烟草移栽机送苗机构以及试验装置的研究
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1.1课题研究的目的与意义
中国是世界上最大的烟叶生产国,约占世界总产量的30%多,但烟草生产机械化水平很低,随着国民经济的发展,农民工进城务工增多,使得大量的农田被相对集中起来,大大提高了人均种烟面积,烟农们通过扩大种植规模增加可能的收入,所以执行机械化移栽自然地成为了我国烟草种植发展过程中迫切需要解决的问题[1][2]。积极推动烟草移栽机械化的发展不仅是要解放劳动力,也是为了提高烟草种植的生产效率,更是我们向集约型经济模式发展的重要一步,进行全面地、深入地烟草移栽技术机械化的研究将是中国乃至世界农业发展的重点,现今烟草移栽机设备在市场上己较为常见,但更多的是半自动的烟草移栽机,由于各方面的原因使得实现完全机械化烟草移栽的进程相当缓慢,目前广泛使用的这些半自动移栽机都是依靠人工喂苗[3],一般以单行人工投苗为主,一般单人投苗速度为40?50株/min,最快可以达到60株/min⑷,但是劳动强度比较大,移栽速度受到限制,工作效率低。为了实现移栽机全自动化,达到降低劳动强度、提高移栽效率的目的,解决送苗问题就成为了当务之急[5]。目前广泛使用的半自动移栽机完成的工作仅仅是将幼苗种植到旱地而已,近些年来,也有不少的自动取苗机构出现但是由于一些技术难题,为这些半自动移栽机配置自动取苗及送苗机构的相关研究偏少。如果能将半自动移栽机升级为全自动移载机,将大大提高烟草自动移载的工作效率,降低劳动强度,节约劳动力,提高移栽效率。目前,国内出现了一些旋转式的取苗机构,但只能实现定点取苗,所以设计一种能适应旋转式取苗机构的送苗机构是关键环节。针对该问题本论文提出的烟草移栽机自动送苗机构及其试验装置的研究,目的是为了实现集自动送苗、取苗及栽植为一体的全自动移栽技术,对推动全自动烟草移栽机技术的发展有一定的作用。
1.2国内外研究现状
在20世纪初,一些欧洲国家大面积种植蔬菜等经济作物,开发出一些早期的作物移栽设备[12][13]。但这些机具多为半自动机器,仅仅减轻了劳动者肢体的劳动强度,而且速度也受到限制;到20世纪30年代末,己经开发了一种取代人工栽秧的机械,实现了机械化种植;20世纪50年代,欧洲国家开始研究钵苗培育及移栽技术,研制出来了各种半自动移栽机[8];到了 70年代末,B.LHuang等发明了非常适合作物自动移栽的空气整根育苗技术,在此基础上B.k.Huang提出了整个钵苗系统的移栽方案,对精密苗盘播种机和全自动移栽机进行了设计,这种机具对能多种农作物进行移栽,有很好的通用性,但是其体积太大,成本太高,后来H.L.Brewer等人经过多年的研究、改进而设计了箱式移栽机20世纪50年代末60年代初,我国进行旱地栽植技术的研究[16],在国外移栽技术的基础上研制出棉花营养钵育苗移栽机和甘薯秧苗移栽机;甜菜的裸根苗移栽机在20世纪70年代被研制出来,80年代半自动化蔬菜栽植机被国内研究者研制出来。虽然送苗装置在旱地烟草移栽领域的研究我国基本上处于空白状态,但钵苗移栽机发展至今,己经比较完善,各种类型的钵苗移栽机形成了一系列的产品目前,钵苗移栽机可分为钳夹式、链夹式、吊篮式等,其中,主要有带式送苗、导管送苗和圆盘送苗等钵苗移栽机送苗方式[13][19-24]。
第二章穴盘苗烟草移栽机送苗机构设计要求分析
2.1穴盘育苗农艺特性
集中育苗,节省育苗场地、能源和种子,穴盘育苗采用一穴一粒,每万株苗煤炭的消耗量是常规育苗的25%至50%,节省能源2/3。穴盘育苗单位面积仅为常规育苗的1/5,大大提高了经济效益。利用工厂化专业化的生产方式来进行穴盘育苗,有利于推广优良品种,减少假冒伪劣种子的危害的扩散,有利于科学管理的规范化,提高育苗质量。此类育苗盘一穴一苗,整齐有序,能更好的适应全自动移栽机自动取苗机构对其进行取苗动作,为更快的实现全自动移栽技术提供了试验条件。
2.2穴盘规格及物理特性
本课题针对如图2-la、C所示材质的不同规格的两种穴盘设计了送苗机构。如图2-la所示,黑色穴盘苗为塑料制成,材质较软;通过对穴盘的测量与测试,得出穴孔个数为16x8分布,长宽高为:530x280x45mm;烟苗每株平均质量为8.1g,带基质的烟苗平均质量为31g,空穴盘的质量为n0.4g。如图2-lc的穴孔个数为4x5分布,长宽高为:280x200x45mm,烟苗每株平均质量为10.7g,带基质的烟苗平均质量为42.1g,空穴盘的质量为80.5g。
2.3烟草移栽机自动送苗机构的设计要求
根据以上叙述的穴盘及取苗机构的结构特点,对本课题所需设计的送苗机构进行初步分析,穴盘的穴孔中均有一颗生长良好的烟草幼苗,故送苗机构的主要任务就是在取苗机构进行取苗时,准确的将穴盘的某一个穴孔输送到特定的取苗点。在本课题中,设计将取苗机构固定在移栽机的适当位置处,送苗机构准确的移动穴盘至取苗爪取苗位置,为了防止穴盘在下落过程中与烟草自动移栽机栽植部分、回收机构部分发生干涉,特将穴盘的16穴方向作为横向,8穴方向作为纵向,先横向移动完成一排16个穴孔的送苗作业,然后纵向进给一个穴孔,之后反向横向移动完成下一排16个穴孔的送苗作业,如此往复运动,保证运动轨迹为“弓”字型,直至一个穴盘的送苗作业全部完成。以此为设计基础,将送苗机构的送苗功能转化为横向送苗设计要求和纵向送苗要求。