遼寧省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中心

□ 葉秋楠

甜瓜自動嫁接機總體結(jié)構(gòu)是一個機電一體化開環(huán)系統(tǒng)，由可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)及驅(qū)動器、執(zhí)行元件（氣缸、步進電機等）和機械系統(tǒng)三部分構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 甜瓜自動嫁接機結(jié)構(gòu)

其中，機械系統(tǒng)包括砧木及接穗切削裝置、嫁接夾振動送夾及推夾裝置兩大部分，其結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖2 所示。

圖2 甜瓜自動嫁接機機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

一、砧木及接穗切削裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

甜瓜嫁接機砧木及接穗切削裝置是嫁接機的核心部件，主要包括上苗機構(gòu)、砧木及接穗取苗搬運機構(gòu)、切削機構(gòu)等，如圖3 所示。嫁接機分別設(shè)計了砧木及接穗兩個切削裝置，主要執(zhí)行機構(gòu)為氣爪，用來完成砧木和接穗的抓取搬運工作，氣爪的伸縮由直線氣缸控制，氣爪安裝在砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運直線伸縮氣缸的末端，直線伸縮氣缸轉(zhuǎn)動由步進電機控制。

圖3 砧木和接穗切削裝置結(jié)構(gòu)示意圖

其工作過程是：在操作臺兩側(cè)分別設(shè)置相應(yīng)上苗機構(gòu)，此時砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運裝置直線伸縮氣缸伸出，其末端的氣爪張開，準備夾苗，當分別抓好砧木和接穗苗之后，搬運裝置在砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運裝置各自步進電機控制之下按要求的方向分別旋轉(zhuǎn)90°至各自的切削工位，砧木和接穗切削機構(gòu)完成切削，然后砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運裝置繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°至砧木和接穗對接工位，此時嫁接夾振動輸送和推夾裝置推出嫁接夾，完成一次對接過程，然后砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運裝置直線氣缸縮回，并返回起點進行下一次取苗。砧木和接穗切削裝置的工作流程如圖4 所示。

圖4 砧木和接穗切削裝置的工作流程圖

二、振動送夾及推夾裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

嫁接機機械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)除砧木及接穗切削裝置外，還包括嫁接夾振動排序送夾及推夾裝置，其結(jié)構(gòu)包括圓盤振動排序送夾裝置和直線振動送夾裝置及推夾裝置組成。首先由圓盤振動排序送夾裝置對夾子進行排序并經(jīng)端口輸送至直線振動送夾裝置，然后送給推夾裝置完成供夾動作。

1.振動排序送夾裝置結(jié)構(gòu)

振動排序送夾裝置主要由圓形筒狀料斗、定向篩選機構(gòu)、頂盤、電磁激振器、支撐板彈簧、重盤和底座減震器等基本結(jié)構(gòu)組成。電磁激振器是電磁鐵和銜鐵的總稱，它將電能轉(zhuǎn)換為機械振動能，作為裝置的動力源，通常安裝在料斗底部的中心處。重盤是固定電磁鐵和板彈簧的基礎(chǔ)零件，也是影響下部可動部分的主要零件，其外徑通常略小于料斗外徑。減震器位于重盤底部，由4 個圓柱型的橡膠減振支座構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

2.傾斜直線振動送夾裝置設(shè)計

傾斜直線振動送夾裝置主要用于對圓盤振動排序裝置供夾提供一個緩沖，當直線振動送夾裝置中的嫁接夾數(shù)量滿足下一個嫁接動作時，關(guān)閉圓盤振動排序送夾裝置，停止供夾動作。當直線送夾裝置中的嫁接夾數(shù)量不足時，開啟圓盤振動排序裝置，繼續(xù)對直線送夾裝置供夾。這樣可以減少振動盤的工作時間，提高振動盤的工作可靠性，延長動振動盤的工作壽命，同時也降低工作環(huán)境的噪聲。

傾斜直線振動送夾裝置（圖6）由送夾滑道機構(gòu)、電磁振動機構(gòu)及控制單元構(gòu)成。為了讓嫁接夾能順利在滑道內(nèi)滑動，并且不擺動，根據(jù)嫁接夾的結(jié)構(gòu)尺寸，滑道內(nèi)應(yīng)有滑槽。設(shè)計滑道的深度為2mm，寬度為10mm。嫁接夾設(shè)計為頭部在滑道的滑槽中滑動，避免了夾子的左右擺動。同時為了避免夾子滑動過程中出現(xiàn)跳動，滑道上部設(shè)計左右對稱的蓋板，滑槽設(shè)計深度為11mm。為了保證滑道中有足夠多的夾子提供給推夾機構(gòu)，設(shè)計滑道總長為400mm。送夾滑道機構(gòu)還包括滑道壓蓋，以免夾子偏離滑道方向。

工作時，電磁鐵中通有經(jīng)半波整流后的50Hz 的交流電，鐵芯線圈產(chǎn)生的脈動電磁力使振動盤振動，從而使振動盤內(nèi)的嫁接夾在自身重力、摩擦力和慣性力的共同作用下沿著傾斜直線振動送夾裝置順序、均勻地向下輸送，通過推頭推動進入推夾裝置。

3.推夾裝置設(shè)計

推夾裝置由推夾機構(gòu)、推頭構(gòu)成。推夾機構(gòu)是推夾裝置的關(guān)鍵部件，嫁接夾在張開過程中，當其頭部兩外側(cè)相互平行時，嫁接夾被打開。根據(jù)夾子張開時所測的平均寬度，設(shè)計推夾機構(gòu)內(nèi)壁的寬度為8mm。由于嫁接夾設(shè)有使夾子保持合攏的彈性鋼圈，推夾時為了鋼圈順利滑動，在推夾機構(gòu)內(nèi)壁設(shè)計了凹槽。根據(jù)夾子形狀，又設(shè)計了特殊的推頭結(jié)構(gòu)，由氣缸驅(qū)動。這樣夾子就可以順利地被推桿推出，完成嫁接動作。推夾機構(gòu)和推頭如圖7 所示。

根據(jù)虛擬樣機技術(shù)，進行了虛擬裝配，在完成機械系統(tǒng)仿真之后試制了甜瓜自動嫁接機的樣機，根據(jù)甜瓜自動嫁接機的工作原理設(shè)計控制系統(tǒng)。甜瓜自動嫁接機實物樣機如圖8所示。Θ

圖8 甜瓜自動嫁接機