溫室智能裝備系列之八十六2BPK—500型穴盤育苗自動(dòng)打孔機(jī)的研制和試驗(yàn)

王秀+馬偉+范鵬飛+姜?jiǎng)P

（北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097）

【摘要】本文設(shè)計(jì)了2BPK-500型穴盤育苗自動(dòng)打孔機(jī)的樣機(jī)，通過(guò)對(duì)研制的樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，表明采用紅外傳感檢測(cè)的方法精確定位穴盤是可行的。測(cè)試結(jié)果為2BPK-500型穴盤育苗自動(dòng)打孔機(jī)連續(xù)作業(yè)效率達(dá)到520盤/h，打孔合格率達(dá)到97.2%，表明該技術(shù)方法能快速精準(zhǔn)地完成打孔作業(yè)。

背景

育苗是設(shè)施栽培中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，播種是育苗作業(yè)的一個(gè)步驟，傳統(tǒng)的機(jī)械播種方法已經(jīng)無(wú)法滿足工廠化高效穴盤育苗的需求，因此迫切需要開(kāi)發(fā)新型的播種系統(tǒng)[1]。研發(fā)播種系統(tǒng)最重要的工作之一是精準(zhǔn)打孔。精準(zhǔn)打孔可確保種子在每一個(gè)穴孔中心，實(shí)現(xiàn)播種的深度一致，保證種子發(fā)芽生長(zhǎng)的孔徑一致等。具備的優(yōu)點(diǎn)包括：育苗時(shí)不會(huì)因?yàn)槊芏炔灰恢率狗N苗參差不齊；種苗生長(zhǎng)不會(huì)因?yàn)椴シN深度不一致，產(chǎn)生高低不一的問(wèn)題，從而提高商品率。打孔的好壞會(huì)影響育苗質(zhì)量，而打孔作業(yè)質(zhì)量受到若干因素的制約，其中覆土的均勻性和覆土的重量對(duì)作業(yè)影響較大[2]，穴盤凹口位置自動(dòng)化檢測(cè)會(huì)影響打孔的精準(zhǔn)性[3]。

工作原理

采用垂直升降的方式由伸縮器驅(qū)動(dòng)打孔器完成打孔作業(yè)，探測(cè)器檢測(cè)到穴盤信號(hào)后發(fā)給控制箱中的控制器，控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)伸縮器完成打孔作業(yè)。當(dāng)探測(cè)器確認(rèn)打完孔的穴盤輸送到下一位置，同時(shí)檢測(cè)下一穴盤輸送到準(zhǔn)確位置后，伸縮器才會(huì)對(duì)當(dāng)前穴盤進(jìn)行打孔。發(fā)生錯(cuò)位時(shí)可以選擇人工方式直接從輸送帶上移出不合格穴盤，不影響下一穴盤的準(zhǔn)確定位（圖1）。

試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)對(duì)象為自主研制的2BPK-500型穴盤育苗自動(dòng)打孔機(jī)（圖2）。為適合溫室環(huán)境使用，多次改進(jìn)試制后，打孔機(jī)確定的外形設(shè)計(jì)參數(shù)為：長(zhǎng)×寬×高=1502 mm×900 mm×1110 mm。對(duì)多種基質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，打孔機(jī)最終確定的打孔壓力調(diào)節(jié)范圍為：0～4 MPa。從多次改進(jìn)后的試驗(yàn)結(jié)果看，研制樣機(jī)的外形參數(shù)滿足溫室環(huán)境下的靈活搬運(yùn)，其可調(diào)節(jié)的打孔壓力滿足普通育苗基質(zhì)的擠壓要求。另外采用220 V電源作為動(dòng)力滿足輸送帶的作業(yè)負(fù)載要求。

試驗(yàn)時(shí)間是2015年12月3日，試驗(yàn)在北京小湯山國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地進(jìn)行。試驗(yàn)主要目的是測(cè)試打孔機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求，并為設(shè)計(jì)改進(jìn)提供指導(dǎo)。試驗(yàn)主要測(cè)試項(xiàng)目包括：最大打孔深度、打孔合格率、生產(chǎn)效率、外形尺寸、工作電壓等主要技術(shù)參數(shù)。主要用到的儀器有高精度電壓表、卡尺、卷尺、秒表等。打孔合格率試驗(yàn)連續(xù)播種3盤，統(tǒng)計(jì)孔的深度、直徑和誤差范圍，重復(fù)3次試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果求平均值。試驗(yàn)所用穴盤規(guī)格為72穴。

結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，打孔位于穴盤中心，誤差小于5 mm為合格，打孔合格率達(dá)到97.2%。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)過(guò)于干燥或者過(guò)于潮濕會(huì)導(dǎo)致打孔合格率下降，原因是打孔器往上運(yùn)動(dòng)時(shí)，基質(zhì)會(huì)黏附在打孔器上，從而對(duì)孔的形狀保持有一定影響。從后期發(fā)芽率試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，打孔質(zhì)量差會(huì)降低發(fā)芽率。生產(chǎn)效率按照統(tǒng)計(jì)計(jì)算的方法完成，連續(xù)作業(yè)時(shí)，打孔的位置處于穴孔的中心點(diǎn)區(qū)域，輸送帶上的穴盤位置沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)位，傳感器探測(cè)定位準(zhǔn)確。隨機(jī)挑選20個(gè)孔進(jìn)行測(cè)量，孔深度為25～35 mm，達(dá)到理想目標(biāo)。通過(guò)調(diào)節(jié)打孔深度，穴盤中的基質(zhì)孔深在5 mm誤差以內(nèi)。

結(jié)論

本文針對(duì)溫室育苗播種的需要設(shè)計(jì)了自動(dòng)打孔機(jī)，試制了樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)論如下：

（1）采用紅外傳感檢測(cè)的方法精確定位穴盤，輸送帶上的穴盤打孔位置的誤差小于5 mm，證明該方法可行。

（2）連續(xù)作業(yè)時(shí)效率達(dá)到520盤/h，打孔合格率達(dá)到97.2%，結(jié)果表明該技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)了快速精準(zhǔn)的打孔作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1]于建群.打孔式播種機(jī)的研究進(jìn)展[J].吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，25（1）：115-119.

[2]馬瑞峻，馬旭，張亞莉，等.超級(jí)稻精量穴盤播種機(jī)排土器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（3）：8-13.

[3]朱盤安，李建平.便攜式蔬菜穴盤自動(dòng)播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47（8）：7-13.

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