育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置的試驗(yàn)研究_張洋.pdf

育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置的試驗(yàn)研究張 洋1，范開鈞1，初 麒2，蘇穎欣1，劉小耿1，辜 松1，夏紅梅1( 1華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣州 510642; 2廣州實(shí)凱機(jī)電科技有限公司，廣州 510642)摘 要: 紙缽育苗可有效提升種苗根系的發(fā)育質(zhì)量，為種苗后續(xù)分級(jí)、嫁接、移植的機(jī)械化作業(yè)打下重要技術(shù)基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)大多企業(yè)所采用的紙缽機(jī)多為單頭、半自動(dòng)作業(yè)形式，缺少紙缽自動(dòng)裝盤設(shè)備。紙缽機(jī)制作出紙缽基質(zhì)塊后，需人工向穴盤裝填紙缽，作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大;國(guó)外雖有紙缽裝填機(jī)，但價(jià)格高，且無法與國(guó)產(chǎn)設(shè)備配套。為實(shí)現(xiàn)紙缽自動(dòng)快速裝入穴盤，完善育苗生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)了一款育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置。該裝置與紙缽機(jī)配合作業(yè)，將規(guī)格為高度 50mm 紙缽裝入 72 孔穴盤。通過裝盤性能試驗(yàn)，得到紙缽質(zhì)量、紙缽和轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間直徑差與落料成功率的關(guān)系，結(jié)果表明:紙缽質(zhì)量水平為高、紙缽和轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間半徑差為 3mm 時(shí)，成功率可達(dá)9444%，生產(chǎn)可達(dá) 3 130 穴/h。關(guān)鍵詞: 育苗; 紙缽; 自動(dòng)裝盤; 穴盤; 轉(zhuǎn)運(yùn)杯中圖分類號(hào): S2231; S2203 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1003188X(2020)040180040 引言紙缽是由育苗專用紙將基質(zhì)包裹而成的育苗基質(zhì)塊，由于基質(zhì)存在一定的填充密度，紙缽雖然兩頭無底但卻不容易散坨，是一種新興的育苗手段。傳統(tǒng)育苗中，由于苗床多次的反復(fù)使用、頻繁重茬，容易導(dǎo)致土壤根結(jié)等危害;后期間苗、分級(jí)工序頻繁拔出、移栽，極大影響種苗苗的存活率，且移栽后需要很長(zhǎng)的緩苗期1。穴盤育苗在工廠化蔬菜生產(chǎn)中是最常見的一種栽培方式，但生長(zhǎng)在穴盤中的種苗根系盤結(jié)，基質(zhì)與穴盤附著力強(qiáng)，導(dǎo)致移栽難度大，使用紙缽育苗可起到固根作用，并為自動(dòng)化種苗分級(jí)、嫁接、移植提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)。使用紙缽育苗后，幼苗根系生長(zhǎng)快速且又健康，出圃時(shí)間短;與穴盤育苗相比，紙缽根系更加的多且粗壯，不窩根盤根，紙缽育苗的移栽效果要比穴盤育苗好得多;紙和根系同時(shí)包絡(luò)基質(zhì)，成型效果好，可避免震動(dòng)損失，方便運(yùn)輸;最重要的是可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的生產(chǎn)，包括自動(dòng)分級(jí)、移栽和嫁接等工序;對(duì)于大規(guī)模育苗企業(yè)，可以極大地降低勞動(dòng)成本且提高種苗的一致性和質(zhì)量26。收稿日期: 20190109基金項(xiàng)目: 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目( 2017YFD0701301)作者簡(jiǎn)介: 張 洋( 1994)，男，黑龍江伊春人，碩士研究生，( Email) 852023749 qqcom。通訊作者: 辜 松( 1963)，男，廣東汕頭人，教授，博士生導(dǎo)師，( Email) sgu666 sinacom。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)種生產(chǎn)育苗紙缽的機(jī)器，也有針對(duì)紙缽基質(zhì)的播種機(jī)和針對(duì)紙缽苗的移栽機(jī)、嫁接機(jī)等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)育苗紙缽機(jī)器的模式多為單頭生產(chǎn)，且不附帶自動(dòng)紙缽裝盤裝置，采用人工將紙缽機(jī)生產(chǎn)出來的紙缽裝填進(jìn)穴盤，如圖 1 所示。即使是生產(chǎn)速度并不太高的國(guó)產(chǎn)紙缽機(jī)型，也需要兩個(gè)人工配合裝填紙缽。大部分設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)都采用紙缽機(jī)制缽，之后再經(jīng)播種機(jī)播種的方式完成制缽播種，很少采用全自動(dòng)流水線一次完成紙缽、裝盤及精量播種作業(yè)的機(jī)型7。丹麥 ELLEPOT 公司開發(fā)出了紙缽入盤機(jī)，但僅匹配適用于該公司紙缽機(jī)的機(jī)型。該公司的育苗設(shè)備構(gòu)成一套較為完備的紙缽加工生產(chǎn)線，與國(guó)產(chǎn)紙缽機(jī)無法匹配使用811。因此，亟需研究出適合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)情況的紙缽裝盤裝置，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，填補(bǔ)種苗自動(dòng)化生產(chǎn)線中環(huán)節(jié)的缺失，連接紙缽生產(chǎn)機(jī)和播種機(jī)，整合后續(xù)種苗處理機(jī)械，完善種苗相關(guān)生產(chǎn)線。圖1 人工向穴盤裝填紙缽Fig1 Put paper pots into the tray by manual loading·081·2020 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2020.04.0351 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理11 作業(yè)條件育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置需要與紙缽機(jī)配合作業(yè)，將紙缽機(jī)生產(chǎn)出的紙缽連續(xù)不斷的輸出到穴盤當(dāng)中。本育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置作業(yè)紙缽尺寸為高度50mm、直徑 30mm，裝盤對(duì)象為 72 孔穴盤，穴盤外形尺寸規(guī)格為280mm×540mm。12 整機(jī)結(jié)構(gòu)育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置主要由裝填機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、推送機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)及機(jī)架組成。裝填機(jī)構(gòu)主要功能為逐個(gè)將紙缽裝入轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)主要功能為過渡裝載并輸送紙缽，推送機(jī)構(gòu)主要功能為將 6 個(gè)紙缽為一組推送至穴盤的一列穴中。該機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，加工成本低，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2所示。1裝填機(jī)構(gòu) 2驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3推送機(jī)構(gòu) 4轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu) 5機(jī)架圖2 育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置結(jié)構(gòu)圖Fig2 The structure of seedling paperpot automatic feedingdevice for plug tray13 工作原理育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置的工作原理:該機(jī)由伺服電機(jī)提供轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，空氣壓縮機(jī)為裝填機(jī)構(gòu)和推送機(jī)構(gòu)提供氣力驅(qū)動(dòng)，完成逐個(gè)落料及連續(xù)裝盤等工作。驅(qū)動(dòng)鏈上一共安裝有 18 個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)杯，裝填機(jī)構(gòu)將紙缽逐一喂入轉(zhuǎn)運(yùn)杯中;推送機(jī)構(gòu)每次推送 6 個(gè)紙缽，對(duì)應(yīng)72 孔穴盤中的一行。工作時(shí)，穴盤放置于輸送帶上，紙缽機(jī)生產(chǎn)出的紙缽在輸送通道中排成 1 列，立于落缽擋板上，落缽擋板正下方有一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)杯等待。首先，阻擋氣缸伸出，將下數(shù)第2 個(gè)紙缽阻擋在輸送通道上無法下落，從而也阻擋了通道上方的其他紙缽無法下落;這時(shí)落缽氣缸帶動(dòng)落料板打開，1個(gè)紙缽落在轉(zhuǎn)運(yùn)杯中，然后落缽擋板關(guān)閉，阻擋氣缸收回，通道中的紙缽下落到落缽擋板上，同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)杯步進(jìn) 1 個(gè)距離，從而實(shí)現(xiàn)紙缽逐個(gè)落到轉(zhuǎn)運(yùn)杯的目的(見圖3);裝載有紙缽的轉(zhuǎn)運(yùn)杯旋轉(zhuǎn)到落缽工位時(shí)，在轉(zhuǎn)運(yùn)杯和穴盤之間的阻擋插板打開，同時(shí)推缽桿下壓，將紙缽?fù)迫胙ūP中的一列穴中(見圖 4);然后，推缽桿收回，插板關(guān)閉，轉(zhuǎn)運(yùn)杯繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)穴盤向前步進(jìn)一行，等待推送機(jī)構(gòu)推送下一組紙缽，從而自動(dòng)將紙缽連續(xù)不斷地裝入穴盤當(dāng)中。1落缽擋板 2阻擋氣缸 3輸送通道 4紙缽 5轉(zhuǎn)運(yùn)杯圖3 裝填機(jī)構(gòu)工作原理圖Fig3 The working principle diagram of feeding mechanism1阻擋插板 2轉(zhuǎn)運(yùn)杯 3推缽桿 4紙缽 5穴盤圖4 推送機(jī)構(gòu)工作原理圖Fig4 The working principle diagram of pushing mechanism2 裝盤性能試驗(yàn)與結(jié)果分析21 試驗(yàn)材料試驗(yàn)設(shè)備為育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置樣機(jī)，如圖 5·181·2020 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期所示。轉(zhuǎn)運(yùn)杯的直徑為 34mm; 供試紙缽的高度為50mm，直徑為分別為28、30、32mm。試驗(yàn)時(shí)，采用調(diào)節(jié)紙缽含水量的方法，來保證不同直徑的紙缽質(zhì)量相同。圖5 育苗紙缽自動(dòng)裝盤裝置試驗(yàn)樣機(jī)Fig5 The experimental prototype of seedling paperpot automaticfeeding device for plug tray22 試驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容為了解紙缽裝盤裝置向穴盤裝填紙缽的作業(yè)性能，考察紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間的間隙和紙缽質(zhì)量對(duì)紙缽裝盤作業(yè)成功率的影響，設(shè)計(jì)了兩因素 3 水平正交試驗(yàn)，紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間的間隙( S)設(shè)有3 個(gè)水平，分別為2、4、6mm;紙缽質(zhì)量( W) 有 3 個(gè)水平，分別為 10、15、20g。表1 為裝盤性能試驗(yàn)因素水平表。試驗(yàn)因素與水平共構(gòu)成9個(gè)水平組合，每個(gè)組合都進(jìn)行 3 次重復(fù)試驗(yàn)。表1 裝盤性能試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of loading performance test因素水平 W/g S/mm1 10 22 15 43 20 623 試驗(yàn)結(jié)果與分析裝盤性能試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示，裝盤性能試驗(yàn)結(jié)果方差分析如表3 所示。由表3 可知:紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間的間隙( S)和紙缽質(zhì)量( W)均對(duì)樣機(jī)的裝盤成功率影響高度顯著;紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間的間隙( S) 是影響裝盤成功率的主要因素，紙缽質(zhì)量( W) 為次要因素。紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯間隙對(duì)紙缽裝填成功率的影響如圖6 所示。由圖6 可知:紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯之間的間隙為6mm、紙缽質(zhì)量為20g 是最優(yōu)組合，此時(shí)裝盤成功率最高，可達(dá)9444%，生產(chǎn)率可達(dá)到3 130穴/h。表2 裝盤性能試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The result of loading performance test試驗(yàn)號(hào) S/mm W/g 成功率/%1 2 10 22222 2 10 16673 2 10 11114 4 10 33335 4 10 44446 4 10 44447 6 10 72228 6 10 77789 6 10 833310 2 15 166711 2 15 222212 2 15 166713 4 15 611114 4 15 611115 4 15 611116 6 15 722217 6 15 777818 6 15 777819 2 20 166720 2 20 222221 2 20 277822 4 20 722223 4 20 666724 4 20 722225 6 20 1000026 6 20 888927 6 20 9444表3 裝盤性能試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 The variance analysis of loading performance test來源 偏差平方和 自由度 均方差 F值 顯著性S 18 442137 2 9 221069 424682 0W 1 365104 2 682552 31435 0S* W 685944 4 171486 7898 0001誤差 390831 18 21713總計(jì) 9 6973136 27·281·2020 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期圖6 紙缽與轉(zhuǎn)運(yùn)杯間隙對(duì)紙缽裝填成功率的影響Fig6 The impact of the gap between paperpot and transporting cap onthe success rate of paperpots filling3 結(jié)論1)針對(duì)人工裝填紙缽成本高、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的現(xiàn)狀，開發(fā)了一款適合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀的紙缽入盤裝置，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)器的空白。2)進(jìn)行落料性能試驗(yàn)，最優(yōu)組合(質(zhì)量20g、間隙6mm)時(shí)成功率可達(dá)9444%，生產(chǎn)率可達(dá)3 130穴/h。3)本裝置填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)育苗生產(chǎn)線中缺失的環(huán)節(jié)，為形成一套完整的育苗生產(chǎn)線提供了可能，提高了自動(dòng)化程度。參考文獻(xiàn):1 恩茁科技紙缽育苗介紹EB/OL20181107http: / /wwwagriaipcom/? p=196762 白帆，吳昊，肖冰，吳兆遷國(guó)內(nèi)外林木育苗生產(chǎn)技術(shù)裝備概述J林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2018，46( 1):4123 鄭文鐘國(guó)內(nèi)外智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備發(fā)展現(xiàn)狀J現(xiàn)代農(nóng)機(jī)，2015( 6):484 辜松 荷蘭設(shè)施園藝考察引發(fā)的思考N 中國(guó)花卉報(bào)，20180814( S01) 5 張躍峰，楊艷麗，初麒，等設(shè)施園藝種苗生產(chǎn)裝備系統(tǒng)J農(nóng)機(jī)化研究，2018，40( 10):2572616 辜松蔬菜工廠化嫁接育苗生產(chǎn)裝備與技術(shù)M北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，20067 趙明宇，劉德軍，陳靜華，等機(jī)械化育苗設(shè)備現(xiàn)狀與存在的問題J農(nóng)機(jī)化研究，2004( 3):138 Ellepot A/SAutomatic Ellepot MachinesEB/OL20181229wwwellepotcom9 武慧玲，溫祥珍，李亞靈蔬菜工廠化育苗設(shè)備及應(yīng)用J農(nóng)業(yè)工程技術(shù):溫室園藝，2006( 1):343510 于亞波，伍萍輝，馮青春，等我國(guó)蔬菜育苗裝備研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策J農(nóng)機(jī)化研究，2017，39( 6):1611 康紅梅，張啟翔容器育苗中幾項(xiàng)重要技術(shù)的研究進(jìn)展J北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23( S2):7174Experiment Study on Seedling Paperpot AutomaticFeeding Device for Plug TrayZhang Yang1，F(xiàn)an Kaijun1，Chu Qi2，Su Yingxin1，Liu Xiaogeng1，Gu Song1，Xia Hongmei1( 1College of Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China; 2Guangzhou Sky Mechani-cal Electrical Technology Co Ltd，Guangzhou 510642，China)Abstract: Using seedling paperpot can improve the developmental quality of seedling roots effectively，and will estab-lish an significant technical foundation for the seedling mechanized operation like standardizing，grafting and transplan-tingCurrently，paperpotmakings machine used by most Chinese enterprises are singlehead and semiautomatic opera-tion formsLacking paperpot feeding automatic device，the form of putting the paperpot maked by machine into the trayis by manual loading，which is not only low work efficiency but also high labor intensityAlthough there are related ma-chines abroad，local production company will not using those expensive machines given that cannot be matched with do-mestic paperpotmaking equipmentThere is a seedling paperpot automatic feeding device designed in this study for re-alizing loading of paperpot into the trays automatic and completing the seedling production lineThis device works withpaperpotmaking machine，can fill paperpot with a height of 50mm into the plug tray which specification is 72 holesTherelationship between the paper weight，the difference in diameter between the paperpot and the transport cup and thesuccess rate of blanking is obtained through the loading performance testThe results showed that the success rate is up to9444% and the productivity is up to 3130/h，when the paperpot weight level is high and the radius difference betweenthe paperpot and the transport cup is 3mmKey words:seedling; paperpot; automatic feeding; plug tray; transporting cup·381·2020 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期