趙春龍 楊傳華 姜慶昌 周海波 薛貝貝

自動取苗移栽機構(gòu)研究現(xiàn)狀及展望

趙春龍 楊傳華 姜慶昌 周海波 薛貝貝

文章具體介紹了旱田自動取苗移栽機的發(fā)展現(xiàn)狀及目前在生產(chǎn)實踐中常用的自動取苗機構(gòu)，深入討論其優(yōu)缺點，同時闡明在農(nóng)業(yè)機械自動化研究中常用軟件及優(yōu)缺點，并且闡述未來移栽機自動取苗機構(gòu)的前景。

育苗移栽技術(shù)對氣候補償作用與提早作物生長發(fā)育具有綜合作用，同時可以提高作物單位產(chǎn)量。國內(nèi)現(xiàn)如今在移栽方面基本以手工移栽和半自動移栽為主，手工移栽勞動強度大、效率低、大面積移栽作業(yè)無法做到保質(zhì)保量完成。半自動移栽雖然減少了一部分勞動者的強度，但是沒有從根本上徹底提高移栽準(zhǔn)確率和效率。因此在國內(nèi)外移栽機發(fā)展方向一直都是全自動移栽，這樣就要求移栽機從取苗到缽苗的輸送到自動載苗再到缽盤自動整理，這一系列動作都要有機的結(jié)合起來、流水線式的完成，這樣對自動取苗提出了很高的要求。國外已經(jīng)有一定數(shù)量的機型投入使用，國內(nèi)還處于研發(fā)階段。

移栽機自動取苗典型機構(gòu)介紹

國外移栽機起步發(fā)展較早，在20世紀(jì)初就已經(jīng)出現(xiàn)了半自動化移栽機，雖然還是人工投苗但是在降低勞動強度、效率提高方面起到了很大的作用。經(jīng)過五十年代、八十年代的發(fā)展，國外移栽及已經(jīng)發(fā)展的很成熟，全自動移栽機已經(jīng)面世。典型的穴盤移栽機如：1993—1995日本聯(lián)合三家公司研制開發(fā)的全自動蔬菜移栽機（如圖一所示）。此機型每次栽植一行，移栽手自動取苗后投給栽植器進行栽植，主要移栽白菜、卷心菜、萵苣等蔬菜，缺點是：栽植率受曲柄帶動機械手動慣性影響，栽植率不高，工作效率不能太高，栽植面積偏小不適合大面積作業(yè)。美國公司Renaldo在2003年開發(fā)的基于空氣整根苗盤的全自動蔬菜移栽機。（如圖二所示）其缽盤需要采用硬質(zhì)材料制作，取苗采用氣流推動力將苗從上面吹出，再由輸送缽苗的管道將其投送到栽植器進行載苗。但缺點是：缽盤造價高、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從而提高了一定的制造成本，而且在取苗過程中容易導(dǎo)致缽體破碎，只適用于幼苗期移栽。在國外農(nóng)業(yè)機械迅速發(fā)的同時國內(nèi)也一直不懈的努力著，同時也取得不錯的成果。2010年新疆石河子大學(xué)研制的穴盤倒置式自動取苗分苗機構(gòu)（如圖三所示），這種裝置結(jié)構(gòu)簡單便于操作，對多種作物具有很強的適應(yīng)性，且可以保證秧苗不受損，同時可以實現(xiàn)連續(xù)高效自動化作業(yè)。2013年南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的曲柄搖桿菜苗移栽機構(gòu)（如圖四所示），此結(jié)構(gòu)簡單只需要一個吊杯，整體結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，機構(gòu)只需要一個原動件驅(qū)動，作業(yè)軌跡路徑較短、效率高，操作維護方便，整體機構(gòu)結(jié)構(gòu)零件都比較簡單，大大降低了加工成本，適合棚內(nèi)及膜上作業(yè)。隨著科技的發(fā)展、農(nóng)藝要求越來越高、氣候不斷的變化、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，對移栽機的發(fā)展提出越來越高的要求。致力于移栽機研發(fā)的科技人員一直不斷的探索研究，為找到更高效、適應(yīng)性更大、能夠廣泛推廣的移栽機而不懈的努力著。

自動取苗機構(gòu)仿真軟件綜合應(yīng)用簡介

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及性能分析中眾多軟件被應(yīng)用，其中包括Pro/Engineer、CAD、SolidWorks、Creo、UG、Adams、ANSYS、PFC3D等。在農(nóng)業(yè)機械中常用的軟件主要是：Pro/Engineer/ SolidWorks、Adams、ANSYS、PFC3D，由于農(nóng)機工作環(huán)境的特殊性和設(shè)計結(jié)構(gòu)的需要以及軟件的普及率特別高，所以使這幾款軟件發(fā)揮了他們強大的優(yōu)勢，其原是機械結(jié)構(gòu)看起來簡單，但由于作業(yè)環(huán)境惡劣，需要對其力學(xué)分析極為復(fù)雜，單個零件分析同樣不容易，首先由proe進行三維造型，然后進行動力學(xué)分析。在仿真中很多模型即有剛體又有柔體。這時我們就要利用Adams與proe的接口文件導(dǎo)入，在其中做剛體與柔體的耦合分析，ANSYS既可以做剛體力學(xué)分析、扭矩分析、抗拉抗壓強度分析、也可以做場強分析以及流體模擬分析，它也是一款功能強大適應(yīng)范圍廣泛的機械設(shè)計必不可少的設(shè)計輔助軟件。研究設(shè)計要求我們更全面化的分析時我們還需要模擬農(nóng)機具在其土壤中的各種性能時我們就要利用PFC3D建模分析各種所需數(shù)據(jù)。這個軟件的輔助作用是將復(fù)雜的田間試驗轉(zhuǎn)換為電腦模擬，使大量的人工測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的過程，為我們設(shè)計提供準(zhǔn)去的參考和起到指引作用。以上這幾款軟件是在農(nóng)機設(shè)計當(dāng)中最為常見的幾種軟件，除此之外還需要一些輔助軟件如數(shù)據(jù)處理、圖像分析、最優(yōu)化問題等等。科技的發(fā)展使設(shè)計更為嚴謹、更為科學(xué)、設(shè)計過程更接近實際工作環(huán)境。

圖1　全自動蔬菜移栽機

圖2　全自動蔬菜移栽機

圖3　穴盤倒置式自動取苗分苗機構(gòu)

圖4　曲柄搖桿菜苗移栽機構(gòu)

未來移栽機自動取苗機構(gòu)的展望

隨著科技的發(fā)展自動化程度的提高，移栽技術(shù)已經(jīng)從半自動化向全自動化轉(zhuǎn)變，根據(jù)事物發(fā)展的規(guī)律以及triz理論在機械設(shè)計方面的應(yīng)用。理論革新將會是一次更大的變革。加之正在興起的仿生學(xué)理論在機械設(shè)計中的應(yīng)用，更是給機械設(shè)計增添了無限生機和更為廣闊的天地。今后移栽將會從自動化轉(zhuǎn)向智能化、人性化、全方位的自動信息智能化，并且將會進發(fā)展到一個全新農(nóng)機領(lǐng)域階段。同時也將會有更大的跨學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，從而使農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)成本更低、操作更簡單、應(yīng)用范圍更為廣泛。面對國內(nèi)移栽機起步晚于發(fā)達國家，仍處在落后階段，雖然在這方面也取得了些許驕人的成果，但是是否能趕超發(fā)達國家還需要進一步完善和實際驗證。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.045