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穴盘蔬菜嫁接用苗高速切割输送装置的改进设计
本文针对人工嫁接效率低、质量差、人力成本高等问题，提出了一种适合规模化嫁接生产的人机协同嫁接流水线。 充分发挥人工嫁接和机械切割的优点，提高嫁接效率，降低嫁接成本。 嫁接苗高速切割运输装置是该人机协同嫁接流水线的关键设备。 柏宗春等人对该切割搬运装置展开了一系列研究，也发现切割装置和除苗装置的结构还需要改进。 根据该设计，对该装置进行了结构上的改进，并详细分析了新结构。
规模化人工嫁接管线的主要操作过程包括菜苗运输、切割、对接、固定等操作。 调查表明，整个嫁接过程中蔬菜苗的人工运输和切割环节约占整个嫁接时间的50%~60%，劳动量大、效率低、切割质量不稳定，严重影响嫁接效率和质量； 在操作要求高的菜苗对接和固定环节，熟练工人生产率达到900~1000株/h，已接近一些自动嫁接机的水平，嫁接工人能掌握多种嫁接方法，适应不同类型菜苗的嫁接操作。
图1人机协同嫁接流水线
针对国内嫁接生产和设备的现状，提出了一种人机协同式嫁接流水线。 该管线基于规模化人工嫁接线，保留人工嫁接站，增加蔬菜苗机械切割运输装置，将费时切割运输环节切换为机械化操作，结合人工嫁接操作(图1 )，在人工配合下，实现人工嫁接和机械预计该人机合作的嫁接模型可以使嫁接效率提高两倍以上，提高嫁接效率，降低嫁接成本，保证嫁接质量。
为了满足人机协同嫁接流水线对蔬菜嫁接苗高速切割输送装置的要求，田素博等人提出了高速切割输送装置，并开展了理论和试验研究。 研究结果表明，该装置具有较高的切削效率，但其切割装置和去苗装置还存在问题。 首先，原切输送装置的切割装置采用往复式切割机构，其切割效果与刀具往复切割的频率有关。 切割频率低时，由于切刀刀尖速度低，菜苗切口不均匀，质量往往较差。 特别是苗茎软的蔬菜苗，容易出现撕裂状切口，损伤蔬菜苗，严重影响蔬菜苗的切割质量。 切割频率高时，受育苗盆搬运和拔苗速度的限制，切割后的菜苗往往还没有离开切割位置，切菜机会反复切割，不仅影响切割质量，而且容易导致菜苗损伤。 其次，原集苗装置采用旋转叶片式集苗机构，将高速旋转的集苗叶片切割后的蔬菜苗输送到蔬菜送苗装置。 为了减小叶片对菜苗的伤害，在叶片末端与菜苗接触的部位设计了柔性毛刷结构，通过柔性毛刷与菜苗接触，减小了拨苗叶片对菜苗的伤害。 实际试验表明，叶尖毛刷结构可以在一定程度上减少蔬菜苗的损伤，但同时也带来了新的问题。 部分菜苗夹在毛刷间隙中，会引起菜苗缠绕，增加菜苗损伤风险。 针对以上问题，本论文在现有的切断输送装置的基础上，进行切断输送装置的结构改善，以提高性能。
通过总体设计调查，发现常见的嫁接蔬菜苗切割装置的切割过程一般可分为上苗、夹持、切割、分离等几个部分，切割方式多为逐根切割，切割效率较低。 为了克服以上缺点，进一步提高切割效率，通过结构创新，柏宗春等提出了一种穴盘育苗全盘连续切割的新型蔬菜苗快速切割装置。 该装置将多切刃并行布置，将孔盘苗切割成一排，省略了夹苗过程，使切割过程不连续中断，提高切割效率。 在此，在保持原有切料输送装置整体结构方式的基础上，改进后的孔盘式蔬菜苗高速切料装置的结构(图2 )，主要包括装置支架、孔盘输送装置、切料装置、抛秧装置、蔬菜苗输送装置、滑槽等。 基本原理是，蔬菜苗打孔装置从苗盘输送装置输送到切割装置，切割机切割一排蔬菜苗。 此时，转动育秧辊带动育秧叶片，将切割好的蔬菜苗送入蔬菜苗输送装置，切割后的育苗打孔装置沿打孔输送装置继续前进，完成蔬菜苗与打孔的分离。 切割装置每次完成一排蔬菜苗的切割，蔬菜苗的切割和输送过程不会中断，大大提高了切割输送效率。
图2切断输送装置的结构
针对切割装置设计中现有切割输送装置存在的问题，提出了一种新的切割装置结构来完成对穴盘蔬菜苗的定向切割(图3 )。 该装置主要包括分苗器、切割机架、电机架、切割电机、切割刀片等。 分苗器设置在切刀前，两个分苗器之间的间隙供蔬菜苗通过，切刀与电机连接，高速旋转； 切刀电机通过电机支架与底板连接。 当菜苗送入打孔装置后，菜苗通过分苗器分别通过分苗器形成的通苗间隙，被高速旋转的切割刃切割，完成菜苗的切割； 由于并列设置了多个切刃，所以完成了育苗用穿孔盘的一列蔬菜苗的切断。 此时，蔬菜苗穴盘在输送装置上不断前进，后续的蔬菜苗通过一个接一个的切刃，从而实现蔬菜苗的连续切割。
图3切断装置的结构
实际育苗箱中的蔬菜苗均不垂直，存在部分蔬菜苗倾斜生长的问题，这影响了切菜机的切割成功率和切割质量。 为了解决这一问题，提出了一种梯度分苗器的设计，如图3所示，沿菜苗输送方向设置具有一定梯度的斜板，使倾斜的菜苗在菜苗输送过程中沿斜板上升，最终逐渐扶正，使切刀能顺利切断菜苗。
抛秧装置的设计需要在菜苗切割完毕后实现菜苗与育苗盆的分离，为了实现这一操作，原装置采用了单片式抛秧装置。 针对单片式抛秧装置存在的问题，提出了抛秧装置的改进设计(图4 )。 集苗装置包括连接支架、调节支架、集苗电机、集苗轮、集苗叶片等。 抛秧轮设有四片抛秧叶片，其中心轴与抛秧电机转轴连接，抛秧轮通过调节支架与连接底座连接，整个抛秧装置设置在切割装置前，抛秧叶片位于切割装置上方。 该装置采用旋转式叶片拔苗方案，当育苗打孔装置切割一排菜苗时，旋转的拔苗叶片经过切割装置上方，将切割好的菜苗传递给菜苗输送装置，实现菜苗与育苗打孔装置的分离。
图4抛秧装置结构
该育秧叶片采用两段式结构，与育秧轮连接部分为硬质金属材料，与蔬菜苗接触部分采用柔性橡胶材质，通过柔性接触可以减少蔬菜苗的损伤，减少苗的缠绕。 此外，优化了抛秧装置的传动机构，用电机直接驱动代替原皮带传动机构，简化了装置结构，提高了传动效率。
输送装置的设计输送装置基本采用原输送装置的结构形式，主要包括微调其结构尺寸、育苗打孔输送装置和菜苗输送装置。 这两个输送装置均采用独立的带式输送结构，能够独立调节输送速度。 打孔输送装置设置在底部的装置支架上，用于输送育苗孔盘并依次通过拔苗装置和切割装置，将切割好的育苗孔盘输送到预定的收集位置。 蔬菜苗输送装置在切割装置后设置在育苗盆输送装置上方，采用斜向上的输送角度，起到将切割好的蔬菜苗输送到滑道上端的作用。
装置参数根据设计的切割输送装置结构，制作了蔬菜苗切割输送装置的三维虚拟样机(图5 )，装置基本参数如表1所示。
图5切割输送装置虚拟样机
表1装置的主要技术参数
本文针对蔬菜苗嫁接生产中存在的问题，详细介绍了提出的新型人机合作型蔬菜苗嫁接流水线的基本原理。 结合原蔬菜苗切割输送装置的试验研究，分析了其切割和抛秧装置存在的结构问题，并针对这些问题提出了新型蔬菜苗高速切割输送装置的改进设计，详细分析了新切割装置、抛秧装置和输送装置的结构设计。 后装置在保持传统高效切割方式、具有较高切割效率的同时，避免了原装置的问题，具有更好的菜苗切割输送效果。
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