面向高架栽培的草莓苗全自动移栽机研发与试验

摘要

草莓是营养丰富的保健水果，经济效益远高于蔬菜作物，是提高农民经济收入的一种重要园艺作物，各地发展很快。我国是全球最大的草莓生产国，每年种植面积都在逐步增加，温室草莓的栽培也得到了迅速推广，高架草莓栽培作为一种新的栽培模式，由于其作业高度舒适，通气性好，更适合发展观光农业的特点，得到越来越多的推广。草莓苗的移栽则是草莓栽植管理环节中最为重要的一环，且劳动强度大。所以开发面向温高架栽培的草莓苗全自动移栽机十分必要。 本文开展的研究工作和得到的结论如下： （1）通过温室高架栽培环境参数调研，得出高架栽培环境下的水泥过道宽度，高架内、外间距，高架高度，栽培槽宽度等参数及误差范围，为移栽机的设计提供尺寸依据。分析草莓穴盘苗的特殊性以及高架栽培的作业环境对移栽机的特殊要求，为移栽机的设计提供方案依据。通过移栽机关键部件的试验与设计，为移栽整机移栽作业的实现提供基础。 （2）开发了打孔放苗一体和双侧四行同栽式高架草莓苗全自动移栽机，设计基于PLC的遥控-自动作业双模式控制系统。提出了移栽机的“轻简”系统方案，目标是降低移栽机系统的开发难度，增强移栽机的人机交互性能，使操作更加简便。针对草莓穴盘苗移栽的特点，提出轻简控制的目标，结合目标，收集构建系统的关键电气元件资料，对比选型“轻简”的系统元件，结合移栽机作业方法，对控制系统的需求进行分析，设计控制系统电气线路，完成遥控-自动双模式系统开发。 （3）针对现有电动式取苗-变距换向单元的不足，设计气动式单元。从取苗（变距）的驱动力（力矩）和动作速度得到气缸、气源参数，完成气动系统的设计。再通过气动系统中的供-耗气平衡关系最终保证气动取苗-变距换向单元的稳定运行。 （4）提出仿形打孔作业方案，试验得出打孔器刺入基质表面时发生力值突变，以入土阻力阈值反馈仿形打孔，并通过试验验证在 850~950mm 的高架高度范围下，仿形打孔深度误差在6mm以内，效果显著。以双侧高架高度的平均值作为仿形放苗的依据，在此基础上根据农艺上的要求，继续下压10mm作为仿形放苗高度。 （5）在仿形作业的基础上，完成移栽机多动作的时序分析，进而优化动作方案，实现并行动作方法，减少分时动作耗时，大大提高了移栽机的作业效率。 （6）进行田间试验，得出移栽机效率大于1000株/小时，同时移栽成功率超过了95%，移栽的株距、行距、行直线度的变异系数均小于7.5%，达到了较高的精度。

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