基于斜接面接合的茄科蔬菜针接式嫁接机关键技术研究与优化

摘要

在蔬菜生产过程当中，嫁接栽培技术是缓解土传病害有效方法，现已在亚洲和欧洲一些国家广泛应用于瓜类和茄科果蔬作物的种植过程中。斜切针式嫁接法作为一种新型嫁接方法，与其他嫁接方法相比具有技术环节简单、操作简便，成活率高等特点。随着农业现代化的推进，传统手工嫁接已经无法满足集约化工厂育苗的需求，研究可靠稳定高效的自动化蔬菜嫁接装备已成为各国科研机构的研究热点。
　　本文分析了国内外自动化嫁接装备的研究现状，在此基础上对基于斜接面接合的茄科蔬菜针接式嫁接机关键技术进行了研究，得到以下结论:
　　1.测量了砧木和接穗的几何物理参数，测得番茄苗平均高度为118.6mm，平均苗径为2.58mm，嫁接苗产生自然弯曲的概率约为12.5％;研究接合面外形参数对嫁接效果的影响，分析得到斜切接合面的有效面积比平切高41.46％;进行了插针、切削、夹持三项试验，得到插针的适宜深度为7mm，最大插针偏差为1.8mm，新型夹持手较传统夹持手夹持成功率提高3.6％-6.6％，最适宜的切刀为剃须刀片，刀距为1mm，切削速度为37.5mm/s。
　　2.对嫁接机关键机构进行研究，对嫁接机总体设计方案进行了优化，分析机构定位精度、夹持过程、插针过程，在验证关键机构设计的合理性后，研制了新型的夹持机构、出针机构、定位机构和对接机构。
　　3.选用西门子S7-200PLC作为主控制器，搭建了嫁接机的自动控制系统硬件系统。在设计控制系统软件程序时，采用模块化编程思想，提高了嫁接过程的稳定性，并对嫁接机进行工作时序优化。
　　4.分步进行了嫁接苗切削试验和夹持试验，并进行嫁接机整体流水线作业试验，测得嫁接成功率为90％，嫁接生产率为1000株·h-1。

目录

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论文说明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 嫁接机整机研究

1．2．2 关键机构的研究

1．3 国内外研究现状分析

1．4 主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 嫁接质量与嫁接参数的研究

2．1 嫁接对象几何参数测量

2．1．1 嫁接对象的选择

2．1．2 嫁接苗及穴盘几何参数测量

2．2 砧木与接穗接合面外形参数对嫁接效果影响研究

2．3 嫁接针插针试验

2．3．1 插针试验目的

2．3．2 插针试验材料与方法

2．3．3 插针试验结果与分析

2．4 夹持机构嫁接苗夹持实验

2．4．1 嫁接苗夹持试验目的

2．4．2 嫁接苗夹持试验材料与方法

2．4．3 夹持试验结果与分析

2．5 切削机构嫁接苗切削试验

2．5．1 嫁接苗切削试验目的

2．5．2 嫁接苗切削试验材料与方法

2．5．3 切削试验结果与分析

2．6 本章小结

第三章 嫁接机关键机构的研究

3．1 出针机构研究

3．1．1 单株式出针机构分析

3．1．2 穴盘式插针出针装置设计与分析

3．2 定位机构研究

3．2．1 装配定位机构设计与分析

3．2．2 运动定位机构设计与分析

3．3 夹持对接机构研究

3．3．1 夹持机构设计与分析

3．3．2 对接机构设计与分析

3．4 本章小结

第四章 嫁接机总体设计方案与优化

4．1 系统功能分析

4．1．1 功能具体化

4．1．2 工作流程

4．2 嫁接机机构总体设计与优化

4．3 嫁接机动力总体设计与优化

4．3．1 气动元件的选择

4．3．2 电机的选型与控制

4．3．3 步进电机控制部分优化

4．4 本章小结

第五章 基于PLC的控制系统设计与优化

5．1 整体控制方案设计

5．2 控制系统硬件设计与实现

5．2．1 PLC的选型

5．2．2 PLC对执行动力元件的控制

5．3 控制系统软件设计与优化

5．3．1 软件系统整体设计思路

5．3．2 砧木精切模块

5．3．3 接穗处理模块

5．3．4 嫁接模块

5．3．3 砧木粗切模块

5．3．4 穴盘定位模块

5．4 安全回路设计

5．5 时序图优化

5．6 本章小结

第六章 嫁接机整机总体试验

6．1 嫁接机切削试验

6．2 嫁接机夹持试验

6．3 嫁接机嫁接试验

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 主要创新点

7．3 展望

参考文献

附录 针式嫁接机控制系统PLC梯形图

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