【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。 根據(jù)浙江省統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)， 2021 年省蔬菜種植面積分別達(dá) 萬畝 ， 蔬菜單產(chǎn) 1783 公斤。但是， 浙江 省的蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)程度和裝備水平相當(dāng)?shù)?，機(jī)械化作業(yè)程度不足 %，手工嫁接存在作業(yè)率低、嫁接苗成活率不高、出苗不均勻等問題， 與我省的整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與生產(chǎn)力不協(xié) 圖 18 PlugIn嫁接法 蔬菜嫁接機(jī)自動(dòng)輸送裝置的研制 6 調(diào)，嚴(yán)重地制約了我省農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程與社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè) 。所以對(duì)于研究蔬菜嫁接，提高蔬菜自動(dòng)嫁接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，促進(jìn)農(nóng)民增收 不 但需要、而且很迫切。 嫁接機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 國外研究現(xiàn)狀 日本是是世界上最早研制蔬菜嫁接機(jī)的國家，之后韓國也有了相關(guān)的報(bào)道。早在 1986 年，“生物技術(shù)研究推進(jìn)協(xié)會(huì) (BRAIN)”就開始蔬菜嫁接機(jī)器人的開發(fā)研究工作，并相繼研制出了三臺(tái)樣機(jī)。此外，一些私營企業(yè)也進(jìn)行了研究與開發(fā)工作。 日本農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所即現(xiàn)在的“ BioOriented Technology Research Advancement Institution(BRAIN)” ,聯(lián)合農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家進(jìn)行共同研究開發(fā)，研制出的蔬 菜自動(dòng)嫁接機(jī) (如圖 19)已經(jīng)形成商品并開始用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。該機(jī)的效率為 700800 棵 /小時(shí)，作業(yè)精度達(dá)到 90%，其所用的嫁接方法為單子葉切除法。該嫁接機(jī)主要由苗供給部、把持搬運(yùn)部、切斷部、接著部、嫁接苗排出部、運(yùn)動(dòng)控制部等部分構(gòu)成。 Iseki 公司 1993 年首先研制了一臺(tái)黃瓜嫁接機(jī)器人，接著在 1994 年對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，使其成為一個(gè)適用于瓜科植物 (黃瓜、西瓜、甜瓜等 )的嫁接機(jī)器人。這種稱作“ Grafting Komachi”的嫁接機(jī)器人能自動(dòng)進(jìn)行單葉切割和嫁接，只要在規(guī)定的位置上人工供給接穗和砧木，機(jī)器人就 會(huì)平穩(wěn)的切削嫁接面。這種瓜科嫁接機(jī)器人對(duì)嫁接的栽培有嚴(yán)格的技術(shù)要求。 Iseki 公司在其瓜科蔬菜嫁接機(jī)器人的基礎(chǔ)上又開發(fā)了茄科蔬菜嫁接機(jī)器人。這種茄科蔬菜嫁接機(jī)器人基本上與瓜科蔬菜嫁接機(jī)器人一樣，不同的是，瓜科蔬菜嫁接機(jī)器人采用貼接法，而茄科蔬菜嫁接機(jī)器人采用平接法 [15]。 JT(Japan Tobacco Inc.)機(jī)構(gòu)將熱縮管應(yīng)用于蔬菜的機(jī)械嫁接技術(shù)，經(jīng)過多年的努力，研制出了一種蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)，該幾嫁接方法較為復(fù)雜，成功率也不高， 圖 19 BRAIN研制的蔬菜嫁接機(jī) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 僅為 60%，速度也只有幾秒到十幾秒一棵。但這種用熱縮管的嫁接方法有兩個(gè)好處：其一是熱縮管收縮 時(shí)能使砧穗木結(jié)合面處的汁液增加，有利于嫁接苗的成活；其二是由于在嫁接過程中要用 150℃ 250℃ 的熱空氣加熱管子使其收縮，因而有表面消毒、殺菌之效。因而該種嫁接機(jī)在蔬菜的實(shí)際生產(chǎn)中也得到了應(yīng)用 [16]。 Techno Grafting Research Inc,(TGR)致力于嫁接苗的規(guī)模化生產(chǎn)的研究，在對(duì)苗的理想發(fā)芽率、發(fā)芽部位、均勻整齊苗的培養(yǎng)、嫁接苗的培養(yǎng)、管理等方面取得了成果，并推出了自己的自動(dòng)嫁接機(jī)。 TGR 研究的嫁接裝置能同時(shí)嫁接幾棵苗，砧木和穗木的固定使用一種特殊的膠粘劑粘合。 上世紀(jì) 90 年代末，日本大阪府立大學(xué) 開發(fā)研究了“ plugin”嫁接裝置，即用頻率為 0~40 kHz、振幅為 mm 的超聲波振動(dòng)切削裝置將接穗加工成角度為 14176。、長(zhǎng)為 10 mm 的錐形，另一方面用 4500 r min1的錐形鉆頭在砧木上鉆錐形孔，然后把接穗接到砧木上。如圖 110 所示。 圖 110 plugin 方法砧、穗木加工 這種嫁接方法砧木和穗木間的維管束結(jié)合良好，有利于砧木、穗木的水分和養(yǎng)分的輸送，因此成活率高。同時(shí)，砧木與穗木間結(jié)合良好，結(jié)合力大，不需固定。對(duì)西紅柿、茄子、西瓜的嫁接試驗(yàn)表明，該機(jī)嫁接的嫁接苗能快速愈合 且良好生長(zhǎng)，嫁接成功率為 90%。其主要存在的問題是機(jī)械的作業(yè)效率低，僅比手工提高 倍；切屑排除、定位精度、結(jié)合插入力等問題都有待改進(jìn)。 由于看到了市場(chǎng)的前景，一些實(shí)力雄厚的公司如 YANMA、 MITSUBISHI 等也開始研制自己的產(chǎn)品。日本洋馬公司同生研機(jī)構(gòu)協(xié)作， 1993 年開始研制全自動(dòng)式嫁接機(jī)， 1994 年末 AG1000 型全自動(dòng)嫁接機(jī)開始上市銷售。該機(jī)采用了貼接法，嫁接成功率達(dá)到 97%，生產(chǎn)率為 1000 株 /小時(shí)。為降低大型嫁接機(jī)的造價(jià)，蔬菜嫁接機(jī)自動(dòng)輸送裝置的研制 8 洋馬公司于 2021 年推出了體積較小，操作方便的 T600 型半自動(dòng)化瓜科嫁 接機(jī)，該機(jī)采用了套管式接法，生產(chǎn)率可達(dá)到 600 株 /小時(shí)，嫁接成功率為 98%。三菱公司根據(jù)日本全國農(nóng)業(yè)協(xié)同組合聯(lián)合會(huì)的嫁接苗生產(chǎn)模式開發(fā)出 MGM600 型全自動(dòng)嫁接機(jī)，該機(jī)也采用了套管法嫁接，生產(chǎn)率可達(dá) 600 株 /小時(shí)。 1990 年日本TGR 研究所以大規(guī)模育苗生產(chǎn)系統(tǒng)為目標(biāo)研制全自動(dòng)嫁接機(jī)， 1993 年開發(fā)出商品化茄科用 KGM0128 型嫁接機(jī)，可實(shí)現(xiàn)一整盤苗 (816 穴 )同時(shí)嫁接，該機(jī)采用平接法，生產(chǎn)率為 1000 株 /小時(shí)，嫁接成功率達(dá) 97%。日本貴井種苗公司研制的番茄自動(dòng)嫁接裝置采用軸接法進(jìn)行嫁接，連續(xù)作業(yè)時(shí)，每小時(shí)可嫁接 1200 株，是人工的 10 倍。嫁接的精度達(dá) 95%以上，嫁接成活率高于 98%。 上世紀(jì) 90 年代初，韓國也開始研究嫁接機(jī)，開發(fā)出采用靠接法的小型半自動(dòng)式嫁接機(jī)，該機(jī)采用凸輪傳遞動(dòng)力，分別完成砧木夾持、接穗夾持、砧木和接穗切削和對(duì)插 4 個(gè)動(dòng)作，最高生產(chǎn)率為 310 株 /小時(shí)，嫁接成功率為 90%。繼半自動(dòng)式嫁接機(jī)之后，韓國 Idealsystem 公司開發(fā)出針式全自動(dòng)嫁接 機(jī)，該機(jī)采用防回轉(zhuǎn)五角形陶瓷針作為砧木和接穗的固定物，利用穴盤整盤上砧木和接穗苗，生率可達(dá) 1200 株 /小時(shí)，適合茄科蔬菜的嫁接作業(yè)。在歐洲，如意大利、法國、荷蘭等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家，蔬菜的嫁接育苗相當(dāng)普遍，但是類似相關(guān)的機(jī)器至今還沒有報(bào)道。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 近幾年國內(nèi)在嫁接機(jī)器人方面已獲得了突破性的進(jìn)展，在國家 863 計(jì)劃的支持下，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)率先在我國開展了自動(dòng)化嫁接技術(shù)的研究工作，取得了一系列技術(shù)突破和多項(xiàng)研究成果，先后研制成功了自動(dòng)插接法、自動(dòng)旋切貼合法嫁接技術(shù)，并獲得國家發(fā)明專利，填補(bǔ)了我國自動(dòng)化嫁 接技術(shù)領(lǐng)域的空白，形成了具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化嫁接技術(shù)。 2JSZ600 型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)器人于1998 年研制成功 (圖 111)，該機(jī)器人采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，能夠自動(dòng)完成取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接作業(yè)過程 [14]。嫁接速度可達(dá)到 600 株 /小時(shí)，嫁接成功率為 95%，成活率為 92%。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 111 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的蔬菜嫁接機(jī)器人 山東濰坊市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制的 SJZ1 型蔬菜嫁接機(jī) [17]采用靠接（舌接）法，最高工作效率為 310 株 /小時(shí)。該機(jī)由電機(jī)、控制機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、工作部件和機(jī)殼等組成。控制機(jī)構(gòu)是 SJZ1 型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的核 心，它包括控制線路、計(jì)數(shù)器等。該機(jī)可根據(jù)需要連續(xù)或斷續(xù)工作，并有電子顯示記數(shù)功能。其工作原理和外形類似于韓國的自動(dòng)嫁接機(jī)。 由長(zhǎng)春自動(dòng)化技術(shù)有限公司和韓國合作研制的蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)主要用于西瓜、黃瓜和西葫蘆的嫁接，也可用于番茄、茄子的種內(nèi)嫁接。該機(jī)采用的嫁接方法為靠接法，控制系統(tǒng)由單片機(jī)電路構(gòu)成，使用交流 220V電源供電，體積為 200 200 190mm，重量為 公斤 [1]。 蔬菜嫁接機(jī)的推廣前景 自動(dòng)化嫁接技術(shù)的推廣和應(yīng)用取決于以下因素： 有廣泛的市場(chǎng)需求； 有一定的技術(shù)基礎(chǔ)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，日前我國有一定規(guī)模的 設(shè)施農(nóng)業(yè)科技園區(qū)已達(dá)一萬多個(gè)。如在北京地區(qū)，市郊設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的發(fā)展非常迅猛，近兩年在順義、大興、房山、密云等地均新增成群連片的保護(hù)地面積達(dá) 10 多萬畝，形成了種植上的規(guī)?；Ｎ覈狈降貐^(qū) (吉林、遼寧、山東、河北、河南等省 )，西北地區(qū) (寧夏、甘肅、新疆等省區(qū) )也形成了多處大規(guī)模的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地。近年來，溫室大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)向南方發(fā)展的趨勢(shì)，瓜菜嫁接技術(shù)在安徽、浙江、廣西、海南等省得到迅速推廣，種植黃瓜、西瓜、甜瓜、茄子、西紅柿的嫁接技術(shù)已有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，迫切需要實(shí)現(xiàn)嫁接苗的自動(dòng)化生產(chǎn)和提供商品化的嫁接苗供應(yīng) 。蔬菜嫁接機(jī)自動(dòng)輸送裝置的研制 10 目前，我國各地農(nóng)村正在積極調(diào)整種植結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)科技投入，采用先進(jìn)技術(shù)，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，實(shí)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化的意識(shí)大大加強(qiáng)，步伐明顯加快。北京、上海、廣州、沈陽等城市率先建立起工廠化農(nóng)業(yè)高效示范園區(qū)。山東、安徽、浙江、海南等省正在興建嫁接育場(chǎng)。這些大規(guī)模的嫁接育苗場(chǎng)，只有通過高速、高質(zhì)、自動(dòng)化的嫁接機(jī)器人技術(shù)，才能在短時(shí)間內(nèi)完成優(yōu)質(zhì)的商品化嫁接生產(chǎn)。可以說，我國蔬菜、瓜果的生產(chǎn)和設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)具備了大力發(fā)展自動(dòng)嫁接機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)和條件，因此要不失時(shí)機(jī)地抓住機(jī)遇，發(fā)展自動(dòng)化嫁接技術(shù)，形成產(chǎn)業(yè)化， 使高新技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展 [18]。 本課題研究的主要內(nèi)容 研究的主要內(nèi)容 本課題的研究目標(biāo)是在國內(nèi)外現(xiàn)有蔬菜嫁接裝置的基礎(chǔ)上，從提高自動(dòng)化程度和嫁接效率的兩個(gè)方面著手，自行設(shè)計(jì)自動(dòng)送夾裝置和砧木自動(dòng)供苗、砧木自動(dòng)搬運(yùn)的裝置。，以保證嫁接的高速度，提高嫁接機(jī)的全自動(dòng)化。課題研究的主要內(nèi)容如下： 育苗和測(cè)量 ， 了解嫁接苗的特性參數(shù)，為嫁接的機(jī)械設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 對(duì)機(jī)器總體進(jìn)行考慮，安排各個(gè)零件的位置，然后選擇元器件，盡可能降低機(jī)器的成本。 用三維軟件設(shè)計(jì)各個(gè)零部 件，尺寸選擇要適當(dāng)，盡可能減小機(jī)器的體積，方便運(yùn)輸，然后組成裝配件對(duì)機(jī)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。仿真過程中對(duì)機(jī)器參數(shù)進(jìn)行修改，保證機(jī)器的高速度和高嫁接成活率。 出圖加工，組裝成一臺(tái)物理樣機(jī)。 擬解決的主要問題 研究設(shè)計(jì)可靠的自動(dòng)供夾輸送裝置，供夾包括兩個(gè)送夾和推夾兩個(gè)部分，以實(shí)現(xiàn)起可行性 。 以砧木供苗的方式，設(shè)計(jì)砧木自動(dòng)輸送裝置 。 對(duì)各機(jī)構(gòu)的改進(jìn)以達(dá)到嫁接的高速度和高成功率 。 便于操作使用 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 2 章 蔬菜嫁接機(jī) 自動(dòng)送夾裝置 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動(dòng)送夾方式總體方案設(shè)計(jì) 自動(dòng)送夾裝置由供夾結(jié)構(gòu) 和推夾機(jī)構(gòu)兩部分組成，供夾機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)供給夾子的功能，而推夾機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)把位于推夾位置的夾子推出并夾住嫁接的切口處的功能 。 圖 21 自動(dòng)嫁接機(jī)的整體機(jī)圖（貼接法） 設(shè)計(jì)的整體方案如圖所示： 嫁接夾供給方向 嫁接夾調(diào)向喂給機(jī)構(gòu) 裝置 上接穗 接穗切削 砧木切削 上砧木 砧木接穗對(duì)位結(jié)合 砧木輸送臂 接穗輸送臂 上嫁接夾機(jī)構(gòu) 圖 22 井關(guān) GR800 型自動(dòng)嫁接機(jī) 蔬菜嫁接機(jī)自動(dòng)輸送裝置的研制 12 根據(jù)上圖得到貼接嫁接機(jī)的設(shè)計(jì)基本原理簡(jiǎn)圖如下： 圖 23 嫁接機(jī)的整體設(shè)計(jì)圖 本文的要求是對(duì)這整體方案中的送夾裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，而送夾裝置分供夾裝置和推夾裝置，在供夾裝置中采用振動(dòng)輸送，而推夾裝置模仿人手的樣子而采用的三叉機(jī)構(gòu)配合其他各零件而設(shè)計(jì)完成的。 振動(dòng)輸送裝置總體方案的設(shè)計(jì) 在振動(dòng)機(jī)械中 , 主要有兩種振動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式 , 一種為水平振動(dòng)輸送機(jī) ； 另一種為振動(dòng)盤輸送機(jī)。 槽體成水平安裝或微斜安裝 (傾角小于 100 )的振動(dòng)輸送機(jī)稱為水平振動(dòng)輸送機(jī)。這類振動(dòng)輸送機(jī)在我國石化工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用。水