本30株。试验指标钵苗移栽直立度直接测量获得,株距变异系数据式( 1) 计算确定。
3 结果与分析
3. 1 烟草钵苗物理几何特性
烟草钵苗高度、钵苗宽度、总质量、营养钵上端宽度及高度的测定结果如表2所示,其高度和宽度分布规律如图3所示。
烟草钵苗的几何特征分布为钵苗高度[11. 68,14. 26]cm,变异系数值4. 98; 钵苗宽度[6. 8,9. 72]cm,变异系数值8. 84; 营养钵上端面宽度[3. 31,4. 13]cm,变异系数值5. 50; 营养钵高度[3. 547,3. 839]cm,变异系数值1. 97; 总质量[25. 52,31. 12]g,变异系数值为1. 40。
由表2各项数值可知,该品种烟草钵苗的几何物理特征相对集中,钵苗移栽机栽植机构的结构应根据其几何特征值进行相应设计。
3. 2 移栽机牵引速度对烟苗移栽直立度和株距变异系数影响分析
烟草钵苗高度15. 5cm,移栽机不同牵引速度作业的试验结果如表3所示,对试验指标影响规律如图4所示。
由图4可知,随移栽机牵引速度的增大,钵苗移栽直立度呈减小趋势,且影响极显著( p < 0. 01) 。这主要是因为移栽机构完成钵苗移栽向上回程运动逐渐与地面分离过程中,其加速度、速度加大,但移栽机构两侧的土壤在重力作用下向穴坑回落的速度比移栽机构向上运动携带土壤的速度慢,致使土壤不能及时进入穴坑,移栽直立度降低。随移栽机牵引速度的增大,钵苗移栽的株距变异系数呈逐渐增大趋势,且影响不显著( p > 0. 05) 。
移栽直立度与移栽机牵引速度的回归方程为y= - 26. 17x + 81. 33 ,R2= 0. 945 ,回归模型显著( p <0. 05) ; 移栽株距变异系数与移栽机牵引速度的回归程y = 0. 718x + 0. 484 ,R2= 0. 869 ,回归模型显著( p <0. 05) 。3. 3烟草钵苗高度对烟苗移栽直立度的合格率和株距变异系数影响分析
取牵引速度0. 4m /s,得到烟草钵苗高度的单因素效应对直立度和株距变异系数影响的试验结果如表4所示,据表4得到影响曲线如图5所示。
由图3可见,同一含水率,当钵苗高度 < 18cm时,钵苗移栽直立度和株距变异系数随钵苗高度增加呈平稳趋势变化; 当钵苗高度 > 18cm时,呈降低趋势,主要是因为烟苗高度过高会导致移栽机构从最低点向上运动( 回程) 过程中发生与移栽好的钵苗摩擦或伤苗现象所致。此外,钵苗较高导致苗部质量高于根部质量,发生钵苗移栽直立度下降,但影响均不显著( p > 0. 05) 。
图5钵苗高度对试验指标的影响Fig. 5 Effect of tobacco seedling height on indicators
4 结论
在土壤含水率18. 7% 、土壤坚实度11. 2kg /cm2条件下,对北方垄作烟苗移栽期的几何物理特性及栽植器移栽烟苗质量特性进行了试验研究,得出结论如下:
1) 钵苗高度和宽度、营养钵上端面宽度和高度、总质量依次分布范围为[11. 68,14. 26]cm,[6. 80,9. 72]cm,[3. 31,4. 13]cm,[3. 55,3. 84]cm,[25. 5,31. 1]g。
2) 烟苗移栽直立度随移栽机牵引速度的增加而呈减小趋势,且影响显著; 随钵苗高度变化的影响不显著。
番茄移栽机 篇6
(1) 新疆乌苏市引进、示范澳大利亚威廉姆斯公司加工番茄移栽机4台, 配套使用73.55～110.25 kW轮式拖拉机实施番茄移栽。 (1) 实施人工投苗、机械移栽、机械滴水和人工封土关键技术机械化, 建立试验示范基地4 000 hm2 (其中四棵树镇200 hm2, 对照田6.67 hm2;古尔图镇200 hm2, 对照田6.67 hm2) 。 (2) 目标:产量566.7 kg/hm2, 填补乌苏市番茄机械化移栽空白。
(2) 加工番茄种植。利用机械进行起垄、铺膜、打孔、移栽、滴水以及收获综合机械化作业, 提高综合机械化作业水平。
依据乌苏市党委提出的“突出特色抓产业、围绕市场调结构、领先科技创品牌、改善设施促增收”的农业产业化发展思路, 结合乌苏市“四区一线”产业结构调整布局和新疆农机局关于“四大基地”建设要求, 大力发展特色农业种植, 优化产业结构, 提高乌苏市特色农业装备水平和科技贡献率, 促进农业增效、农民增收。
2 全程机械化栽培
2.1 技术线路
(1) 大棚育苗→人工投苗→机械移栽→机械滴水→人工封土。
(2) 全程机械化作业技术路线。采用KF-5.0型开沟施肥深松机开沟、起垄→2BMT6/3型铺膜播种机铺膜保墒、铺设毛管→机械移栽 (机械打孔→人工移栽) →微灌→科学田管→MTS-SL350T型番茄采收机收获。
2.2 模式
(1) 采用KF-5.0型开沟施肥深松机开沟, 沟心距150cm, 垄宽100～110 cm。
(2) 2BMT6/3型铺膜播种机铺膜保墒 (膜宽90 cm, 受光面宽60～70 cm) 。
(3) 移栽机移栽作业。膜内行距30 cm, 交接行120 cm, 移栽株距37～40 cm, 理论保苗株数33 000～36 000株/hm2。部分地块采用机械打孔机打孔, 膜内行距30 cm, 孔距 (珠距) 37 cm, 平均行距68～75 cm, 理论保苗株数37 500～48 000株/hm2。
(4) 采用MTS-SL350T型番茄采收机收获。工作幅宽150cm, 实现色选率75%～95%番茄种植。
(5) 大棚育苗、机械起垄、铺膜保墒、铺设毛管、机械移栽 (或打孔) 和采收等番茄种植作业, 全程实现了机械化, 增填了移栽机移栽作业新内容, 乌苏市及周边团场的特色农业种植已向优质、高产、高效及生态型方向发展。
3 实施效果
(1) 示范、引进澳大利亚威廉姆斯公司加工番茄移栽机4台, 实现番茄移栽。投苗、移栽、滴水、封土等关键技术实现了机械化, 示范、推广面积33.33 hm2, 填补乌苏市番茄机械化移栽空白
(2) 建立试验、示范基地4 000 hm2, 基地平均产量达13.2万kg/hm2
(3) 基地已完成从大棚育苗、起垄、铺膜、打孔、移栽、滴灌及收获等机械化作业, 机械化程度分别达100%、100%、100%、8.3%和100%;综合机械化水平达到85%, 高于全国、新疆综合机械化水平, 农机科研新技术、新机具得到了充分的应用、充分的体现。
(4) 栽培模式研究探索取得了新的进展。栽培模式不断的创新、完善, 且趋向于科学化、标准化、规模化, 传统种植模式、传统种植理念有了新的突破。通过项目和基地建设, 带动和辐射乌苏市特色农业向“高产、优质、高效、生态”方向发展。
4 效益分析
(1) 减少了机械打孔作业程序, 节约机械打孔作业费用180元/hm2, 移栽面积33.33 hm2, 节约开支0.6万元。
(2) 减少了移栽后带压微灌, 节约灌溉水费90元/hm2;示范、推广机械移栽33.33 hm2, 节支0.3万元。
(3) 移栽机作业成本核算。番茄移栽机作业33.33 hm2, 机械作业收费4 500元/hm2。成本=折旧费 (按17%) 204元/hm2, +油料费252元/hm2+大修提成 (按8%提取) 96元/hm2+2012年维修费 (0) +人工费 (驾驶3员、扶助人工4人) 3 000元/hm2=3 552元/hm2;机组作业纯收入=机组作业收费-成本=948元/hm2, 番茄移栽33.33 hm2利润为31.6万元。
(4) 增产效果明显。建立基地试验、示范400 hm2 (其中四棵树镇200 hm2、古尔图镇200 hm2) , 番茄平均产量达到了项目申报书目标产量, 与乌苏市番茄平均产量比增产22 500 kg/hm2, 可增收13 500万元/hm2, 节支、增收两项达932.5万元。
5 创新点
(1) 采用大棚育苗, 延长生长周期。番茄育苗一般在3月1日开始, 4月15—20日移栽, 与正常种植比较, 种植期提前了约45天, 可望一年两熟种植, 提高土地利用率。
(2) 示范、引进澳大利亚威廉姆斯公司加工番茄移栽机, 实现番茄移栽。投苗、移栽、滴水和封土关键技术实现了机械化, 填补了乌苏市番茄机械化移栽的空白, 提高了综合机械化水平8.3个百分点, 科学技术水平属国内首创, 逐步解决育苗移栽新技术示范、推广的瓶颈问题, 减轻人们的劳动强度。更重要的是, 可在一定程度上解决气温反常问题。长期以来, 乌苏市春播时因地温低烂种是普遍现象, 严重时出苗率仅为30%～40%, 通过大力推广、普及育苗移栽新技术, 有望实现乌苏市农业增产增效的跨越.。
(3) 移栽后机械滴水200 g/穴, 减少了机械移栽加压微灌程序, 提高了移栽成活率, 增加了番茄种植的科技含量。
(4) 全程机械化栽培模式创新有了新进展。作业模式: (1) 采用KF-5.0型开沟施肥深松机开沟, 沟心距150 cm, 垄宽100～110 cm; (2) 采用2BMT6/3型铺膜播种机铺膜保墒; (3) 采用移栽机移栽作业。膜内行距30 cm, 交接行距120 cm, 移栽株距37～40 cm, 理论保苗株数33 000～36 000株/hm2; (4) 采用MTS-SL350T型番茄采收机收获。工作幅宽150cm, 色选率75%～95%。
6 存在的问题
(1) 移栽机作业。一是分苗工操作技术不熟练, 二是移栽机加滴灌水设施不配套。这两点对机组作业效率和移栽质量影响较大。
(2) 色选仪。色选率为75%～95%时, 有部分绿色番茄被分离出来。其次, 番茄因品种问题不能同时成熟, 收获时已成熟番茄烂果严重。
(3) 乌苏市大棚育苗规模化、集约化经营能力不强, 不能适应移栽新技术发展需求
7 结语
番茄移栽机 篇7
烟草是以育苗移栽为主的作物,主要分布在西南、华南、长江流域、黄淮海和东北部的20多个省(区)。烤烟的移栽工作是育苗工作的结束、大田栽培的开始,所以是烤烟生产中的重要环节。提高移栽质量,确保大田移栽和烟苗及早成活还苗,是烤烟种植的中心任务[1]。人工移栽烟苗的劳动效率很低,约0.02hm2/人·d,且存在劳动强度大、移栽质量差等问题。采用机械化移栽效率约0.83hm2/人·d,实现从育苗到移栽的机械化作业,不仅可以提高烟草幼苗的质量,降低育苗成本,还能提高经济效益。因此,实现我国烟草移栽机械化已成为农业生产的迫切需要[2]。导苗管式移栽机与链夹式、钳夹式和吊篮式移栽机相比,其优点是秧苗在导苗管中的运动为自由下落,非强制性的,因此不容易伤苗。秧苗靠重力落到苗沟中,在调整导苗管倾角和增加扶苗装置的情况下,可以保证较好的钵苗直立度、株距均匀性和移栽深度稳定性。另外,导苗管式移栽机的喂入器是由水平转动的多个喂入筒构成,人工喂苗时的喂入速度可以提高,喂入频率可达60~70株/min,比链夹式移栽机的人工喂入速度提高30%~50%,但是这种移栽机的结构较复杂[3]。本文主要对影响烟苗移栽直立度和株距稳定性的因素进行了分析,并对喂苗、投苗和栽苗阶段的烟苗运动轨迹进行了分析,探讨如何提高导苗管式移栽机的烟苗移栽质量。
1 烤烟移栽技术的特点及农艺要求
1.1 农艺要求
烤烟的机械移栽过程主要包括开沟、投苗入沟、覆土和压实等工序。为了提高烟苗的成活率,对烟苗移栽机通常有以下的要求:一是移栽烟苗根系的移栽深度应一致,并保持直散状态,避免前后弯曲;二是移栽烟苗的行距和株距应均匀一致,地面上的烟苗保持直立状态,前后倾斜不应超过45°;三是移栽时覆土质量和压实程度应满足烤烟种植的农艺要求,不能将根部裸露在地表上;四是移栽时应避免机械损伤烟苗,防止夹伤或压伤烟苗;五是整个移栽过程不宜持续时间过长。
1.2 烟苗形状
目前,烟苗的工厂化大规模育苗多使用漂浮育苗技术。采用这种技术所长出的烟苗在移栽时是裸苗移栽,即移栽时从育苗盘中取出,根系上带有一定的培养基质,直接放入移栽机的喂苗筒内。由于烤烟的漂浮育苗技术已经较为成熟,发展了大量的育苗专业户或育苗工厂。经过集约式育苗工厂的漂浮育苗,烟苗健壮、整齐、根系发达,移在到大田后烟株的还苗快、成活率高。烟苗的高度一般为15~20cm,根系长度一般为4~6cm,烟苗形状如图1所示。
2 导苗管式移栽机的结构与工作原理
导苗管式移栽机的结构简图如图2所示。这种移栽机的动力由拖拉机三点悬挂式带动。工作时,首先由机器前方的开沟器在垄顶开沟,开沟的同时肥料通过肥料导管从料箱中定量的滑落到苗沟中,由此完成开沟和施肥;地轮在拖拉机的牵引下转动,带动主从动链轮,在凸轮的作用下实现间歇动作。移栽过程是由坐在移栽机上的操作人员将烟苗放入喂苗筒,当喂苗筒转动到导苗管上方时,在凸轮的作用下喂苗筒下方的活门打开,烟苗靠重力下落到导苗管内,通过倾斜的导苗管将烟苗引入到开沟器开出的苗沟内,推苗板由四杆机构带动,在推苗过程中平行移动,保持秧苗直立,然后覆土轮进行覆土和镇压,完成栽植过程。有些移栽机还带有浇水功能,即在凸轮作用下完成一次栽苗就浇一次水。
1.机架2.开沟器3.肥料箱4.肥料导管5.链轮机构6.地轮7.座位8.喂入器9.推苗机构10导苗管11.覆土驱动镇压轮12.秧苗架13.浇水管
3 影响烟苗移栽质量的因素
3.1 烟苗直立度
烟苗直立度是指烟苗在移栽到大田之后的直立状态,是评价移栽机移栽质量的重要参数之一,用烟苗茎秆与地面的夹角来评价[4]。一般来说,大于45o为合格,大于等于70o为优良,而导苗管机构的设计、工作时的行进速度和土壤的粘度等因素直接影响到烟苗的直立度。为研究烟苗直立度的影响因素,现对烟苗在移栽过程的运动轨迹进行分析,
烟苗的运动轨迹是由移栽机构的设计和移栽机行进速度等因素决定的,不同的移栽阶段有不同的运动轨迹。
3.1.1 喂苗阶段
裸苗移栽的烟苗生长在漂浮育苗盘中,移栽时的技术难点是分苗困难,喂苗这一工序不容易实现自动化。因此,目前国内外都采用人工喂苗的半自动方式移栽。烟苗在这喂苗过程的运动可以看作是一个自由落体的运动,烟苗根部会与喂苗筒底部碰撞,这一距离较短,所以影响不大。然后,烟苗在喂苗筒中会做平面的转动,在这一过程中烟苗将转动到导苗管管口的上方。
3.1.2 投苗阶段
烟苗在从喂苗筒落入苗沟中的运动,可以看作是沿做匀速直线运动的斜坡自由下落的运动。在此过程中,如果没有导苗管的存在,烟苗的运动轨迹可看作是平抛运动(如图3(a)所示);有导苗管时,烟苗将沿着导苗管下滑到苗沟中。假设导苗管与水平地面的前进方向的夹角是θ,因为θ一般都大于75°,而且烟苗与导苗管的接触面积较小,所以忽略烟苗与导苗管之间的摩擦力,那么烟苗质心K点的运动轨迹为
式中vx—移栽机的运行速度。
3.1.3 栽苗阶段
烟苗经过导苗管,投入到开沟器开后的苗沟中,投苗瞬间烟苗的根部与地面接触,烟苗的顺势速度减到0。烟苗的上部会有一定的惯性,沿移栽机运行的速度方向倾倒,并且烟苗在投入到苗沟的瞬间,自身的倾斜角度是和导苗管与地面的倾角一致的。所以,为避免烟苗倾斜过大影响烟苗的直立度,大多数导苗管式移栽机都设置有推苗装置,用以扶正秧苗。
推苗机构的工作过程如图4所示。移栽机上的从动链轮通过链齿轮带动平行四连杆机构的曲柄转动,曲柄通过连杆推动平行四连杆做往复运动。
3.2 烟苗的株距调节
导苗管式移栽机多采用链条传动,以地轮为驱动轮,通过链条带动移栽机构工作。移栽质量的影响因素主要有地轮的滑移系数、喂苗筒的数量、链条运动误差以及人工投苗失误等。移栽机工作时,地轮走过的距离应等于所移栽烟苗株数的乘积,再考虑打滑系数,则
式中D—地轮直径(mm);
δ—地轮滑移系数;
S—株距(mm);
C—喂苗筒个数(个)。
由式(3)可知,株距与地轮直径D和滑移系数成正比。对一台移栽机来说,D是确定的,喂苗筒数也不常调整,通常用更换主从动链轮的办法调整株距。在实际作业中,影响株距的变异系数的就是δ,即地轮打滑时烟苗移栽的株距变大。实际工作中,由于机构上的磨损,链条的垂度逐渐增大,减小了与下面链轮的有效啮合,导致传动能力下降,移栽时的株距变大。所以,在链传动机构中应有张紧装置,防止因链条磨损而引起株距稳定性下降。
3.3 移栽机行走速度
移栽机作业时的速度关系到移栽机的工作效率。移栽机行进速度慢,移栽的烟苗数量必定较少,效率低;移栽机的速度过快,会影响移栽机构的准确性,影响移栽的质量。另外,移栽机的行进速度就是烟苗下落时水平方向的速度,速度过快,导致烟苗在栽苗阶段的惯性较大,影响移栽烟苗的直立度。由于喂苗工作是由人工来完成的,所以必须考虑到人工操作的速度,否则行进速度过快,喂苗人员的喂苗速度小于移栽机移栽烟苗的速度,就会出现漏栽现象。人工喂苗的速度最高60~70棵/min,以株距600mm来计算,移栽机的行进速度应控制在0.6m/s以下。
4 结论
1)目前烤烟的育苗多为漂浮育苗盘育苗,移栽时是裸苗移栽。相对于钵苗移栽,裸苗移栽时烟苗的质量较轻,并且根系更容易受到损伤,导苗管式移栽机相对于链夹式和钳夹式移栽机等具有不伤苗的特点,所以导苗管式移栽机更适合烟苗的移栽工作。
2)经过分析,影响导苗管式移栽机烟苗移栽质量的因素有地轮的滑移率(会影响移栽株距的稳定性)、导苗管的倾斜角度和移栽机的行进速度(会影响移栽烟苗的直立度)。移栽机的行进速度过快会影响烟苗移栽的漏栽率。
3)本研究结论可为导苗管式移栽机的设计提供理论依据,想要得到影响因素的具体影响因子需要大量的试验,需要做进一步的研究。
摘要：烤烟是我国重要经济作物之一,种植面积大。烟草是以育苗移栽为主的作物,移栽是烤烟种植的重要环节,机械移栽的质量关系到烤烟的后期生长。目前,使用的移栽机主要有导苗管式、链夹式、盘夹式和吊篮式移栽机等。为此,重点分析了在移栽烟苗过程中导苗管式移栽机的优势及影响导苗管式移栽机作业质量的因素,对烟苗在移栽过程中各个阶段的运动轨迹进行了分段分析,为后续研究提供理论基础。分析认为,导苗管的倾斜角度、地轮的滑移率与移栽机的行走速度对烟苗移栽质量中的直立度、株距稳定性和漏栽率都有不同的影响。
关键词：烟草农业,育苗移栽,导苗管式移栽机,移栽质量
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火绒2ZQ-2型秧苗移栽机 篇8
该机由青州火绒机械制造公司研制生产, 是同拖拉机配套使用的牵引式钵体育苗移栽机械, 适用于覆膜前或覆膜后黄烟、茄子、番茄、白菜、甜菜、辣椒、洋葱、油菜、哈密瓜、茶花、莴笋、卷心菜、西兰花、黄瓜、西瓜、芋头、马铃薯和花生等秧苗移栽作业。一次进地即可完成挖穴、施肥、栽苗和封埯等工序。
主要技术参数:配套动力13.2～36.8 kW, 适应行距40～60 cm (1～5行) , 移栽株距18～162 cm、深度5～13 cm, 作业效率0.13～1.00 hm2/h (单机、多头机) 。