人参移栽机关键部件设计及试验

人参移栽机关键部件设计及试验 摘 要：针对国内外人参移植机械应用技术的基础上，因无法实现减轻人工操作强度、保障参苗移栽质量、提高作业效率的问题，设计一种人参弹簧驱动柔性的指夹式夹持机构。该结构主要由左夹持板焊合、左夹持人参板、右夹持人参板、右夹持板焊合、压簧、右夹板、限位轴套、左夹板及橡胶垫组成。左、右夹持人参板，夹持从人参秧苗盒下落的人参秧苗的头部基质，压缩弹簧安装在左、右夹持板焊合的小轴上，其压力使得左、右夹持人参板的橡胶垫内侧保持贴合接触。初步试验表明，机构能够可靠的完成人参参苗移栽作业。参苗移栽作业效率在0.5-1亩/h左右，指夹式夹持机构能够对参苗进行可靠操作，移栽深度可靠率、漏苗率和伤苗率在3%以下，移栽成活率97%以上。 关键词：人参移栽；指夹式夹持；设计；试验 中图分类号：S567.51 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150932004 引言 我国是世界最大的人参主产区，但是人参的种植方式和水平还有待进一步提高，产品开发水平落后，应用基础研究较弱，特别是人参移栽机的研究严重滞后，绝大部分人参种植地区在移栽时仍以手工作业为主，人参规范化种植的生产要求与传统作业低效率、高成本之间的矛盾日益突出。夹持机构是移栽机的最为关键的部分，通过夹持机构夹持放入的下落参苗，然后将参苗移入参床内。夹持机构是影响移栽机的作业效率以及参苗伤苗率和成活率的关键部件，因此对其他现行应用比较广泛的的夹持机构深入分析研究的基础上，研制了弹簧驱动柔性可调的指夹式夹持机构。 本文介绍了人参移栽机指夹式夹持机构的构成和工作原理，并对其进行了性能指标试验测试，以期为进一步整机优化奠定技术基础。 1 结构及工作原理 1.1 单体柔性夹持机构构成 如图1所示。 1.2 柔性夹持机构原理 移栽指夹式夹持结构如图1所示，由2个犹如手指式的左、右夹持人参板，夹持从人参秧苗盒下落的人参秧苗的头部基质，压缩弹簧安装在左、右夹持板焊合的小轴上，其压力使得左、右夹持人参板的橡胶垫内侧保持贴合接触。当凸轮控制参苗从人参秧苗盒下落的时候，在弹簧压力作用下两指并拢，夹紧幼苗头部；其向下运动则将2指撑开，释放参苗。采用弹性主动夹持方式，既可以保证对参苗头部充分的夹持力度，又可以防止刚性夹持损伤参苗头部。此外通过导向板相对固定位置可以改变2指张开角度，以适应不同规格参苗的移栽作业。弹簧驱动柔性指夹式参苗夹持机构，不仅能够保证移栽秧苗行距、株距的准确性，还能有效解决漏夹、伤苗、效率低等问题。 1.3 关键部件分析与设计 由于人参幼苗的根须方向交错且相互叠加，为防止对参苗根须损伤，采用夹持头部基质操作方式进行移栽。但是随着自身湿度和参苗根系生长状况不同，头部基质硬度和黏结性也有差异，因此具有柔性可调夹持力度的弹簧驱动指夹式夹持机构对于提高工作效率，降低参苗漏苗率及伤苗率，可实现提高参苗成活率以及保证移栽可靠作业。 移栽指夹式夹持结构如图1所示，人参夹持机构由左、右夹持人参板、左、右夹持板焊合、压簧、限位轴套、左、右夹板和橡胶垫等组成，左、右夹持人参板通过螺栓连接在左、右夹持板焊合上，左、右夹持板焊合底部用限位轴套隔离，通过螺栓连接在左、右夹板上，压簧分别安装在左夹持板焊合和左夹板中间、右夹持板焊合和右夹板中间。 2 柔性夹持机构试验 为了解人参自动移栽机的夹持机构的作业性能，对此进行了针对性试验。 2.1 试验方法如下： 2.1.1 选择一块地质条件符合要求的参地，修整参床。 2.1.2 调试人参自动移栽机及其指夹式夹持机构，进入试验区进行试验。 2.2 检测指标： 2.2.1 移栽效率：用单位时间内移栽的面积来确定人参自动移栽机的指夹式夹持机构的工作效率。 2.2.2 人参自动移栽机的移栽深度是由夹持机构确定的。移栽深度可靠率可由下列公式计算 S= n1/N100% 式中n1为测定的移栽深度合格的参苗株数；N为测定的参苗总株数。 2.2.3 漏苗是指移栽机在一定距离内的移栽参苗株数少于设计株数，主要是指夹持机构漏夹以及未移入参床内可能造成漏苗。 漏苗率V由下式计算 V= n2/N100% 式中n2为理论间隔数N内的漏栽株数；N为测定的参苗总株数。 2.2.4 伤苗是指参苗移栽过程中被夹持机构损伤的秧苗，伤苗率的大小体现了移栽机生产效率的高低，可由下列公式计算 L= n3/M100% 式中n3为夹持机构伤苗株数；M为测定的总株数。 2.2.5 成活是指参苗移栽完毕后，植入的参苗是否能够继续发育、生长。成活率的大小是指夹式夹持机构的关键指标。可有下列公式计算 W= n4/M100% n4为成活参苗株数；M为测定的总株数。 试验结果分析：弹簧驱动柔性可调的指夹式参苗夹持机构，不仅能够保证移栽秧苗行距、株距的准确性，还能有效解决移栽深度不够、漏夹、伤苗、效率低等问题，而且能显著提高参苗的成活率，给广大参农带来更高的经济效益。采用指夹式夹持机构的人参自动移栽机可连续作业5个多小时，间隔调整保养时间较短，生产性能稳定率达98%以上，故障率低于0.03%，作业效率较高。 3 结论 采用弹簧驱动柔性可调的指夹式参苗夹持机构的人参自动移栽机，不仅可以确保参苗的株距的准确性，还有利于提高参苗移栽效率和参苗的成活率，以及有效的解决移栽深度不够、漏夹、漏栽、伤苗等问题。测试试验结果表明，指夹式夹持采用主动柔性夹持方式既可以有效提高对参苗苗持有力度，又可以防止对参苗头部的刚性损伤。本文为弹簧驱动柔性可调的指夹式参苗夹持机构的广泛应用提供了宣传素材。 参考文献 1张丽华，邱立春，田素博. 指针夹紧式穴盘苗移栽爪设计J. 沈阳农业大学学报，2010，41（2）：235-237. 2张诗，田素博，邱立春. 穴盘苗自动移栽机械手的结构设计与仿真J. 沈阳农业大学学报，2007，38（3）：437-439. 3任跃英，陈红梅，王秀全，等.人参种植业的若干问题分析J.中药材，2001. 4刘安心.机构运动综合与位置分析的理论及实用方法研究Z. 5尚书旗.国外钵苗栽植机的几种类型及性能分析J.农机与食品机械，1998（1）：30-32. 作者简介：姜彩宇（1987-），男，任职于吉林省农业机械研究院，大学本科学历，研究方向：人参种植农业机械。第 6 页 共 6 页