甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展中心

□ 葉秋楠

甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)總體結(jié)構(gòu)是一個(gè)機(jī)電一體化開環(huán)系統(tǒng)，由可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行元件（氣缸、步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械系統(tǒng)三部分構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)結(jié)構(gòu)

其中，機(jī)械系統(tǒng)包括砧木及接穗切削裝置、嫁接夾振動(dòng)送夾及推夾裝置兩大部分，其結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖2 所示。

圖2 甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

一、砧木及接穗切削裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

甜瓜嫁接機(jī)砧木及接穗切削裝置是嫁接機(jī)的核心部件，主要包括上苗機(jī)構(gòu)、砧木及接穗取苗搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)等，如圖3 所示。嫁接機(jī)分別設(shè)計(jì)了砧木及接穗兩個(gè)切削裝置，主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣爪，用來完成砧木和接穗的抓取搬運(yùn)工作，氣爪的伸縮由直線氣缸控制，氣爪安裝在砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)直線伸縮氣缸的末端，直線伸縮氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)控制。

圖3 砧木和接穗切削裝置結(jié)構(gòu)示意圖

其工作過程是：在操作臺(tái)兩側(cè)分別設(shè)置相應(yīng)上苗機(jī)構(gòu)，此時(shí)砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)裝置直線伸縮氣缸伸出，其末端的氣爪張開，準(zhǔn)備夾苗，當(dāng)分別抓好砧木和接穗苗之后，搬運(yùn)裝置在砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)裝置各自步進(jìn)電機(jī)控制之下按要求的方向分別旋轉(zhuǎn)90°至各自的切削工位，砧木和接穗切削機(jī)構(gòu)完成切削，然后砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)裝置繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°至砧木和接穗對(duì)接工位，此時(shí)嫁接夾振動(dòng)輸送和推夾裝置推出嫁接夾，完成一次對(duì)接過程，然后砧木和接穗旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)裝置直線氣缸縮回，并返回起點(diǎn)進(jìn)行下一次取苗。砧木和接穗切削裝置的工作流程如圖4 所示。

圖4 砧木和接穗切削裝置的工作流程圖

二、振動(dòng)送夾及推夾裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

嫁接機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)除砧木及接穗切削裝置外，還包括嫁接夾振動(dòng)排序送夾及推夾裝置，其結(jié)構(gòu)包括圓盤振動(dòng)排序送夾裝置和直線振動(dòng)送夾裝置及推夾裝置組成。首先由圓盤振動(dòng)排序送夾裝置對(duì)夾子進(jìn)行排序并經(jīng)端口輸送至直線振動(dòng)送夾裝置，然后送給推夾裝置完成供夾動(dòng)作。

1.振動(dòng)排序送夾裝置結(jié)構(gòu)

振動(dòng)排序送夾裝置主要由圓形筒狀料斗、定向篩選機(jī)構(gòu)、頂盤、電磁激振器、支撐板彈簧、重盤和底座減震器等基本結(jié)構(gòu)組成。電磁激振器是電磁鐵和銜鐵的總稱，它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能，作為裝置的動(dòng)力源，通常安裝在料斗底部的中心處。重盤是固定電磁鐵和板彈簧的基礎(chǔ)零件，也是影響下部可動(dòng)部分的主要零件，其外徑通常略小于料斗外徑。減震器位于重盤底部，由4 個(gè)圓柱型的橡膠減振支座構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

2.傾斜直線振動(dòng)送夾裝置設(shè)計(jì)

傾斜直線振動(dòng)送夾裝置主要用于對(duì)圓盤振動(dòng)排序裝置供夾提供一個(gè)緩沖，當(dāng)直線振動(dòng)送夾裝置中的嫁接夾數(shù)量滿足下一個(gè)嫁接動(dòng)作時(shí)，關(guān)閉圓盤振動(dòng)排序送夾裝置，停止供夾動(dòng)作。當(dāng)直線送夾裝置中的嫁接夾數(shù)量不足時(shí)，開啟圓盤振動(dòng)排序裝置，繼續(xù)對(duì)直線送夾裝置供夾。這樣可以減少振動(dòng)盤的工作時(shí)間，提高振動(dòng)盤的工作可靠性，延長動(dòng)振動(dòng)盤的工作壽命，同時(shí)也降低工作環(huán)境的噪聲。

傾斜直線振動(dòng)送夾裝置（圖6）由送夾滑道機(jī)構(gòu)、電磁振動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制單元構(gòu)成。為了讓嫁接夾能順利在滑道內(nèi)滑動(dòng)，并且不擺動(dòng)，根據(jù)嫁接夾的結(jié)構(gòu)尺寸，滑道內(nèi)應(yīng)有滑槽。設(shè)計(jì)滑道的深度為2mm，寬度為10mm。嫁接夾設(shè)計(jì)為頭部在滑道的滑槽中滑動(dòng)，避免了夾子的左右擺動(dòng)。同時(shí)為了避免夾子滑動(dòng)過程中出現(xiàn)跳動(dòng)，滑道上部設(shè)計(jì)左右對(duì)稱的蓋板，滑槽設(shè)計(jì)深度為11mm。為了保證滑道中有足夠多的夾子提供給推夾機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)滑道總長為400mm。送夾滑道機(jī)構(gòu)還包括滑道壓蓋，以免夾子偏離滑道方向。

工作時(shí)，電磁鐵中通有經(jīng)半波整流后的50Hz 的交流電，鐵芯線圈產(chǎn)生的脈動(dòng)電磁力使振動(dòng)盤振動(dòng)，從而使振動(dòng)盤內(nèi)的嫁接夾在自身重力、摩擦力和慣性力的共同作用下沿著傾斜直線振動(dòng)送夾裝置順序、均勻地向下輸送，通過推頭推動(dòng)進(jìn)入推夾裝置。

3.推夾裝置設(shè)計(jì)

推夾裝置由推夾機(jī)構(gòu)、推頭構(gòu)成。推夾機(jī)構(gòu)是推夾裝置的關(guān)鍵部件，嫁接夾在張開過程中，當(dāng)其頭部兩外側(cè)相互平行時(shí)，嫁接夾被打開。根據(jù)夾子張開時(shí)所測(cè)的平均寬度，設(shè)計(jì)推夾機(jī)構(gòu)內(nèi)壁的寬度為8mm。由于嫁接夾設(shè)有使夾子保持合攏的彈性鋼圈，推夾時(shí)為了鋼圈順利滑動(dòng)，在推夾機(jī)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)計(jì)了凹槽。根據(jù)夾子形狀，又設(shè)計(jì)了特殊的推頭結(jié)構(gòu)，由氣缸驅(qū)動(dòng)。這樣夾子就可以順利地被推桿推出，完成嫁接動(dòng)作。推夾機(jī)構(gòu)和推頭如圖7 所示。

根據(jù)虛擬樣機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了虛擬裝配，在完成機(jī)械系統(tǒng)仿真之后試制了甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)的樣機(jī)，根據(jù)甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)的工作原理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)實(shí)物樣機(jī)如圖8所示。Θ

圖8 甜瓜自動(dòng)嫁接機(jī)