陳林濤 馬 旭 李澤華 李宏偉 郭林杰 陳 濤

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 廣州 510642； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與信息學(xué)院， 廣州 510642)

0 引言

隨著中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，水稻育秧逐步向工廠化育秧中心發(fā)展[1-4]。水稻工廠化育秧中心采用集秧盤自動(dòng)供送、鋪床土、淋灑水、精密播種、覆表土、壓實(shí)、自動(dòng)疊盤等作業(yè)工序?yàn)橐惑w的高效自動(dòng)化精密播種育秧生產(chǎn)線進(jìn)行育秧作業(yè)，可見秧盤是播種育秧生產(chǎn)線中必不可少的專用工具，發(fā)揮著重要作用[5]。然而，秧盤因長(zhǎng)期使用或運(yùn)輸不當(dāng)?shù)仍蛞壮霈F(xiàn)形變，影響了工廠化自動(dòng)育秧生產(chǎn)線的作業(yè)性能。馬旭等[6-7]研究表明，高效自動(dòng)化精密播種育秧生產(chǎn)線在自動(dòng)供盤與疊盤作業(yè)時(shí)，當(dāng)秧盤出現(xiàn)不同程度形變后，供盤成功率、疊盤成功率及種子外露率等技術(shù)指標(biāo)會(huì)受到較大影響，引起生產(chǎn)線自動(dòng)化作業(yè)失準(zhǔn)或失效，嚴(yán)重影響育秧質(zhì)量，并降低了生產(chǎn)率。因此，分析水稻秧盤形變并進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，對(duì)提高育秧生產(chǎn)線作業(yè)可靠性具有重要意義。

美國(guó)和歐洲等國(guó)家研發(fā)了Marksman、Hamilton等作業(yè)質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高的育秧生產(chǎn)線；日本設(shè)計(jì)了多種含自動(dòng)供盤和疊盤裝置的成套水稻工廠化育秧生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)，江蘇云馬農(nóng)機(jī)制造有限公司、臺(tái)灣亦祥企業(yè)有限公司、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所和浙江理工大學(xué)等多家單位研制了全自動(dòng)育秧生產(chǎn)線[8-18]，以上生產(chǎn)線的生產(chǎn)率略有不同，但作業(yè)時(shí)對(duì)秧盤的選用、新舊秧盤適用性方面均有一定的技術(shù)指標(biāo)要求。對(duì)于自動(dòng)供盤與疊盤工序，大多數(shù)生產(chǎn)線利用秧盤觸發(fā)傳感器，產(chǎn)生電平信號(hào)控制供、疊盤裝置上的夾持或抬放盤部件運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)秧盤的有效夾持、抬升與落放，完成自動(dòng)化作業(yè)。若盤底或翻邊護(hù)沿處加強(qiáng)筋條受損、斷破過(guò)多、秧盤彎曲嚴(yán)重，則無(wú)法完成準(zhǔn)確觸發(fā)、有效作業(yè)。此外，扭翹嚴(yán)重的秧盤不能順利通過(guò)輸送帶，鋪(刮)土或播種作業(yè)易失效。斷破處數(shù)量多、裂縫距離過(guò)大的秧盤會(huì)產(chǎn)生種土外撒、漏水等問(wèn)題，最終導(dǎo)致工廠化自動(dòng)育秧作業(yè)中斷，浪費(fèi)種子、育秧土和人工等問(wèn)題。目前針對(duì)秧盤形變情況主要采用感官評(píng)定法，即在實(shí)際育秧時(shí)操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)形變秧盤進(jìn)行預(yù)判，對(duì)形變嚴(yán)重的秧盤進(jìn)行剔除，該法僅能粗略評(píng)價(jià)秧盤形變等級(jí)。若形變秧盤剔除過(guò)多，育秧成本也將提高。隨著育秧作業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們希望能對(duì)秧盤的質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，剔除不合格的秧盤，以滿足生產(chǎn)實(shí)際需要。為此，需要建立秧盤形變的測(cè)度和等級(jí)評(píng)價(jià)方法，為實(shí)現(xiàn)秧盤自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)、剔除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)故障自動(dòng)診斷技術(shù)等提供理論支撐。因此，研究水稻秧盤形變測(cè)度方法并對(duì)其進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)具有重要意義。

針對(duì)水稻秧盤形變問(wèn)題，從提高精密播種育秧生產(chǎn)線可靠性出發(fā)，以形變毯狀硬秧盤為研究對(duì)象，提出一種形變測(cè)度方法，并定義形變參數(shù)指標(biāo)，據(jù)此將形變秧盤劃分為輕度、中度、中重度和重度形變秧盤4種等級(jí)，并編制其適用準(zhǔn)則。為驗(yàn)證形變秧盤等級(jí)評(píng)價(jià)的科學(xué)性，進(jìn)行不同形變秧盤的育秧性能試驗(yàn)，旨在為形變秧盤等級(jí)評(píng)價(jià)研究提供一種直觀形象、簡(jiǎn)單易操作的方法，同時(shí)為后續(xù)對(duì)變形秧盤自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)與剔除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)故障自診斷技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)。

1 水稻秧盤與形變影響分析

1.1 水稻秧盤研究應(yīng)用現(xiàn)狀

為適應(yīng)水稻機(jī)械化栽插，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的育秧方式均采用秧盤育秧[19-24]。依據(jù)秧盤的材質(zhì)不同，可分為軟盤育秧和硬盤育秧；依據(jù)秧苗的外觀形狀不同，可分為毯狀苗育秧、缽體苗育秧和缽體毯狀苗育秧。圖1為常見的6種機(jī)插育秧秧盤。

圖1 機(jī)插育秧秧盤Fig.1 Seedling trays for rice transplanting with machine

為適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，秧盤內(nèi)部規(guī)格通常是固定的，如軟秧盤的內(nèi)部尺寸為580 mm×280 mm×25 mm，和硬質(zhì)秧盤內(nèi)部尺寸一致。缽體盤的型號(hào)相對(duì)較多，有406孔、434孔和561孔等。這些秧盤育成的秧苗有3種類型，即毯狀苗、缽體毯狀苗和缽體苗(圖2)。

圖2 機(jī)插秧苗Fig.2 Rice seeding for transplanting with machine

為滿足水稻工廠化秧盤育秧生產(chǎn)線自動(dòng)化要求，通常硬質(zhì)秧盤可直接進(jìn)行自動(dòng)供盤與疊盤作業(yè)，而軟塑秧盤需配套硬質(zhì)托盤(也稱復(fù)合托盤)才可完成機(jī)械自動(dòng)化。毯狀硬秧盤(圖3)主要由盤底、護(hù)沿、翻邊、加強(qiáng)筋條等構(gòu)成，長(zhǎng)×寬×高為600 mm×300 mm×30 mm。毯狀硬秧盤采用聚丙烯材料制造，護(hù)沿上有向外的翻邊，并布置有若干筋條，秧盤通過(guò)嵌套配合進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供疊盤。

圖3 毯狀硬秧盤Fig.3 Hard tray of blanket seedlings1.護(hù)沿 2.加強(qiáng)筋 3.盤底 4.翻邊

圖4 軟秧盤復(fù)合托盤Fig.4 Soft plastic tray composite trays

國(guó)內(nèi)從經(jīng)濟(jì)性和輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)原則出發(fā)，越來(lái)越多地使用軟秧盤育秧。由于軟秧盤盤體弱，需配套硬質(zhì)托盤才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)前使用一種可嵌合層疊的、抽取軟秧盤便捷的復(fù)合托盤(圖4)，長(zhǎng)(L)×寬(W)×高(H)為600 mm×300 mm×30 mm。軟秧盤復(fù)合托盤采用PVC材料壓制成型，外形尺寸與硬秧盤一致，能實(shí)現(xiàn)軟硬秧盤通用化自動(dòng)供疊盤作業(yè)。

1.2 水稻秧盤形變影響分析

形變秧盤影響高效工廠化自動(dòng)育秧生產(chǎn)線作業(yè)性能，在自動(dòng)供盤、自動(dòng)輸送和自動(dòng)疊盤環(huán)節(jié)，對(duì)秧盤的分級(jí)選用、新舊秧盤適用性有較高的技術(shù)要求。本節(jié)基于目前國(guó)內(nèi)外研制的一些育秧生產(chǎn)線在自動(dòng)供盤與疊盤時(shí)的作業(yè)原理，詳細(xì)探究秧盤形變對(duì)高效工廠化自動(dòng)育秧生產(chǎn)線的具體影響。

國(guó)外，日清、三菱等株式會(huì)社設(shè)計(jì)有螺旋式、導(dǎo)桿式和擺臂式等自動(dòng)供盤裝置，久保田公司研制了S-ST系列自動(dòng)疊盤裝置，洋馬公司研制了YAS系列自動(dòng)疊盤裝置，上述裝置作業(yè)時(shí)，利用傳感器檢測(cè)秧盤，并利用抬放盤部件實(shí)現(xiàn)秧盤升落與下放，完成秧盤自動(dòng)供盤或疊盤[11-15]。國(guó)內(nèi)，馬旭等[7]設(shè)計(jì)了一種電控式軟硬秧盤自動(dòng)供盤裝置(軟秧盤作業(yè)需配套托盤)，由接近開關(guān)檢測(cè)等待供送的層疊秧盤，控制秧盤供送裝置上的舵機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)層疊秧盤的自動(dòng)升落與供送；周海波[8]研制了雙層秧盤供送機(jī)構(gòu)，利用前進(jìn)秧盤擠壓行程開關(guān)產(chǎn)生電平信號(hào)，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)支撐氣缸的活塞桿托板進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)秧盤自動(dòng)下落供送；南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所[16]提出了一種與盤育苗播種裝備配套使用的自動(dòng)供盤器，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行間歇性自動(dòng)供給秧盤；譚永炘[9]設(shè)計(jì)了一種秧盤自動(dòng)疊放的裝置，以PLC為控制核心，由接近開關(guān)檢測(cè)待疊秧盤，控制秧盤升降機(jī)構(gòu)升降秧盤來(lái)實(shí)現(xiàn)秧盤的自動(dòng)疊放；臺(tái)灣亦祥企業(yè)有限公司研制的自動(dòng)疊盤裝置，利用氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制夾持秧盤翻邊邊緣，進(jìn)行自動(dòng)疊盤；浙江理工大學(xué)[17-18]研制的撥輪式秧盤疊盤機(jī)，利用前后撥輪上邊軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)疊盤。

綜上，現(xiàn)有的高效工廠化自動(dòng)育秧生產(chǎn)線大都使用硬秧盤作業(yè)，為實(shí)現(xiàn)秧盤自動(dòng)供盤、自動(dòng)輸送和自動(dòng)疊盤，秧盤檢測(cè)通常是經(jīng)盤底加強(qiáng)筋條觸發(fā)傳感器，完成有效檢測(cè)作業(yè)，若秧盤變形嚴(yán)重，盤底加強(qiáng)筋條受損、斷破過(guò)多，易造成秧盤“漏檢測(cè)”；若秧盤翻邊或邊緣斷裂過(guò)多，抬放盤部件無(wú)法完成對(duì)秧盤的有效夾持與抬放，將嚴(yán)重影響自動(dòng)供疊盤作業(yè)性能。此外，若秧盤長(zhǎng)期使用存在破裂，完成了鋪床土、淋水與播種工序的秧盤，因整體質(zhì)量加大，會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，更易導(dǎo)致秧盤裂口進(jìn)一步增大，引起秧盤漏水、種土外撒，還影響表土壓實(shí)作業(yè)。秧盤彎曲變形后，易造成秧盤在作業(yè)或輸送時(shí)的限位與掃(刮)土失效；若秧盤扭翹嚴(yán)重，在秧盤自動(dòng)輸送時(shí)，將無(wú)法順利通過(guò)輸送帶。若軟秧盤復(fù)合托盤形變嚴(yán)重，軟秧盤則無(wú)法嵌放入托盤內(nèi)，托盤本身層疊性能效果也會(huì)變差。

2 形變測(cè)度方法與等級(jí)評(píng)價(jià)

基于秧盤形變對(duì)播種育秧生產(chǎn)線可靠性的影響分析，本文以形變毯狀硬秧盤為研究對(duì)象，提出一種形變測(cè)度方法，定義破裂長(zhǎng)度、扭翹度和彎曲變形度3個(gè)形變參數(shù)指標(biāo)，用于表征秧盤形變程度。據(jù)此將形變秧盤劃分成輕度、中度、中重度和重度形變4種等級(jí)，并編制其適用準(zhǔn)則。

2.1 形變參數(shù)指標(biāo)及測(cè)度方法

(1)秧盤破裂

秧盤破裂是指盤底破裂或關(guān)鍵部位斷破的一種變形。破裂程度通過(guò)破裂長(zhǎng)度進(jìn)行特征表征。測(cè)度破裂長(zhǎng)度，需重點(diǎn)判別盤底或邊緣是否有裂縫，獲取全部裂縫后，對(duì)其斷破軌跡進(jìn)行求和處理。將秧盤放置于水平基準(zhǔn)面上，找出底面或關(guān)鍵部位中出現(xiàn)嚴(yán)重破裂的區(qū)域，利用細(xì)軟線沿著各個(gè)斷破軌跡處進(jìn)行長(zhǎng)度考量，用鋼尺測(cè)出細(xì)軟線拉直后的距離，將各距離求和，即破裂長(zhǎng)度P。

如圖5所示，秧盤ABCD盤底面有3處出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)嗥疲簒、y、z。將秧盤ABCD放置于水平基準(zhǔn)面上，獲取裂縫x、y、z，分別沿著裂縫軌跡進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)定，然后測(cè)出3個(gè)長(zhǎng)度標(biāo)定的具體距離后求和，得出破裂長(zhǎng)度P。

圖5 秧盤破裂Fig.5 Rupture of seedling trays

(2)秧盤扭翹

秧盤扭翹是指當(dāng)秧盤發(fā)生扭翹形變后，人工掰直、修正后無(wú)效，具體是指盤底角遠(yuǎn)離水平基準(zhǔn)面的變形。秧盤盤底4個(gè)角不在同一個(gè)水平基準(zhǔn)面上，可能是有任意其中3個(gè)角在同一平面上，而另1個(gè)角形成翹起的狀態(tài)，即秧盤的角翹起。秧盤扭翹程度通過(guò)秧盤扭翹度Q進(jìn)行特征表征。

如圖6所示，將秧盤放置于水平基準(zhǔn)面上，由于扭翹，秧盤中有3個(gè)角與水平基準(zhǔn)面接觸，用足夠的力壓住3個(gè)角后，最后1個(gè)角為懸空角，用鋼尺測(cè)出翹起角到水平基準(zhǔn)面的垂直距離Q1，與上述測(cè)法類似，更換與水平基準(zhǔn)面接觸的3個(gè)角，依次測(cè)出其它翹起角到水平基準(zhǔn)面的垂直距離Q2、Q3、Q4，扭翹度Q計(jì)算公式為

Q=max(Q1,Q2,Q3,Q4)

(1)

Q1、Q2、Q3、Q4——不同翹起角到水平基準(zhǔn)面的垂直距離，mm

圖6 秧盤扭翹Fig.6 Distortion of seedling trays

(3)秧盤彎曲

彎曲變形是指秧盤變形后在寬度方向上的長(zhǎng)度與標(biāo)準(zhǔn)秧盤寬度不相等的一種變形。秧盤彎曲變形后，即由原來(lái)的規(guī)則形狀變?yōu)椴灰?guī)則形狀，具體有2種表現(xiàn)形式：擴(kuò)寬彎曲變形和收縮彎曲變形。當(dāng)秧盤在寬度方向上的距離大于標(biāo)準(zhǔn)秧盤寬度標(biāo)定值，屬于擴(kuò)寬彎曲變形；當(dāng)秧盤在寬度方向上的距離小于標(biāo)準(zhǔn)秧盤寬度標(biāo)定值時(shí)，屬于收縮彎曲變形。秧盤彎曲通過(guò)秧盤彎曲變形度B進(jìn)行特征表征。

如圖7所示，測(cè)量一個(gè)底部擁有4個(gè)角的秧盤ABCD的彎曲變形度。將秧盤ABCD放置于水平基準(zhǔn)面上；秧盤彎曲變形后，即由原來(lái)的規(guī)則形狀A(yù)BCD(實(shí)線部分表示的秧盤圖形)變?yōu)椴灰?guī)則變形形狀A(yù)1B1C1D1(虛線部分表示的秧盤圖形)。測(cè)出變形后的秧盤A1B1C1D1在寬度方向上的最大寬度Lmax(擴(kuò)寬彎曲變形)與最小寬度Lmin(收縮彎曲變形)，將Lmax和Lmin分別與標(biāo)準(zhǔn)秧盤寬度L0作比較，確定秧盤彎曲變形度

(2)

式中B——彎曲變形度，%

L0——標(biāo)準(zhǔn)秧盤寬度，取285 mm

圖7 秧盤收縮彎曲Fig.7 Shrink of seedling trays

制定一種判別秧盤是否存在形變的方法：檢測(cè)秧盤扭翹度、彎曲變形度、破裂長(zhǎng)度，若扭翹度、彎曲變形度和破裂長(zhǎng)度中至少有一個(gè)大于零，則該秧盤存在形變。

2.2 形變秧盤等級(jí)評(píng)價(jià)

秧盤分為無(wú)形變與形變2大類。秧盤形變是多種變形產(chǎn)生的一種綜合結(jié)果，即秧盤可能存在單一或多種形變?；谛巫儏?shù)指標(biāo)與形變檢測(cè)方法，依據(jù)多次育秧試驗(yàn)研究與工程經(jīng)驗(yàn)，界定出秧盤形變等級(jí)，如表1所示。將形變秧盤分為輕度形變秧盤、中度形變秧盤、中重度形變秧盤和重度形變秧盤，形變秧盤實(shí)物如圖8所示。

3.發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，做強(qiáng)外部市場(chǎng)。要對(duì)模板臺(tái)車、防水板鋪設(shè)臺(tái)車、管棚鉆機(jī)、挖裝機(jī)等產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)真分析，篩選具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的專業(yè)化產(chǎn)品，通過(guò)自主經(jīng)營(yíng)和代理銷售等營(yíng)銷手段，積極參與外部市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，擴(kuò)大外部市場(chǎng)占有率；要利用鋼結(jié)構(gòu)施工一級(jí)資質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)與集團(tuán)公司內(nèi)部施工單位的合作經(jīng)營(yíng)，拓展外部市場(chǎng)。

按上述規(guī)范對(duì)秧盤準(zhǔn)確定級(jí)后，規(guī)范其適用準(zhǔn)則：

(1)輕度與中度形變秧盤均屬小變形。對(duì)于輕度形變的秧盤，可繼續(xù)使用。對(duì)于中度形變秧盤，若翻邊或盤底存在稍大斷破，作業(yè)時(shí)應(yīng)予剔除。

表1 形變秧盤等級(jí)規(guī)范Tab.1 Level specification of tray deformation

注：形變秧盤有多種變形時(shí)，評(píng)定等級(jí)取指標(biāo)高的形變參數(shù)所對(duì)應(yīng)的等級(jí)。

圖8 形變秧盤實(shí)物圖Fig.8 Physical maps of deformed trays

(2)對(duì)于中重度形變的秧盤，變形量較大，作業(yè)時(shí)應(yīng)選擇剔除。若秧盤關(guān)鍵區(qū)域處遍布多條斷破裂縫、破裂長(zhǎng)度較大，盤底加強(qiáng)筋條破損嚴(yán)重的形變秧盤則直接剔除。

(3)對(duì)于重度形變的秧盤，作業(yè)時(shí)直接剔除，否則會(huì)導(dǎo)致工廠化自動(dòng)育秧作業(yè)中斷，浪費(fèi)種子、育秧土和人工等。

3 試驗(yàn)

為了驗(yàn)證形變秧盤等級(jí)評(píng)價(jià)的科學(xué)性，以供盤成功率、疊盤成功率和種子外露率作為試驗(yàn)驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用2SJB-500型水稻精密播種育秧生產(chǎn)線進(jìn)行不同形變秧盤的育秧性能試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)平臺(tái)及主要技術(shù)參數(shù)

圖9 2SJB-500型水稻精密播種育秧生產(chǎn)線Fig.9 Precision seeding planter on rice factory seedling nursing with 2SJB-500

2SJB-500型水稻精密播種育秧生產(chǎn)線(含自動(dòng)供盤與疊盤裝置)如圖9所示，主要技術(shù)參數(shù)見表2。該生產(chǎn)線適用于不同水稻品種、不同規(guī)格軟(硬)秧盤(缽體盤、缽體毯狀盤、毯狀盤)的工廠化秧盤育秧精密播種作業(yè)。該生產(chǎn)線可一次性完成自動(dòng)供盤、鋪床土、壓(刮)床土、淋灑水、精密播種(撒、條和穴播)、覆表土、壓盤、清掃、自動(dòng)疊盤等多項(xiàng)作業(yè)工序。

試驗(yàn)前對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行檢定，校準(zhǔn)。接通電源開關(guān)，調(diào)整控制箱中的電動(dòng)機(jī)變頻器旋鈕，加入種子和土壤；鋪掃土等裝置調(diào)至正常工作狀態(tài)，在正常的排種壓強(qiáng)條件下進(jìn)行精密播種；對(duì)于自動(dòng)供盤與自動(dòng)疊盤裝置，啟動(dòng)前調(diào)整氣閥進(jìn)氣量，接通電源，調(diào)整生產(chǎn)率；將形變秧盤放入試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行育秧試驗(yàn)。

表2 主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2.1試驗(yàn)材料

收集一批使用過(guò)的形變毯狀硬秧盤，按照上述等級(jí)評(píng)價(jià)規(guī)范，篩選出符合上述指標(biāo)量的4類形變秧盤(不含無(wú)形變類型的秧盤)各60個(gè)，這60個(gè)秧盤中，單一形變、含2種形變和3種形變同存的秧盤分別20個(gè)，共計(jì)240個(gè)形變秧盤。試驗(yàn)地點(diǎn)為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)配套使用土壤為稻田沙壤土(粉碎處理后經(jīng)3目篩網(wǎng)篩選，含水率14%～20%)，催芽稻種(培雜泰豐雜交稻，芽長(zhǎng)小于等于2 mm，含水率達(dá)到24%左右[25-27])，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖10所示。

圖10 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.10 Test on precision seeding planter on rice factory seedling nursing with 2SJB-500

3.2.2驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)選定

2SJB-500型水稻精密播種育秧生產(chǎn)線的自動(dòng)供盤與疊盤環(huán)節(jié)，作業(yè)時(shí)均需對(duì)秧盤進(jìn)行準(zhǔn)確限位、觸發(fā)檢測(cè)、有效夾持或抬升邊緣翻邊，才可完成自動(dòng)化作業(yè)。尤其在疊盤環(huán)節(jié)，對(duì)秧盤的新舊、形變等級(jí)有更高的指標(biāo)要求。一般而言，若能達(dá)到自動(dòng)疊盤技術(shù)指標(biāo)的秧盤，可滿足自動(dòng)供盤、自動(dòng)輸送等前工序的機(jī)械化操作。綜合考慮，試驗(yàn)選取供盤成功率、疊盤成功率和種子外露率3個(gè)技術(shù)指標(biāo)作為驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)。

供盤成功率、疊盤成功率和種子外露率3個(gè)指標(biāo)定義如下：供盤成功率是指供盤成功數(shù)與總供盤數(shù)的百分比；疊盤成功率是指疊盤成功數(shù)與總疊盤數(shù)的百分比；種子外露率是指選取區(qū)域(預(yù)試驗(yàn)得知，土壤外露主要發(fā)生在頂層秧盤前端和后端邊緣區(qū)域；因此分別選取秧盤前、后3排統(tǒng)計(jì)種子外露)的種子外露穴數(shù)與總穴數(shù)的百分比。

3.2.3試驗(yàn)安排

水稻秧盤育秧生產(chǎn)線的生產(chǎn)率一般為400～800盤/h。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)，將生產(chǎn)率調(diào)至400、600、800盤/h 3個(gè)水平進(jìn)行精密播種育秧；自動(dòng)供盤裝置設(shè)定每次供送10個(gè)層疊的形變秧盤(每種形變秧盤共6次作業(yè))；自動(dòng)疊盤裝置設(shè)定疊盤數(shù)目為3盤/次(每種形變秧盤共20次作業(yè))；按照輕度、中度、中重度、重度形變秧盤的順序進(jìn)行試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)10次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出不同形變秧盤的供盤成功率、疊盤成功率、種子外露率。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

4類形變秧盤的試驗(yàn)結(jié)果見表3，供盤成功率、疊盤成功率及種子外露率的變化趨勢(shì)如圖11～13。

表3 試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results

圖11 供盤成功率變化曲線Fig.11 Changing curves of feeding success rate of deformation trays

圖12 疊盤成功率變化曲線Fig.12 Changing curves of stacking success rate of deformation trays

圖13 種子外露率變化曲線Fig.13 Changing curves of seed exposed rate of deformation trays

(1)對(duì)于輕度與中度形變秧盤，當(dāng)生產(chǎn)率為400～800 盤/h，2種形變秧盤供盤成功率大于等于96%，疊盤成功率大于等于94%，種子外露率小于5%，滿足工廠化自動(dòng)精密育秧生產(chǎn)線作業(yè)的技術(shù)要求。2類秧盤均屬小變形。對(duì)于輕度形變秧盤，可繼續(xù)使用；對(duì)于翻邊存有稍大斷破、盤底有較大裂縫的中度形變秧盤在自動(dòng)供盤與疊盤作業(yè)時(shí)，抬放秧盤可靠性有所下降，存在供盤不順、土壤外撒、夾持失準(zhǔn)等問(wèn)題。

(2)對(duì)于中重度形變秧盤，當(dāng)生產(chǎn)率為400～800 盤/h，供盤成功率與疊盤成功率有明顯的下降趨勢(shì)，種子外露率有明顯的上升趨勢(shì)。當(dāng)生產(chǎn)率等于800盤/h，供盤成功率小于90%，疊盤成功率小于85%，種子外露率大于7%，該種形變秧盤雖可實(shí)現(xiàn)疊盤，但疊好的秧盤錯(cuò)位偏差距離大；扭翹較重、翻邊破損多的秧盤在供盤時(shí)甚至出現(xiàn)無(wú)法抬盤現(xiàn)

象，盤底有較大裂縫的秧盤作業(yè)時(shí)，土壤外撒嚴(yán)重。

(3)對(duì)于重度形變秧盤，隨生產(chǎn)率遞增，供盤成功率與疊盤成功率呈下降趨勢(shì)，小于等于85%，種子外露率呈明顯增加趨勢(shì)，大于7%。自動(dòng)供盤時(shí)存在嚴(yán)重卡盤現(xiàn)象，無(wú)法供盤；自動(dòng)疊盤后的秧盤錯(cuò)位偏差距離遠(yuǎn)超過(guò)5 cm、前后幾乎不對(duì)齊；土壤外撒、漏土現(xiàn)象很嚴(yán)重；扭翹嚴(yán)重的秧盤不能順利通過(guò)輸送帶，導(dǎo)致工廠化育秧操作失敗。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)水稻秧盤形變問(wèn)題，提出了一種形變測(cè)度技術(shù)，定義了形變參數(shù)指標(biāo)，據(jù)此將形變秧盤進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，并編制其適用準(zhǔn)則。秧盤因長(zhǎng)期使用或運(yùn)輸不當(dāng)?shù)仍虺霈F(xiàn)形變，影響工廠化育秧生產(chǎn)線的作業(yè)性能，以形變毯狀硬秧盤為研究對(duì)象，提出一種形變測(cè)度方法，定義了破裂長(zhǎng)度、扭翹度和彎曲變形度3個(gè)形變參數(shù)指標(biāo)，據(jù)此將形變秧盤劃分為輕度、中度、中重度和重度形變秧盤4種等級(jí)，并規(guī)范其適用準(zhǔn)則。

(2)為驗(yàn)證形變秧盤等級(jí)評(píng)價(jià)的科學(xué)性，進(jìn)行了不同形變等級(jí)秧盤的育秧性能試驗(yàn)。以供盤成功率、疊盤成功率和種子外露率作為驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用2SJB-500型水稻精密播種育秧生產(chǎn)線進(jìn)行了不同形變等級(jí)秧盤的生產(chǎn)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：對(duì)于4類形變秧盤，輕度形變與中度形變秧盤均屬小變形。對(duì)于輕度形變秧盤，可繼續(xù)使用；對(duì)于中度形變秧盤，翻邊或盤底若存在較大斷破跡象，作業(yè)時(shí)應(yīng)適當(dāng)剔除，可用于生產(chǎn)率低的育秧生產(chǎn)線。對(duì)于中重度形變秧盤，形變參數(shù)較大，作業(yè)時(shí)應(yīng)予剔除，邊緣斷破過(guò)多、盤底裂縫較大、扭翹嚴(yán)重的秧盤應(yīng)直接剔除。對(duì)于重度形變秧盤，作業(yè)時(shí)直接剔除。

(3)本研究提出的形變測(cè)度技術(shù)簡(jiǎn)便且易操作，能直觀、形象地評(píng)價(jià)秧盤形變等級(jí)。

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