国内外自动移栽机关键技术分析-农业机械化论文-农学论文
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学士学位毕业设计小型蔬菜移栽机的研究与设计学生姓名:***学号:****************指导教师:******所在学院:工程学院专业:机械设计制造及其自动化中国·大庆2012年4月毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
农业机械中的先进农业技术研究论文(优秀范文五篇)第一篇:农业机械中的先进农业技术研究论文摘要:首先,针对不同类型的农业机械进行了分析。
其次,列举了2个现代农业先进技术的例子。
最后,研究了给予农业机械中的先进农业技术的应用。
关键词:机械;先进技术;农业生产;农产品随着我国经济的不断发展,机械化生产模式不仅仅在工业生产中得到推广,并在我国农业生产中广泛运用。
机械作用于农业生产中改变了过去人力劳作下的现状,提高了农业生产的效率。
分析农业机械的几种类型,研究先进技术在农业机械中的具体应用,对我国农业生产的发展有着重要意义。
1农业机械的种类研究随着我国农业经济的不断发展,农业生产活动逐渐走向机械化时代。
在过去时代中农业生产活动主要是依靠农民的手工劳作,这种农业生产方式存在低效率、低质量等问题。
在科学技术不断进步的今天,农业机械的使用以及得到广泛的普及。
农业机械作用于农业生产不仅加快了农业生产的效率,还提高了农业生产的质量,并且还改善了过去形势下手工作业存在的很多问题,如水资源浪费、农产品加工保护不到位等,还受到天气、人身因素的限制。
总之,农业机械的广泛运用推进了我国农业经济发展的进程,为我国总体经济的发展奠定了基础。
根据农业生产活动的不同环节,可大致把农业机械分为以下几种类型。
1.1农田建设农田建设是农业生产极为重要的环节,利用农业机械进行农田建设可提高农田建设的效率和质量[1]。
只有首先保证农田建设的较为完善且不存在问题,才能确保后续农业生产活动的顺利进行。
如水利建设对农业生产极为重要,优质的水利建设可确保在农业生产中有充足的水资源利用,甚至会对农田起到一定的保护作用,如防范水灾等。
1.2土壤耕种土壤的好坏直接影响到后续农业生产的效率及质量。
在农业生产活动中,农作物的种植和培育都需要在符合农作物生长的土壤环境下进行。
过去阶段下,大多数农业生产活动中都利用动物劳作进行土壤耕种,如利用牛来翻土。
虽然这种劳作方式节省了人力,但由于动物驯化难及存在一些不稳定因素,导致翻土效率并不是很高。
国内外智能化农业机械装备发展思考论文国内外智能化农业机械装备发展思考论文“智慧农业”是在“智慧地球”概念上衍生出来的,是农业发展的高级阶段,目前尚未有统一定义,其基本内涵是集成物联网、云计算等信息技术,实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能分析、专家在线指导,为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策等。
智能化农机装备(目前一些省市农机管理部门称为“智慧农机”)既是智慧农业的重要组成部分,也是发展智慧农业的重要物质手段。
目前国内各省市都在积极推进“智慧农业”发展,然而国内现有各种农业机械在作业功能、效率和能源消耗等方面,不仅滞后于智慧农业发展的需要,也与发达国家水平存在巨大差距。
因此,分析发达国家智能化农机装备的发展应用现状,对国内农机企业提升改造现有农机装备,研制开发高效、节能、环保等智能化农机装备,以及提高农机装备的自动化、智能化水平,实现农业机械作业的精确化与高效益,满足智慧农业发展的需求等都具有重要意义。
1智能化农机的内涵与优点1.1智能化农机的内涵智能化农机是指装备有中央处理芯片(CPU)和各种各样的传感器或无线通讯系统的现代化农机,其特点是加装在农业机械上的微型计算机对传感器传回的各种信号进行逻辑运算、传导、传递,进而在动态作业环境下发出适宜指令驱动农业机械来完成正确的动作,由此实现农业生产和管理的智能化。
智能化农机所要达到的目的是实现工作效率化、作业标准化、农机舒适化、人机交互人性化、操作傻瓜化等。
目前智能化农业机械装备已成为当今世界农业装备发展的新潮流,是近几年来国际上农业科学研究的热点之一。
1.2智能化农机的优点智能化农机是应用计算机技术、电控技术和人工智能等技术装备农业机械的高新技术产品,与传统的功能性农机相比具有以下几个方面优点:(1)功能强大。
智能化农机由于装备了智能化控制系统,不但能完成传统农机的耕作、收获、灌溉和病虫害防治等作业,还可进行土壤信息采集、农作物产量信息采集等工作,进而为精准农业的实施提供技术支撑。
水稻机械化移栽技术分析与研究水稻是我国最主要的粮食作物之一,其种植与收割都需要大量人力和物力,使用传统的手工插秧方法来移栽水稻,不仅劳动强度大,而且效率低下,难以满足现代化生产的需求。
为了提高水稻生产效率,减轻农民的劳动强度,农业科技人员利用机械化移栽技术,不断改进和推广机械化移栽技术,以适应现代化农业生产要求。
1. 传统的手工插秧方法的缺陷传统手工插秧方法是将稻苗一个个手工插入水田中,然后用手操作将其插入稻秧中。
这种方法的优点是成本低,但其劣势显而易见。
首先,这种方法需要耗费大量的人力和时间,每天需要辛苦的劳动,同时也需要耗费大量的时间。
其次,人工插秧的误差较大,易导致同一田块内水稻的生长不均匀,对水稻产量产生影响。
第三,由于人工劳动往往工作效率低下,不能满足高效率和大规模生产的需求。
2. 水稻机械化移栽技术的发展历程自上世纪60年代起,中国开始尝试将传统的手工移栽方式改为机械化移栽方式。
改革后,机械化移栽技术随着农业技术的不断发展和改进而逐渐成熟。
最开始,机械化移栽技术的主要思路是取代人工移栽,以人为主的机械化移栽技术很快得到了广泛的应用。
到80年代初,中国已经可以自主开发水稻机械化移栽机,并开始在一些重要水稻生产区进行试用。
此后,机械化移栽技术得到了持续改进和完善,种植效率进一步提高。
水稻机械化移栽技术的基本原理是利用机器来取代手工插秧工作,把根系紧紧地插入土中,以保证植株在移植后的生长和发育。
因此,该技术的实现可以通过机械手臂、移栽机、移栽器等实现,可以自动将水稻移植到泥球或固定容器中,在移植过程中可以喷洒润湿剂或添加肥料。
水稻机械化移栽技术的优势不仅在于减轻了人工劳动负担,同时还有助于提高作收率和增加水稻产量,农民不再需要进行繁琐的手工劳动,大大提高了工作效率。
在未来,随着技术的进一步发展和改进,水稻机械化移栽技术将会更加完善,具有更高的经济效益和社会效益,对于我国现代农业生产的发展和粮食生产的增长具有重要的意义。
我国蔬菜移栽机械的发展趋势【摘要】我国蔬菜移栽机械在现代农业中扮演着重要的角色。
随着智能化和自动化趋势的不断发展,蔬菜移栽机械也逐渐向智能化方向发展,提高生产效率。
多功能化设计使机械能够适应不同类型的蔬菜移栽操作,节约人力成本。
节能减排技术的应用使其更加环保,符合现代社会的可持续发展要求。
设备结构的创新不断提升了机械的使用便捷性和稳定性。
未来,环境友好的蔬菜移栽机械将成为一大发展趋势。
我国蔬菜移栽机械发展前景广阔,但需要加大研发投入和技术支持,市场需求将推动机械行业不断创新。
【关键词】关键词:蔬菜移栽机械、发展趋势、智能化、自动化、多功能化、节能减排技术、环境友好、创新、前景广阔、研发投入、技术支持、市场需求、创新。
1. 引言1.1 我国蔬菜移栽机械的重要性我国蔬菜移栽机械在现代农业生产中扮演着至关重要的角色。
随着经济的快速发展和人口的增加,农业生产方式也在不断向现代化、智能化转变。
蔬菜移栽机械作为现代农业生产的关键装备之一,具有提高生产效率、减轻劳动强度、保证农产品质量的重要作用。
蔬菜移栽机械的使用不仅可以节约人力成本,减少劳动力浪费,还可以提高移栽的准确性和效率,从而提高农业生产的整体效益。
与传统的人工移栽相比,机械化移栽不受天气和季节的限制,可以实现全天候、高效率的生产,有效提高农作物的产量和品质。
我国蔬菜移栽机械的发展对于农业现代化、农业生产方式转变具有重要意义。
随着科技的不断进步和农业装备的不断更新,我国蔬菜移栽机械必将迎来更加广阔的发展空间和更好的发展前景。
1.2 现状分析目前,我国蔬菜移栽机械行业尽管取得了一定的发展成就,但仍存在着一些不容忽视的问题。
在技术水平上,我国蔬菜移栽机械与发达国家相比仍有一定差距。
虽然我国在移栽机械的生产和应用方面取得了一定进展,但仍面临着使用效率低、操作复杂、适应性差等问题。
在质量方面,一些生产厂家为了追求利润最大化,存在着一些生产偷工减料、质量不达标的情况,给用户带来了不小的风险。
国内外旱地移植机械化发展及现状分析摘要:蔬菜在我国的农业生产中占据着重要地位和作用,发展旱地移植机械化对实现蔬菜生产机械化和产业化具有重要意义。
通过对国内外旱地移植机械化技术发展研究,分析制约我国蔬菜移植机械化发展的因素及存在的问题,提出加速发展我国旱地移植机械化发展的建议,为蔬菜移植机械化技术发展提供参考。
关键词:移植机;蔬菜移栽;旱地;自动化中图分类号:S223.9 文献标识码:A 文章编号:1674-1161(2016)03-0040-03我国是世界上最大的蔬菜生产国,蔬菜播种面积居世界第一位。
蔬菜生产是一项劳动密集型产业,其中秧苗移栽是蔬菜生产过程中的重要环节,约有60%以上的蔬菜品种采用育苗栽植方式种植,但是传统人工栽植操作技术落后,效率低,用工量大,劳动强度高,无法在短时间内完成大面积移栽。
同时,人工栽植很难保证栽植株距、行距和深度均匀一致,影响作物的品质和产量。
为减少人工消耗,提高移栽的质量和劳动效率,实现蔬菜栽植机械化势在必行。
研究国内外旱地移植机械化技术,分析制约我国蔬菜移植机械化发展因素,提出加速旱地移植机械化发展建议,对加速蔬菜移植机械化技术发展具有重要的参考意义。
1 国外旱地移植机械化技术发展1.1 半自动化移栽机械化发展时期移植技术发展比较早的国家和地区主为欧美和日本等国。
早在20世纪20年代初期,这些国家就开展了钵苗移植的生产工艺研究,研制出简单的秧苗移植机械,在一定程度上减轻了人工移植的劳动强度。
30年代末至40年代初期,手工喂苗的秧苗移栽机具的人工动作被移栽机构所取代;50年代开始半自动移植技术及机械研究,不同结构的半自动移植机械和制钵机问世,送苗入土过程实现机械化;20世纪80年代,半自动移栽机、制钵机已开始在农业生产中推广应用;80年代至今,由于穴盘育苗技术的推广使用,育苗过程逐步实现机械化、工厂化和设施化,移栽机械发展迅猛,各种作物移栽基本实现机械化,并研制出多种全自动移栽机。
水稻机械化移栽技术分析与研究水稻是我国重要的粮食作物之一,是国民经济的重要支柱。
然而,传统的手工移栽劳动强度大、效率低,不能适应现代化农业发展的需要。
因此,水稻机械化移栽技术成为了农业现代化的趋势之一。
本文将从机械化移栽技术的需求和发展现状、机械化移栽的技术要求、机械化移栽的优缺点及发展前景等方面进行分析。
一、机械化移栽技术的需求和发展现状机械化移栽技术的需求主要来自于以下几个方面:1.农业现代化需求。
农业现代化是我国经济社会发展的必然要求,而水稻机械化移栽技术正是农业现代化的重要组成部分之一。
2.劳动力成本上升。
由于城乡经济快速发展,农村劳动力逐渐外出打工,给农业生产带来了困难。
因此,机械化移栽技术就成为了一种解决农业生产劳动力紧缺问题的有效手段。
3.提高生产效率。
机械化移栽技术能够降低劳动强度,提高生产效率,提高生产力,从而增加农民的收入。
目前,我国水稻机械化移栽技术已经处于快速发展阶段,不论是技术水平还是应用范围都有了很大发展。
据统计,目前我国的水稻机械化移栽率已经达到了80%以上。
1.机械化移栽机的设计和制造。
机械化移栽机具有自动化程度高、定位精度高、稳定性好等特点。
2.种子培育。
水稻种子应该具有优良的品质和适应性,以及高的出苗率。
3.土地和田地管理。
农民应该按照正确的中补技术要求,在播种前进行整地、施肥、翻耕等一系列工作,以提高机械化移栽效果。
4.移栽操作。
移栽操作应该遵循正确的移栽方法,减少机械化移栽机对于作物的损伤。
三、机械化移栽的优缺点及发展前景2.提高了移栽的准确性。
传统人工移栽受天气、人为因素的影响比较大,而机械化移栽技术可以做到落株、架粒、翻盖等操作准确无误。
3.减少了劳动强度。
机械化移栽技术能够有效地降低农民的劳动强度,使得农民不再需要在炎热的夏季冒着高热等病痛去作业。
1.机械化移栽机造价昂贵。
机械化移栽机的价格相较传统人工移栽较高,因此机械化移栽技术的普及程度不高。
2.对土地要求高。
蔬菜穴盘苗自动移栽机设计及关键技术研究摘要:本文基于蔬菜穴盘苗移栽的生产需求,设计了一种自动化移栽机。
该移栽机采用了传感器、控制系统和执行机构等关键技术,实现了对穴盘苗的自动化分选、定位和移栽。
移栽机具有高效率、高精度和低故障率等优点,适用于不同规格的穴盘苗的移栽。
关键词:蔬菜穴盘苗、自动移栽机、传感器、控制系统、执行机构1引言随着现代农业技术的不断发展和进步,蔬菜种植的自动化程度也得到了显著提高。
在蔬菜生产过程中,穴盘苗移栽是一项重要的环节,也是提高蔬菜品质和产量的关键技术之一。
然而,传统的穴盘苗移栽方式往往需要大量人力和时间,而且精度和效率都比较低,已经不能满足现代化大规模生产的需求。
因此,为了提高穴盘苗移栽的自动化程度,本文基于蔬菜穴盘苗移栽的生产需求,设计了一种自动化移栽机,并对其关键技术进行了研究。
该移栽机采用了传感器、控制系统和执行机构等关键技术,实现了对穴盘苗的自动化分选、定位和移栽,具有高效率、高精度和低故障率等优点,适用于不同规格的穴盘苗的移栽【1】。
此外,本文还介绍了移栽机的关键技术和实验结果分析,为蔬菜自动化生产提供了有益的探索和参考。
同时,随着农业科技的不断发展和进步,相信移栽机在未来的应用和发展前景也将更加广阔。
2蔬菜穴盘苗移栽机概述2.1穴盘苗移栽的生产需求在蔬菜生产过程中,穴盘苗移栽是一个非常重要的环节。
穴盘苗是指在特殊的穴盘中育苗,其种植质量稳定,发芽率高,且可有效抑制病害,成为了蔬菜生产中一种重要的育苗方式。
然而,传统的穴盘苗移栽方式存在一系列问题,如移栽效率低、移栽质量不稳定、工作强度大等。
因此,需要一种新型的穴盘苗移栽机,以提高穴盘苗的移栽效率和质量。
2.2移栽机的基本结构和工作原理蔬菜穴盘苗自动移栽机主要由料斗、分选机构、输送机构、定位机构、移栽机构、控制系统等组成。
移栽机的基本工作原理是:通过感应技术对穴盘苗进行自动分选和定位,将穴盘苗从穴盘中取出,然后通过输送机构将穴盘苗运送到移栽机构,最后由移栽机构将穴盘苗移栽到指定位置。
自动移栽机取苗与栽植装置的设计与优化自动移栽机取苗与栽植装置的设计与优化摘要:随着农业现代化的推进,自动化设备在种植业中的应用越来越广泛。
本文以自动移栽机的取苗与栽植装置为研究对象,通过分析现有装置存在的问题和瓶颈,对设计和优化进行探讨。
设计出的自动移栽机取苗与栽植装置在实际应用中显示出良好的性能,具有较高的取苗速度和栽植准确度,为农业生产提供了便利。
关键词:自动移栽机;取苗与栽植装置;设计;优化。
一、引言近年来,随着农业生产的迅猛发展,种植业对自动化设备的需求不断增加。
自动移栽机作为一种高效、节约人力资源的设备,已经广泛应用于各种农作物的栽植过程中。
然而,在自动移栽机的取苗与栽植装置方面,仍然存在一些问题,例如取苗速度慢、栽植准确度低等。
为了提高自动移栽机的效率和性能,有必要对取苗与栽植装置进行设计与优化。
二、现有问题与瓶颈分析1. 取苗速度慢:传统的取苗装置采用机械手臂或机械爪进行取苗,操作不够灵活,动作缓慢,不能满足高效栽植的需求。
2. 栽植准确度低:由于传统装置对苗木的定位和栽植精度控制不够精确,导致栽植时苗木易受损或种植不规整。
三、自动移栽机取苗与栽植装置的设计与优化方案1. 设备重构与改进:通过对传统取苗装置的结构进行优化,将机械手臂或机械爪替换为高速取苗器。
高速取苗器采用真空吸附技术,能够快速而精确地取出苗木,提高了取苗速度和准确度。
2. 控制系统升级:采用先进的传感器和控制技术,对苗木的定位和栽植过程进行实时监测和控制。
通过精确控制苗木的位置和角度,保证苗木在栽植过程中不受损且栽植精度高。
3. 优化植物培养基:培养基是苗木生长的关键,可以通过选择合适的培养基成分和比例,提高苗木的生长速度和质量,减少栽植后的成活率。
四、实验结果与分析将设计优化后的自动移栽机取苗与栽植装置进行实验验证。
实验结果表明,该装置在取苗速度和栽植准确度方面有明显的改善。
通过对比分析,发现优化后的装置比传统装置取苗速度提高了30%,栽植准确度提高了20%。
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (3)1.1 课题研究的意义 (3)1.2 机械化移栽目前存在的主要问题 (3)1.2.1 移栽前应考虑的因素 (3)1.2.2 移栽过程中的注意事项 (4)1.2.3 移栽后的养护管理 (5)2 总体方案 (7)2.1 设计要求 (7)2.2 方案一 (7)2.3 方案二 (8)2.3 方案三 (10)2.4 总体方案确定 (12)3 树木移栽机总体设计 (13)3.1 树木移栽机的构造 (13)3.2 工作过程 (16)3.3 挖树机构设计 (17)3.3.1 工作铲 (17)3.3.1 锹铲的设计 (18)3.4 锹铲式挖树机构的导轨和导轨支架 (24)3.5 液压系统的设计 (26)3.6 液压悬挂装置 (31)技术经济性分析 (34)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)树木移栽机摘要:本设计的树木移栽机,用于挖掘直径在8-10cm的较小树木,挖掘土球直径为50cm,土球高度为40cm。
结构设计主要有:机架、铲刀、导轨、液压缸、升降机构的设计。
1.机架:包括一固定机架和两个活动机架,两活动机架分别通过两垂直转轴从两侧与固定机架铰接,相邻固定机架和活动机架分别与开闭油缸的缸体和活塞轴连接。
2.铲刀:本设计为菱形铲,共有三个铲刀,分别用螺栓连接在固定导轨上;三个铲刀表面有一定光滑度,经过淬火处理,有一定的硬度和韧性。
3.导轨:本设计中的导轨为滚动轴承导轨,固定内圈,外圈可转动。
4.液压缸:本设计总共设计了三组液压缸,包括开合液压缸,铲土液压缸和升降液压缸,分别实现开合、下铲和升降的功能。
5.升降机构:本设计设计的升降机构通过一个导向导轨和两个平行放置的液压缸实现主体结构提升和下降的功能。
本设计结构简单、操作简便、机动灵活、作业效率高。
关键词:树木移栽机铲刀三点悬挂机构液压Tree transplanterAbstract:The design of the tree transplanter is used for digging the smaller trees of 8-10cm,and digging the hole of 50cm in diameter and in the height of40cm.Structure design are: rack, blade, guide rail, hydraulic cylindersand elevatordesign.1.Rack: includes a fixed rack and the two activities, the two activities connectwith the fixed rack respectively through two vertical rack shaft from bothsides of the hinge. And the two activities connect with the opening andclosing cylinder through the piston shaft.2.Blade: The design is called the diamond blade and there are three blades,bolted in a fixed rail respectively; Three blades have smooth surface and acertain hardness and toughness after quenching.3.Rail: The design of the rail track is called the rolling bearing. It fixes theinner ring and outer ring can be rotated.4.Hydraulic cylinder: the design have three groups of hydraulic cylinders,including the opening and closing hydraulic cylinder, digging hydrauliccylinder and lift hydraulic cylinder. They achieve the opening and closingthe next shovel and lift functions respectively.5.Lifting mechanism: The design of the lifting body have a guide rail and twohydraulic cylinders placed parallel to the main structure to achieveimprovement and decline in function.The design have simple structure, easy operation, flexible, high efficiency. Keywords:tree transplanter blade Hand organization form with three points hydraulic pressure1引言1.1 课题研究的意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。
国内外自动移栽机关键技术分析-农业机械化论文-农学论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——引言育苗移栽技术可充分利用光热资源,提高作物复种指数,具有对气候的补偿作用和使作物生长提前的综合效益,是我国未来确保农产品供给安全的重要手段。
目前,国内移栽机械以半自动移栽机为主。
半自动移栽由人工取苗,取出的钵苗被放置在相应的输送装置或直接送入栽植装置,因人工喂苗速度有限、作业人员数量较多、作业效率不高,不适合短时间内完成大面积移栽,机械化效益不明显。
目前,其仅在种植利润较高的经济作物( 如烟草、油菜) 中有一定的推广。
对于蔬菜、玉米和棉花等,由于作物本身种植利润低,半自动移栽机由于效率低下成本回收慢,因此至今还未见大面积推广。
此外,新疆、东北等地区人口少而种植面积广,作物移栽期劳动力紧张情况尤为突出,对移栽机的工作效率提出了更高的要求。
全自动移栽机机械自动取苗,工作效率可以提高至半自动移栽机的 2 ~4 倍,极大地降低了操作者的劳动强度,并可很好地解决劳动力不足、作业效率低下等问题,被国内外普遍认为是最终的发展方向。
1 国内外发展现状国外特别是欧美国家的全自动移栽技术研究较国内而言起步早,也相对成熟,部分全自动移栽机已经有较好的推广。
美国Renaldo 公司于2003 年开发的基于空气整根苗盘的全自动蔬菜移栽机,针对特制的倒锥形硬质组合苗盘所育的苗,采用了负压取苗方式,将苗从上向下吸出后沿着输送管道送给栽植器;缺点是苗盘价格高、构造复杂,取苗时容易致基质松散,而且只能适合幼小的苗。
当前推广较多的全自动移栽机有意大利Ferrari 公司的Futura 系列全自动移栽机、英国的Pearson 全自动移栽机以及澳大利亚的Williames 自动移栽机等。
此类移栽机多为排式取苗,通过横、纵向输送及定位系统控制苗盘位置,采用顶苗杆将穴盘中的苗成排顶出或通过取苗爪将苗从穴盘中成排取出,实现精准取苗、投苗,每组部件取苗效率超过8 000 株/h。
这些机型主要针对基质钵苗,融合了先进的多传感器技术、自动控制技术,大幅提高作业效率、大量节省劳动力,满足了现代农业的发展需要; 但是价格昂贵,结构复杂,维护困难。
另外,日本旱地自动移栽技术也有很好的发展,如洋马、井关和久保田株式会社都有比较成熟的自动移栽机。
以洋马自动移栽机为例,以原有插秧机技术为基础并加以改进,1 行只有 1 个取苗机械手。
这种形式的移栽机整机体积小,移动灵活,特别适用于丘陵小地块作业; 缺点是1 次只取1 株苗,速度较低,洋马自动移栽机作业效率为3 000 株/行h。
目前,国内还没出现成熟的自动移栽机,大部分自动移栽技术研究多处于部件研究和试验阶段。
吉林工业大学孙廷琮等人发明了空气整根营养钵育苗及移栽系统。
空气整根营养钵育苗及移栽系统在原理和技术上都实现了穴盘育苗移栽自动化,但是多年来一直没有推广使用。
2 国内外自动移栽机关键技术分析自动移栽机主要由3 大部件组成: 取苗部件、给苗部件和栽植部件。
栽植部件在半自动移栽机上已有应用并且发展较为成熟,因此设计稳定、可靠的取苗部件和给苗部件是实现全自动移栽的关键。
2.1 国内外自动移栽取苗技术研究现状现有国内外自动移栽技术在取苗方式上大致可分为两类,即排式取苗和单株取苗。
2.1.1 排式取苗每个工作单元有多个取苗爪,一次取多株苗。
此类结构通常融合自动控制技术和气动技术于一体,实现一组取苗爪的精准定位、准确动作,取苗速度较高,能达到8 000 株/h。
排式取苗根据具体动作方式又可分为两大类: 顶出式取苗和拔出式取苗。
1) 顶出式取苗: 取苗爪运动至取苗位置后静止;顶针从育苗穴盘后部将苗顶出并推入取苗爪夹持区域; 取苗爪夹紧苗钵,完成取苗; 被取出的秧苗随取苗爪移动至输送部件上方,完成投苗。
此种取苗方式动作稳定可靠,不伤苗体或基质,对不同种类秧苗的通用性强; 但是取苗过程需要不同部件配合完成,对定位、动作控制要求高,结构复杂。
代表机型有Ferrari( 见图1) 全自动移栽机、Williames( 见图2) 全自动移栽机及Agitiplanter 全自动移栽机等。
2) 拔出式取苗: 取苗爪主动加持苗茎干或插入秧苗土钵内,将苗拔出穴盘,而带苗移动至输送部件上方,投苗。
此种形式取苗动作由单一工作部件完成,结构相对简单,动作快捷; 但是由于取苗爪要加持茎干或基质,对加持部位会有一定的损伤。
代表机型有Teaproject( 见图3) 全自动移栽机及Pearson 全自动移栽机等。
国内学者研究的取苗机械手以拔出式取苗居多。
比较典型的有工业大学高国华等人、沈阳农业大学邱立春等人,集合气动技术和自动控制技术设计移栽爪( 见图4) ,通过气缸控制取苗爪的移动1设计。
南京农业大学韩长杰等人设计了多组气缸驱动的翻转摆位式取苗机械手( 见图5) ,利用扎苗、放苗气缸控制取苗爪的取苗、放苗,翻转气缸和摆位气缸控制机械手在取苗位和投苗位的姿态变换; 通过室内取苗试验得出,系统取喂苗总可靠率达98.92% ,平均基质损失质量9.26% ,取喂速度达4 200 株/h,未见明显伤苗。
南京农业大学尹文庆等人设计的机械手的工作原理为通过滑道( 槽形凸轮) 控制取苗爪的张开和闭合。
浙江大学任烨等人研究了基于机器视觉的设施农业移栽机器人,包括视觉系统、控制系统、机器臂等。
机器臂由步进电机驱动,气缸驱动末端执行器,并对针式、铲式和锥形 3 种手指的取苗效果进行了对比试验,认为铲式效果。
江苏大学毛罕平、胡建平等人设计了旱地穴盘移栽装置末端执行器( 见图6) ,多个取苗执行器并联安装,通过凸轮控制开合。
2.1.2 单株取苗单株取苗即1 次取1 株秧苗,每行只有 1 个取苗爪工作,大多采取拔出式取苗方式。
取苗爪从育苗盘中将苗取出,直接加持至栽植部件上方,投入栽植器。
此类取苗方式要求取苗爪以特殊轨迹运动,并在运动中不断变换姿态,以满足取苗和投苗要求。
单株取苗机械手从取苗、送苗到投苗至栽植器的动作都由单一部件完成,结构简单紧凑,生产成本低;缺点是一次只取 1 株苗,速度较低,通常不高于4 500株/h。
单株取苗形式多见于日本洋马、井关、久保田等公司开发的全自动移栽机。
国内浙江理工大学开发的回转箱式取苗机械手、江苏大学开发的凸轮连杆组合式取苗部件、中国农机院开发的齿轮-五杆取苗机械手都是比较典型的单株取苗机械手。
江苏大学毛罕平等人开发的自动取苗机械手由取苗爪、回转箱驱动机构及槽形凸轮机构组成,机构运动时以图7 所示轨迹实现从穴盘中取苗和向植苗机构投苗的动作。
浙江理工大学俞高红等人采用回转式取苗机械手在行星减速箱内配置非圆齿轮和不完全齿轮,形成插值臂末端特定的运动轨迹,从而完成取苗和向栽植部件投苗的动作,如图8 所示。
中国农机院赵亮等人采用双曲柄的五杆机构控制取苗爪,实现苗爪的取苗和投苗动作,取苗工作效率为 4 200株/h,如图9 所示。
2.2 国内外自动移栽机给苗技术研究现状设计与取苗装置动作准确配合的苗盘的进给装置也是自动移栽机开发的关键技术之一。
不管排式取苗还是单株取苗,相对应的苗盘进给原理基本一致。
整个进给大致可分为横向进给和纵向进给。
横向进给目的是取同一排苗,进给1 次,取1株或多株苗。
整排苗取完后纵向进给动作,将下一排苗送至待取行,继续取下一排苗。
假定取苗部件 1 次取 a 株苗,对于一个规格为m n 的苗盘,横向进给ma-1 次,纵向进给n -1 次,即可将整盘苗取完。
给苗部件要求进给准确、无累积误差,现有机型具体实现形式主要有两种: 纯机械驱动进给和机电气动联合控制的间歇进给。
前者通常与单株取苗机械手配合使用,后者通常与排式取苗配合使用。
洋马自动移栽机送苗机构为纯机械驱动,横向进给利用凸轮轴控制,纵向进给由凸轮轴一侧的边凸轮触发棘轮动作,结构简单、紧凑,如图10 所示。
Ferrari、Williames等自动移栽机的送苗机构均为电气结合控制,机构由气动元件驱动,通过传感器、PLC 等电子器件控制其动作的频率和幅度,从而达到精准送苗的目的,如图11 所示。
国内专门进行给苗部件的研究较少,中国农机院设计的给苗部件采用凸轮轴与间歇运动机构结合控制苗盘的横向间歇进给,采用棘轮结构控制其纵向进给。
韩长杰基于气动技术设计穴盘步进移位机构,通过步进移位气缸结合棘轮实现苗盘的横向进给,通过左右移位气缸实现苗盘的左右进给。
2.3 国内外全自动移栽机栽植技术研究现状国内外全自动移栽机常见的栽植方式主要有导苗管式、挠性圆盘式及输送带式等。
2.3.1 导苗管式秧苗由输送装置送到导苗管上方,顺着导苗管在重力作用下落入开沟器开好的土槽中,后在回流土与压实装置作用下定植。
Ferrari 全自动移栽机和Williames 全自动移栽机均为此种栽植方式,如图12所示。
2.3.2 挠性圆盘式通常挠性圆盘式移栽机的输送装置是全程输送带式,秧苗在输送带末端被交接至挠性圆盘,再随挠性圆盘栽入土中。
典型机具有Agitiplanter 全自动移栽机和FMC 全自动移栽机等,如图13 所示。
2.3.3 输送带式此种形式是指由输送带直接将秧苗送入开好的土槽中,后在回流土与压实装置作用下覆土定植。
代表机型是Pearson 全自动移栽机,如图14 所示。
以上几种栽植形式在半自动移栽机中都有应用,但是有个共同的缺点是无法实现膜上移栽,在我国大部分地区( 如东北、西北甚至部分南方地区) 推广使用都受到限制。
2.3.4 鸭嘴式栽植部件鸭嘴式栽植部件可以实现膜上移栽,是目前我国半自动移栽机中使用较多的栽植方式。
目前,国外自动移栽机使用鸭嘴栽植器( 见图15) 的只有洋马生产的全自动移栽机,但是移栽效率较低,仅为35 ~50株/min。
国内中国农机院的就是鸭嘴式栽植器。
3 结论国外自动移栽机技术先进、性能可靠,并且已经有一定规模的推广使用; 但是价格非常昂贵,是半自动移栽机的10 倍以上,超出了国内用户的购买能力,且多数机型不能满足国内移栽农艺需求,在国内难以推广。
半自动移栽机推广受阻使国内学者越来越重视自动移栽机的研究,近几年有了很大的发展,但是目前多处于研究试验阶段,还没有出现性能稳定可靠的自动移栽机产品,自动移栽机的开发任重而道远。
自动移栽机开发过程中应注意以下几点:1) 自动移栽对苗盘规格、成苗大小、育苗质量都有较高要求,因此在研究自动移栽技术的同时,发展与之配套的育苗农艺。
2) 国内各地的整地条件参差不齐,部分地区地况较差,限制了移栽机械的使用。
自动移栽机结构较复杂,对地况的要求会更严格,应开发与其配套的整地机械,尽可能减少影响其正常作业的不利因素。
3) 当前国内学者对自动移栽技术的研究重点多放在取苗装置上,忽略了对给苗装置的研究,而给苗装置对整个机具运行速度和可靠性有重要影响。