煙草缽苗雙盤對稱交錯式自動取苗裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：為解決煙草半移栽作業(yè)用工量大、效益低等問題，設(shè)計(jì)一種對稱交錯式自動取苗裝置。首先，闡述該自動取苗裝置對兩盤缽苗進(jìn)行交錯式取苗的原理，建立取投苗作業(yè)過程中的動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型。然后，對送盤裝置、取投苗裝置和自動控制系統(tǒng)等取苗裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析關(guān)鍵部件的作業(yè)過程，結(jié)合實(shí)際需求完成關(guān)鍵元器件的選型。最后，在已有移栽機(jī)動力底盤的基礎(chǔ)上試制2ZY-1型煙草移栽機(jī)樣機(jī)，以60天苗齡的煙草缽苗為作業(yè)對象進(jìn)行田間取投苗性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在自動取投苗速度為20株/min時，取苗成功率為89.63%，投苗成功率為97.20%，傷苗率為3.59%。

關(guān)鍵詞：煙草缽苗；自動移栽；漂浮秧盤；取苗裝置；電控系統(tǒng)

中圖分類號：S223.92; S24

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：20955553 （2024） 070022

06

Design and testing of a double-tray symmetrical staggered automatic seedling extraction

device for tobacco pot seedlings

Chen Bin1， Zou Xin1， He Yang2， Yu Bei2， Xiang Penghua3， Xiao Mingtao1

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Hunan Agricultural University， Changsha， 410128， China;

2. China National Tobacco Corporation Hunan Branch， Changsha， 410029， China;

3. Hunan Tobacco Company Hengyang Branch， Hengyang， 421099， China）

Abstract：

In order to solve the problems of high labor and low efficiency of tobacco semi-transplanting， a symmetrical staggered automatic seedling picking device was designed. First of all， the principle of the automatic seedling picking device for staggered picking of two trays of seedlings was described， and the kinetic and kinematic models of the picking and dropping operation were established. Then， the key components of the seedling picking device such as tray feeding device， seedling picking device and automatic control system were designed， the operation process of the key components was analyzed， and the selection of key components was completed according to the actual requirements. Finally， Based on the existing transplanter power chassis， a prototype of 2ZY-1 tobacco transplanter was made， and the performance test was conducted with 60-day-old tobacco seedlings in the field. The test results showed that the success rate of seedling picking was 89.63%， the success rate of seedling dropping was 97.20% and the injury rate was 3.59% when the automatic seedling picking and dropping speed was around 20 plants/min.

Keywords：

tobacco pot seedling; automatic transplanting; floating seedling tray; seedling picking device; electric control system

0 引言

漂浮育苗技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，該方式是將裝有輕質(zhì)育苗基質(zhì)的泡沫秧盤浮于水床表面，種子播在基質(zhì)當(dāng)中，發(fā)芽后吸收基質(zhì)和水床養(yǎng)分，進(jìn)而達(dá)到育苗的目的［1］。國外對漂浮育苗技術(shù)研究起步較早［2］，我國引進(jìn)后將其廣泛應(yīng)用于煙草育苗［3］，部分地區(qū)進(jìn)行水稻、蔬菜苗也有使用［4］。與傳統(tǒng)育苗方式相比，漂浮育苗方式具有節(jié)約苗床、縮短苗期、簡化水分管理、降低勞動力成本和便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)［5］。

目前國內(nèi)對漂浮育苗的研究主要集中在秧盤規(guī)格選擇、育苗基質(zhì)選擇、營養(yǎng)液成分配比、病蟲害防治等［68］方面。配套農(nóng)業(yè)機(jī)械方面有溫室除濕系統(tǒng)研究、煙苗剪葉機(jī)械研究、播種流水線設(shè)計(jì)等，在移栽作業(yè)方面，以栽植部件研究為主，取苗裝置的研究較少。對漂浮育苗所使用的硬質(zhì)秧盤進(jìn)行取苗作業(yè)的難點(diǎn)在于秧盤不可彎折的特性。采用柔性秧盤育制的缽苗，由于苗盤可彎折，可以對應(yīng)設(shè)計(jì)彎曲滑道，將空苗盤從自動取苗機(jī)構(gòu)下方導(dǎo)出，自動取苗裝置中的苗爪抓取秧苗后可就近投苗，整機(jī)結(jié)構(gòu)便于布置，自動取苗也容易實(shí)現(xiàn)［9］。而湖南及全國大部分地區(qū)的煙草育苗以采用漂浮育苗為主，漂浮育苗的秧盤采用聚苯乙烯泡沫制作而成，漂浮秧盤無法彎折［10］。由于秧盤不能彎折，導(dǎo)致送盤機(jī)構(gòu)與自動取苗機(jī)構(gòu)在連續(xù)供給過程中易產(chǎn)生干涉，難以實(shí)現(xiàn)自動取苗。而基于柔性秧盤所設(shè)計(jì)的自動取苗裝置并不能適應(yīng)其特點(diǎn)［11］。因此需根據(jù)漂浮秧盤特性重新設(shè)計(jì)取苗裝置，并為其搭配合適的栽植裝置以及行走底盤。

本文針對漂浮秧盤特性，設(shè)計(jì)一種對稱交錯式自動取投苗裝置，介紹該裝置自動取投苗原理，并對取投苗作業(yè)中的取苗過程和投苗過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。對送盤裝置、取投苗裝置、硬件電路等關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，根據(jù)分析內(nèi)容對步進(jìn)電機(jī)、氣缸等元器件進(jìn)行選型。基于已有移栽機(jī)底盤試制煙草移栽機(jī)樣機(jī)，進(jìn)行田間取投苗性能試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果評估該自動取苗裝置作業(yè)性能。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

該雙盤自動取投苗裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由機(jī)架、取苗機(jī)構(gòu)、送盤機(jī)構(gòu)、落苗筒等組成。裝置左右對稱布置有基于流利條搭建的硬質(zhì)漂浮秧盤滑道，取苗裝置交錯布置在秧盤滑道上方，落苗筒則設(shè)置在漂浮秧盤中間。

1.2 交錯式取投苗和自動換行原理

如圖2所示，該裝置交替式取投苗原理如下：開始作業(yè)時，由人工將兩盤秧苗送入送盤機(jī)構(gòu)，隨后送盤機(jī)構(gòu)中送盤驅(qū)動器將兩側(cè)秧盤送至各自第1行秧苗取苗位置。當(dāng)秧盤到達(dá)指定取苗位置后，右側(cè)輸苗驅(qū)動電機(jī)先行啟動，驅(qū)動氣動苗夾沿輸苗導(dǎo)桿移動至右側(cè)秧盤第1行第1株秧苗位置，隨之氣動苗夾完成秧苗夾持和提起。秧苗完全脫離秧盤穴后，輸苗驅(qū)動電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。與此同時，左側(cè)輸苗驅(qū)動電機(jī)啟動，將左側(cè)氣動苗夾沿輸苗導(dǎo)桿移動至左側(cè)秧盤第1行第1株秧苗位置。當(dāng)右側(cè)輸苗驅(qū)動電機(jī)將氣動苗夾送回投苗位置后，得到投苗信號，苗夾松開，秧苗沿落苗筒進(jìn)入下方栽植裝置，而此時左側(cè)氣動苗夾剛完成左側(cè)秧盤第1行第1株秧苗的夾持和提起，準(zhǔn)備運(yùn)動至投苗位置。如此配合即實(shí)現(xiàn)一側(cè)投苗時另一側(cè)在取苗的效果，達(dá)到提高取苗效率的目的。

以右側(cè)取投苗作業(yè)為例進(jìn)行自動換行原理說明。在完成第1行第1株秧苗的投苗后，輸苗驅(qū)動電機(jī)將氣動苗夾驅(qū)動至第1行第2株位置，繼續(xù)完成取投苗動作，直至完成第1行10株秧苗投苗，由送盤驅(qū)動器驅(qū)動秧盤前進(jìn)1行距離，將第2行秧苗移動至取苗位置，輸苗驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動氣動苗夾依次完成第2行1～10株的取投苗作業(yè)。如此往復(fù)，直至完成第20行秧苗的投放，送盤驅(qū)動器將秧盤快速送出，等待人工送入下一盤秧苗。

2 取投苗力學(xué)建模與分析

取投苗力學(xué)建模與分析是自動取苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵依據(jù)，主要涉及煙草缽苗拔取過程的動力學(xué)和煙草缽苗投放時的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)模型。

2.1 取苗過程動力學(xué)分析

如圖3所示，對煙草缽苗取苗過程中的受力情況建立力學(xué)模型，在拔苗的過程中，煙苗受到豎直向上的拔苗力F1，豎直向上的苗夾對莖稈的夾持力F0，缽體與缽盤存在摩擦力f1，煙苗與苗夾之間的摩擦力f2，缽體對穴孔內(nèi)壁的正壓力FN，向下的重力G，苗穴內(nèi)壁與基質(zhì)的黏附力Ni。

將煙苗空間受到的作用力朝豎直方向投影，抗拉脫力為Fq，設(shè)向上為正方向，則有

Fq=FNμ1cosθ+FNsinθ+Nicosα+G

（1）

式中：

μ1——基質(zhì)與穴孔之間的摩擦系數(shù)；

θ——苗穴的側(cè)邊角，（°）；

α——基質(zhì)的內(nèi)摩擦角，（°）。

為保持夾苗的穩(wěn)定狀態(tài)苗夾不與煙苗發(fā)生相對滑動，則拉取力F1需要滿足式（2）。

Fq≤F1≤f2

F1=P1S1

f2=F0μ2=2P0S0

（2）

式中：

P1——?dú)飧讐毫?，MPa；

S1——?dú)飧资湛s氣壓作用截面積，mm2；

μ2——煙苗與苗夾之間的摩擦系數(shù)；

P0——苗夾氣缸的氣壓，MPa；

S0——苗夾活塞的橫截面積，mm2。

綜合式（1）、式（2）可知，拔苗時氣缸氣壓應(yīng)滿足式（3）。

FNμ1cosθ+FNsinθ+Nicosα+GS1≤P1≤

2P0S0μ2S1

（3）

2.2 投苗過程運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析

由于苗夾口開口較小，煙苗的葉展較大，煙苗依靠自身重力較難使其從苗夾下落至苗杯中。當(dāng)煙苗具有向下的運(yùn)動初速度，才能使苗在下落的過程中不被苗夾掛葉導(dǎo)致其無法落下。因此對投苗過程建立動力學(xué)模型，探究氣壓與松開苗夾時序關(guān)系，如圖4所示。

當(dāng)推桿底部到達(dá)下止點(diǎn)時的速度v1計(jì)算如式（4）～式（6）所示。

（m1+m2）a1=F2=P1S2

（4）

a1=P1S2m1+m2

（5）

v12=2×P1S2m1+m2h1

（6）

式中：

m1——煙苗質(zhì)量，g；

a1——煙苗、苗夾及氣缸推桿過程加速度；

m2——苗夾及氣缸推桿的質(zhì)量，g；

F2——?dú)飧咨斐鐾屏?，N；

S2——?dú)飧咨斐鰵鈮鹤饔媒孛娣e，mm2；

h1——煙苗夾苗點(diǎn)到苗頂?shù)母叨?，mm。

當(dāng)推桿到達(dá)下止點(diǎn)時，松開苗夾，在速度v1的作用下，煙苗落下應(yīng)滿足式（7）。

m1gh0－F3h0+12m1v12≥0

（7）

式中：

F3——煙苗下落時的阻力，N；

h0——煙苗夾苗點(diǎn)豎向位移距離，mm。

設(shè)煙苗完全脫離苗夾時，末端的速度

v1=0

（8）

由式（6）、式（7）可知，P1應(yīng)滿足式（9）。

P1≥（m1+m2）h0（F3－m1g）m1h1S2

（9）

綜合式（3）、式（9），可得氣缸運(yùn)行氣壓的合適范圍。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

雙盤對稱交錯式自動取投苗裝置的關(guān)鍵部件主要有送盤裝置、取投苗裝置和自動控制系統(tǒng)。

3.1 送盤裝置設(shè)計(jì)

送盤機(jī)構(gòu)是將煙草漂浮秧盤按照一定的邏輯要求精準(zhǔn)輸送預(yù)定位置，供取投苗裝置自動取苗。

3.1.1 送盤裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

送盤機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)為左右兩盤對稱，在供盤時左右兩盤具有一定的間隔，以左送盤機(jī)構(gòu)為例，如圖5所示。

右側(cè)導(dǎo)軌與底部導(dǎo)軌采用分段流利條，側(cè)邊長導(dǎo)軌緊貼底部機(jī)架，采用流利條作為滑動導(dǎo)軌，其有滾動阻力小、具備一定的承重能力、方便加工切割等優(yōu)點(diǎn)。右側(cè)導(dǎo)軌間隔空處安裝有前后摩擦送盤組件，中間為苗杯。送盤機(jī)構(gòu)開關(guān)傳感器共3個，2個停盤機(jī)構(gòu)安裝在苗盤位置下方，1個減速開關(guān)傳感器安裝在左側(cè)流利條上方位置。底部停盤開關(guān)傳感器上表面與苗盤的下表面重合，其觸發(fā)條與上表面的夾角為15°，最高點(diǎn)與上表面的距離為7 mm。當(dāng)苗盤到達(dá)設(shè)定位置時限位開關(guān)觸發(fā)條完全被壓下。豎向限位導(dǎo)輪安裝在送苗機(jī)構(gòu)支架旁靠后盤的位置，其主要作用為了防止苗盤往前進(jìn)給時受力不均出現(xiàn)豎直方向上下移動，導(dǎo)致送盤機(jī)構(gòu)前后排位置精度丟失。

3.1.2 送盤機(jī)構(gòu)動力裝置選型與設(shè)計(jì)

送盤指令設(shè)在取完一排最后一株苗，為保證苗夾能順利夾取下一排秧苗，需在短時間內(nèi)完成送盤任務(wù)。送盤過程中，秧盤驅(qū)動阻力需滿足式（10）。

F4=mma

（10）

式中：

F4——秧盤驅(qū)動阻力，N；

mm——苗盤質(zhì)量，g；

a——苗盤加速度，m/s2。

由于單次送盤距離短，本文中步進(jìn)電機(jī)控制所使用的梯形控制算法中勻速轉(zhuǎn)動階段極短，可將波形簡化為三角形，可得

l2=18at2

（11）

式中：

l——秧盤株距，mm；

t——驅(qū)動時長，s。

根據(jù)角加速度和角位移的關(guān)系可得

ld0=18ω·t2

（12）

式中：

d0——驅(qū)動同步帶輪直徑，mm；

ω·——角加速度，rad/s2。

由此可得秧盤驅(qū)動電機(jī)摩擦力矩

Tf1=（f3+f4）d0

（13）

式中：

Tf1——

送盤裝置驅(qū)動電機(jī)摩擦力矩，N·m；

f3——秧盤與底部軌道之間的摩擦力，N；

f4——秧盤與側(cè)邊軌道之間的摩擦力，N。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求送盤機(jī)構(gòu)在不小于1 s的時間內(nèi)完成單盤精準(zhǔn)定位輸送。試驗(yàn)測得，當(dāng)漂浮秧盤下壓凹陷1.5 mm時，反作用力為18N，秧盤與底部軌道之間的摩擦系數(shù)為0.1，秧盤與側(cè)邊軌道之間的摩擦系數(shù)為0.46。由式（13）可得，所需總力矩為0.964 N·m。選用型號為57BYG250A的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為1.8°，轉(zhuǎn)動慣量為260 g·cm2，扭矩為1.35 N·m，最大靜扭矩為1.3 N·m，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 取投苗裝置設(shè)計(jì)

3.2.1 取苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖6所示，取苗輸送裝置主要由張緊輪、同步帶、送苗導(dǎo)軌、導(dǎo)輪、限位開關(guān)傳感器、步進(jìn)電機(jī)、取投苗裝置組成。

取苗輸送裝置由左右兩套裝置組成，其機(jī)構(gòu)原理相同，取苗輸送裝置主要有秧苗拔取和秧苗輸送兩個功能，分別由取投苗裝置和橫向輸送裝置完成。其中橫向輸送裝置由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，通過同步帶帶動取投苗裝置在送苗導(dǎo)軌上橫向移動，按順序間隔取苗，并在導(dǎo)軌右側(cè)投苗極限位置設(shè)置有限位開關(guān)傳感器，用于程序判斷取投苗執(zhí)行器是否處于每行初始取苗位置。

如圖7所示，取投苗裝置主要由安裝支座、伸縮氣缸、限位導(dǎo)桿、氣動苗夾、氣缸推桿、苗夾套組成。

氣動苗夾與氣動推桿在氣壓的作用下能實(shí)現(xiàn)苗夾開合與苗夾組上下運(yùn)動。在夾苗初始位置，苗夾處于打開狀態(tài)，伸縮氣缸處于伸長狀態(tài)，當(dāng)苗夾運(yùn)動到夾苗位置時，苗夾在氣壓的作用下夾緊煙苗莖稈，夾緊莖稈后，再控制伸縮氣缸收縮，完成夾苗取苗工作。當(dāng)苗夾運(yùn)動到投苗位置時，苗夾在氣壓打開的同時，伸縮氣缸同時伸出，苗夾打開的瞬間，煙苗在自重的作用下從苗夾上脫落，開始自由落體落苗，在自由落體的同時還被伸縮氣缸推送，加快煙苗自由落體速度，防止煙苗卡苗。

3.2.2 取苗機(jī)構(gòu)動力裝置選型與設(shè)計(jì)

取苗機(jī)構(gòu)拔苗投苗執(zhí)行器最大的移動距離L10=373 mm，最小距離L1=74 mm。同步帶選取比軌道稍窄的帶型，型號為2GT。帶輪直徑d=20 mm，齒數(shù)z=32，轉(zhuǎn)過1圈同步帶位移L=64 mm。根據(jù)要求最大取苗頻率40株/min，取苗時間不超過2s，單程取苗的時間少于1 s。包括煙苗在內(nèi)的取苗裝置輸送總質(zhì)量mz=260 g，同步帶的質(zhì)量m0=8 g，同步帶輪質(zhì)量m3=18 g。

步進(jìn)電機(jī)所需要力矩

Tz=Ta+Tf2

（14）

式中：

Ta——取苗裝置驅(qū)動電機(jī)負(fù)載力矩，N·m；

Tf2——

取苗裝置驅(qū)動電機(jī)摩擦力矩，N·m。

Ta=ωaJz=（J0+J1+J2）ω·a

（15）

J0=12m0d2

（16）

J1=14m3d2

（17）

J2=14mzd2

（18）

式中：

ω·a——角加速度，rad/s2；

Jz——總轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；

J0——同步帶輪慣量，kg·m2；

J1——同步帶慣量，kg·m2；

J2——輸送負(fù)載慣量，kg·m2。

角加速與輸苗距離、輸苗時間的關(guān)系如式（19）所示。

2πL10L=12ω·atz2

（19）

式中：

tz——輸苗時間，s。

導(dǎo)輪與導(dǎo)槽之間摩擦系數(shù)μ=0.1，則摩擦力矩

Tf2=12mzgμd

（20）

通過計(jì)算得出負(fù)載力矩Ta=0.47 N·m，摩擦力矩Tf2=0.052 N·m，步進(jìn)電機(jī)力矩為T=0.52 N·m?？紤]到取苗機(jī)構(gòu)安裝支架的穩(wěn)定性，以及工作運(yùn)行速度應(yīng)在最估算時的最大速度之下，本文選擇時代超群42BYGH48兩相步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)步距角為1.8°，轉(zhuǎn)動慣量為68 g·cm2，扭矩為0.6 N·m，最大靜扭矩為0.58 N·m。

3.3 硬件電路設(shè)計(jì)

目前用于工業(yè)控制的42以上步進(jìn)電機(jī)，電磁閥一般都采用直流24 V供電，電流普遍在1 A以上，位置傳感器一般采用5～24 V寬電壓供電，輸出電流4～20 mA。STM32F407IGT6單片機(jī)的供電電壓一般為2.0～3.6 V供電，內(nèi)核電壓一般1.2～1.8 V左右，I/O口的負(fù)載電流在推挽模式不大于20 mA。因本系統(tǒng)需要多組電壓供電，若選取常用的STM32最小系統(tǒng)板作為微控制器，則外圍電路需要設(shè)計(jì)光耦隔離電路、繼電器控制電路，會導(dǎo)致接線復(fù)雜，結(jié)構(gòu)凌亂。為簡化控制連接線路，本系統(tǒng)采用STM32F407IGT6工控板作為主控制。硬石STM32F407IGT6工控板采用了工業(yè)級高速光耦隔離接口，板載4路PWM波輸出，能滿足本系統(tǒng)的4路PWM控制步進(jìn)電機(jī)的要求。4路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動專用接口，可獨(dú)立控制，互不影響，其中EN端及DIR使用PC817光耦隔離，PUL端則使用HCPL-2630/2631高速光耦進(jìn)行連接。

4 試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)樣機(jī)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，基于東風(fēng)井關(guān)PVH1TCM煙草移栽機(jī)底盤，加工2ZY-1型煙草移栽機(jī)樣機(jī)，如圖8所示。在該移栽機(jī)基礎(chǔ)上安裝調(diào)試自動取苗裝置，并驗(yàn)證其工作的可行性。

4.2 試驗(yàn)用苗

試驗(yàn)對象為60天的煙草缽苗，已做打頂處理。育苗使用的基質(zhì)為“湘農(nóng)育科”，成分為泥碳、壤土、珍珠巖，以質(zhì)量比3∶1∶1進(jìn)行混合，試驗(yàn)時測得基質(zhì)的含水率為32.3%。

4.3 田間取投苗性能試驗(yàn)

試驗(yàn)于2022年6月在湖南省長沙市瀏陽市永安鎮(zhèn)進(jìn)行，試驗(yàn)將兩盤煙草缽盤苗分別推入送盤機(jī)構(gòu)，待到達(dá)設(shè)定起始位置，按下取苗開始按鈕開始進(jìn)行取投苗試驗(yàn)。

4.3.1 試驗(yàn)方案與評價(jià)指標(biāo)

本文試驗(yàn)方案參考NY/T 1924—2010《移栽機(jī)質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》和JB—T1029—2013《旱地栽植機(jī)械》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)前對該裝置進(jìn)行調(diào)試以及極限性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)取苗頻率達(dá)到約22株/min時，受開環(huán)控制的影響，在開始第7株取苗時因電機(jī)轉(zhuǎn)速過快步進(jìn)電機(jī)丟步較為嚴(yán)重。因此為保證取苗的裝置性能試驗(yàn)的效果，現(xiàn)分別以取苗頻率16株/min、18株/min、20株/min進(jìn)行左右取苗裝置兩組同時試驗(yàn)。以取苗成功率Y1、投苗成功率Y2、和傷苗率Y3作為取苗效果評價(jià)指標(biāo)。

4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)方案進(jìn)行取投苗試驗(yàn)，共計(jì)完成6組試驗(yàn)，每組分為左右兩邊同時取苗。6組單邊取苗裝置取苗頻率為16株/min，18株/min，20株/min，并記錄每組試驗(yàn)下取苗成功次數(shù)、投苗成功次數(shù)以及傷苗數(shù)，分別計(jì)算每組取苗成功率Y1、投苗成功率Y2以及傷苗率Y3，然后計(jì)算該取投苗頻率下的各指標(biāo)均值，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

三種取投苗頻率下的平均取苗成功率均大于89%，取苗頻率較低狀態(tài)下成功率較為穩(wěn)定，較高時易發(fā)生取苗失??；平均投苗成功率均大于95%，在不同取苗頻率下較為穩(wěn)定；平均傷苗率低于4%，取苗頻率越快傷苗率越高。以上數(shù)據(jù)說明所設(shè)計(jì)的煙草自動取苗裝置能夠較好地完成取投苗作業(yè)。

5 結(jié)論

1）" 本文將煙草漂浮采用雙盤對稱布置，秧盤沿水平方向輸送和推出，兩組對稱交錯取投苗裝置按照預(yù)定的運(yùn)動模式交錯取苗，并在栽植機(jī)構(gòu)的栽植苗杯運(yùn)動至最上端時，自動將煙草缽苗投放在栽植器中，采用左右雙盤對稱交錯取苗方式，克服不可彎折秧盤難以自動取苗的缺點(diǎn)，提高取投苗效率，提高自動移栽速度。

2）" 對取苗過程和投苗過程進(jìn)行力學(xué)分析，對關(guān)鍵部件進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，選擇57BYG250A型步進(jìn)電機(jī)作為送盤驅(qū)動器，42BYGH48型兩相步進(jìn)電機(jī)作為秧苗橫向輸送驅(qū)動電機(jī)，基于STM32F407IGT6工控板開發(fā)控制系統(tǒng)。

3）" 在田間進(jìn)行取投苗性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，當(dāng)栽植速度為20株/min時，取苗成功率為89.63%，投苗成功率為97.20%，傷苗率為3.59%。

4）" 采用步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)配合直線導(dǎo)軌級進(jìn)式逐行抓取缽苗的方式，克服非等距離條件下的缽苗抓取與轉(zhuǎn)運(yùn)難題，解決不可彎折秧盤自動取苗的空間受限問題，是一種有效的硬質(zhì)秧盤自動取苗方案。

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