畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級(jí)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)課題名稱 全自動(dòng)嫁接裝置設(shè)計(jì)起止時(shí)間 指導(dǎo)教師 職稱 副教授課題內(nèi)容：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是苗木自動(dòng)嫁接機(jī)設(shè)計(jì)。通過(guò)分析原有各種嫁接機(jī)，決定選取傳感器配合帶式運(yùn)輸機(jī)作為苗木傳輸系統(tǒng)。（1）首先對(duì)嫁接機(jī)及其苗木傳輸系統(tǒng)和膠帶輸送機(jī)作了簡(jiǎn)單的概述；（2）接著分析了帶式輸送機(jī)的選型原則及計(jì)算方法；（3）然后根據(jù)這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與計(jì)算選型方法按照給定參數(shù)要求進(jìn)行選型設(shè)計(jì)；（4）接著對(duì)所選擇的輸送機(jī)各主要零部件進(jìn)行了校核。（5）簡(jiǎn)單說(shuō)明輸送機(jī)的安裝與維護(hù)。最后說(shuō)明傳感器的選擇，平臺(tái)的設(shè)計(jì)。（6）對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行三維建模。（7）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。擬定工作進(jìn)度（以周為單位）第一周：查閱文獻(xiàn)資料、熟悉課題內(nèi)容。第二周：撰寫開(kāi)題報(bào)告，制定總體方案。第三、四周：查找相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，了解全自動(dòng)嫁接裝置常用的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。第五、六周：設(shè)計(jì)全自動(dòng)嫁接裝置及其圖紙繪制，并且完成整體布局。第七、八周：設(shè)計(jì)傳輸機(jī)構(gòu)，并且完成圖紙繪制。第九、十周：平臺(tái)傳感器、平臺(tái)機(jī)構(gòu)，并且完成圖紙繪制。第十一、十二周：整體設(shè)計(jì)檢查及其修改。第十三、十四周：撰寫完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。主要參考文獻(xiàn)[1]楊麗 ,劉長(zhǎng)青 ,張鐵中.雙臂蔬菜嫁接機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2009,09:175-181.[2]李興 .針接式蔬菜嫁接機(jī)的研究[D].浙江大學(xué),2013.[3]樓建忠 ,李建平 ,朱盤安,呂谷來(lái).斜插式蔬菜嫁接機(jī)砧木夾持機(jī)構(gòu)研制與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,07:30-35.[4]劉凱 ,初麒 ,辜松,李元強(qiáng),牟艷秋,楊艷麗.茄科蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)化研究,2011,02:230-233.[5]辜松 .2JC-350 型蔬菜插接式自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,12:103-106.[6]賈學(xué)武 .手持式嫁接機(jī)的研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.[7]譚妮克 .套管式蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.[8]龍濤 .雙向式自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.[9]趙金英 ,張鐵中 .PLC 在自動(dòng)嫁接機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,06:53-55+84.[10]羅軍 ,高英武 ,何幸保.自動(dòng)嫁接機(jī)的研究現(xiàn)狀與展望[J].湖南農(nóng)機(jī),2010,03:1-2.[11]項(xiàng)偉燦.直插式蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].浙江理工大學(xué),2010. 任務(wù)下達(dá)人（簽字）2015 年 10 月 10 日任務(wù)接受人意見(jiàn)任務(wù)接受人簽名 程翔 2015 年 10 月 13 日注：1、此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。2、此任務(wù)書(shū)須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。3、此任務(wù)書(shū)一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。全自動(dòng)嫁接裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)老師 日 期 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)工程學(xué)院制前 言由于疏菜連作障礙問(wèn)題越來(lái)越突出，嫁接技術(shù)受到人們的重視。育苗專業(yè)戶、育苗公司也應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于育苗專業(yè)戶和育苗公司，如果靠人工嫁接，由于工作效率低和嫁接技術(shù)水平低，顯然易貽誤嫁接時(shí)機(jī)。因此采用嫁接機(jī)作業(yè)，小型和半自動(dòng)式嫁接機(jī)，由于售價(jià)低廉，在市場(chǎng)上受到歡迎。本設(shè)計(jì)涉及一種能完成苗木嫁接中砧木、接穗的輸苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接過(guò)程的自動(dòng)化作業(yè)機(jī)器。操作者只需把砧木和接穗放到相應(yīng)的供苗傳送帶上，其余嫁接作業(yè)均由機(jī)器自動(dòng)完成。營(yíng)養(yǎng)缽育苗在移栽時(shí)對(duì)幼苗無(wú)損傷，所以有取代傳統(tǒng)移栽育苗的趨勢(shì)。為了滿足營(yíng)養(yǎng)缽育苗日益普遍的現(xiàn)狀，研制新型嫁接機(jī)成為現(xiàn)在的一個(gè)熱門課題。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)嫁接機(jī)針對(duì)的是采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗的苗木，實(shí)現(xiàn)了砧木苗在營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)無(wú)需拔苗即可直接的操作，有助于嫁接以后苗的恢復(fù)，在生產(chǎn)中具有較高的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：苗木；全自動(dòng)；嫁接機(jī)目 錄1 緒論 11.1 全自動(dòng)嫁接機(jī)研究的目的及意義 11.2 嫁接栽培技術(shù)現(xiàn)狀 11.3 嫁接研究必要性及適用類型 11.4 國(guó)內(nèi)外嫁接機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 21.5 嫁接機(jī)的設(shè)計(jì)方法 42 總體設(shè)計(jì)方案 62.1 全自動(dòng)嫁接機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 62.2 全自動(dòng)嫁接機(jī)設(shè)計(jì)方案 62.3 全自動(dòng)嫁接機(jī)工作原理 72.4 全自動(dòng)嫁接機(jī)工作流程 73 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 83.1 夾持機(jī)構(gòu)夾具設(shè)計(jì) 83.2 傳感元件選擇 123.3 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì) 15總 結(jié) 20致 謝 21參考文獻(xiàn) 22工程概況嫁接技術(shù)早就廣泛應(yīng)用于園藝植物的繁殖、育種和栽培，而以果樹(shù)和觀賞樹(shù)木等木本植物為主，在草本植物的蔬菜上則應(yīng)用較少。隨著嫁接技術(shù)的發(fā)展和完善，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前已發(fā)展成為番茄、茄子、黃瓜、苦瓜、西瓜等蔬菜抗病、早熟、豐產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。早在50 年代，日本、荷蘭等將嫁接技術(shù)應(yīng)用到蔬菜生產(chǎn)上。據(jù)資料顯示，1990 年日本西瓜、黃瓜、甜瓜、番茄、和茄子栽培面積中有 59%是嫁接栽培。我國(guó)在 20 世紀(jì) 70 年代首先在黃瓜生產(chǎn)中應(yīng)用嫁接技術(shù)，80 年代嫁接栽培技術(shù)逐步完善與配套，已發(fā)展到西瓜、茄子、番茄等蔬菜上，并且，嫁接栽培面積逐年擴(kuò)大，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。嫁接用的砧木苗直徑和接穗苗直徑都較小，僅幾毫米，并且幼苗脆嫩細(xì)弱，所以手工嫁接很耗費(fèi)精力。而且，每個(gè)人所掌握的嫁接技術(shù)要領(lǐng)、手法及熟練程度不同，難以保證較高的嫁接質(zhì)量和較高的成活率。 ．由于嫁接費(fèi)工費(fèi)時(shí)，有些地區(qū)出現(xiàn)了放棄嫁接栽培的現(xiàn)象，而靠大量施用農(nóng)藥防病治病。這樣，不但造成了資源和財(cái)物浪費(fèi)，更嚴(yán)重的是污染了蔬菜，破壞了生態(tài)環(huán)境，對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。蔬菜的手工嫁接技術(shù)，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、嫁接苗成活率難以保證，因此已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。在我國(guó)，發(fā)展機(jī)械化、自動(dòng)化的嫁接技術(shù)勢(shì)在必行。 機(jī)械嫁接技術(shù)，是近年在國(guó)際上出現(xiàn)的一種集機(jī)械、自動(dòng)控制與園藝技術(shù)于一體的高新技術(shù)。它可在極短的時(shí)間內(nèi)，把蔬菜苗莖稈直徑為幾毫米的砧木、接穗的切口嫁接為一體，使嫁接速度大幅度提高；同時(shí)由于砧、穗接合迅速，避免了切口長(zhǎng)時(shí)間氧化和苗內(nèi)液體的流失，從而大大提高嫁接成活率。11 緒論1.1 全自動(dòng)嫁接機(jī)研究的目的及意義主要目的和意義是為了減少工作者勞動(dòng)強(qiáng)度和提高嫁接質(zhì)量，使嫁接技術(shù)為當(dāng)代農(nóng)業(yè)更好的服務(wù)。機(jī)械嫁接技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、微電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的集中體現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、智能化的重要標(biāo)志。全自動(dòng)嫁接技術(shù)是當(dāng)代農(nóng)業(yè)果蔬生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)果蔬育苗機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化，與果蔬育苗生物學(xué)特性和栽培方式結(jié)合的嫁接機(jī)械得到發(fā)展。1.2 嫁接栽培技術(shù)現(xiàn)狀嫁接技術(shù)早就廣泛應(yīng)用于園藝植物的繁殖、育種和栽培，而以果樹(shù)和觀賞樹(shù)木等木本植物為主，在草本植物的蔬菜上則應(yīng)用較少。隨著嫁接技術(shù)的發(fā)展和完善，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前已發(fā)展成為番茄、茄子、黃瓜、苦瓜、西瓜等蔬菜抗病、早熟、豐產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。早在50 年代，日本、荷蘭等將嫁接技術(shù)應(yīng)用到蔬菜生產(chǎn)上。據(jù)資料顯示，1990 年日本西瓜、黃瓜、甜瓜、番茄、和茄子栽培面積中有 59%是嫁接栽培。我國(guó)在 20 世紀(jì) 70 年代首先在黃瓜生產(chǎn)中應(yīng)用嫁接技術(shù)，80 年代嫁接栽培技術(shù)逐步完善與配套，已發(fā)展到西瓜、茄子、番茄等蔬菜上，并且，嫁接栽培面積逐年擴(kuò)大，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.3 嫁接研究必要性及適用類型1.3.1 機(jī)械嫁接的必要性 嫁接用的砧木苗直徑和接穗苗直徑都較小，僅幾毫米，并且幼苗脆嫩細(xì)弱，所以手工嫁接很耗費(fèi)精力。而且，每個(gè)人所掌握的嫁接技術(shù)要領(lǐng)、手法及熟練程度不同，難以保證較高的嫁接質(zhì)量和較高的成活率。 ．由于嫁接費(fèi)工費(fèi)時(shí)，有些地區(qū)出現(xiàn)了放棄嫁接栽培的現(xiàn)象，而靠大量施用農(nóng)藥防病治病。這樣，不但造成了資源和財(cái)物浪費(fèi)，更嚴(yán)重的是污染了蔬菜，破壞了生態(tài)環(huán)境，對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。蔬菜的手工嫁接技術(shù)，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、嫁接苗成活率難以保證，因此已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。在我國(guó)，發(fā)展機(jī)械化、自動(dòng)化的嫁接技術(shù)勢(shì)在必行。 機(jī)械嫁接技術(shù)，是近年在國(guó)際上出現(xiàn)的一種集機(jī)械、自動(dòng)控制與園藝技術(shù)于一體的高新技術(shù)。它可在極短的時(shí)間內(nèi)，把蔬菜苗莖稈直徑為幾毫米的砧木、接穗的切口嫁接為一體，使嫁接速度大幅度提高；同時(shí)由于砧、穗接合迅速，避免了切口長(zhǎng)時(shí)間氧化和苗內(nèi)液體的流失，從而大大提高嫁接成活率。1.3.2 嫁接機(jī)適用類型由于瓜類連作障礙問(wèn)題越來(lái)越突出, 苗木嫁接技術(shù)受到人們的重視。但目前開(kāi)發(fā)出的各蔬菜嫁接機(jī)所采用的嫁接方法各異，適應(yīng)的生產(chǎn)模式單一，適用苗木種類不廣，還很難做到通過(guò)價(jià)格和生產(chǎn)率及嫁接成功率進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性搭配的程度。目前蔬菜嫁接育苗生產(chǎn)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模式，各種模式之間的育苗基質(zhì)、育秧缽或盤、播種方法、催芽設(shè)施、育秧設(shè)施和嫁接苗愈合設(shè)施等都不相同，各類嫁接機(jī)獨(dú)特的生產(chǎn)要求很難與不同的模式相吻合，并且，嫁接機(jī)的自動(dòng)化程度越高問(wèn)題越嚴(yán)重。因此，蔬菜育苗生產(chǎn)模式的不同制約了嫁接機(jī)的推廣使用。通過(guò)以上分析，認(rèn)為根據(jù)我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力豐富、農(nóng)民整體技術(shù)水平不高、育苗機(jī)械化程度低和經(jīng)濟(jì)水平不高的實(shí)際國(guó)情，我國(guó)在研制全自動(dòng)嫁接機(jī)提高嫁接育苗生產(chǎn)率的同時(shí)，應(yīng)大力開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單可靠的小型半自動(dòng)嫁接機(jī)，降低嫁接作業(yè)的難度，擴(kuò)大嫁接育苗技術(shù)的推廣使用，以適應(yīng)我國(guó)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化進(jìn)程的需要。21.4 國(guó)內(nèi)外嫁接機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀1.4.1 國(guó)外（日本）嫁接機(jī)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀1986 年日本農(nóng)林水產(chǎn)省生物系特定產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究推進(jìn)機(jī)構(gòu)組織多家公司參與,率先開(kāi)始研制嫁接機(jī)。1987 年研制出半自動(dòng)形式 1 號(hào)試驗(yàn)樣機(jī) G871。該機(jī)采用貼接嫁接法，適用于瓜科蔬菜的嫁接作業(yè),其嫁接成功率為 78%～85% 。1989 年在 1 號(hào)機(jī)的基礎(chǔ)上又研制出半自動(dòng)形式 2 號(hào)試驗(yàn)樣機(jī) G892。其嫁接成功率達(dá)到了90%～98%。1991 年又研制出全自動(dòng)式 3 號(hào)試驗(yàn)樣機(jī) G913。該機(jī)的嫁接成功率達(dá) 90%以上。1994 年日本井關(guān)公司同日本生研機(jī)構(gòu)協(xié)作推出了商品化 GR800B 型半自動(dòng)瓜科嫁接機(jī)以及GR800T 型半自動(dòng)茄科嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-1 A） 。嫁接成功率為 95%。另外日本村田種苗公司也根據(jù)自身育苗生產(chǎn)需要，開(kāi)發(fā)研制出采用專用嫁接夾的半自動(dòng)嫁接機(jī)，該機(jī)同井關(guān)公司嫁接機(jī)的工作原理類似（見(jiàn)圖 1-1 B） ，可進(jìn)行黃瓜和番茄的嫁接作業(yè)，生產(chǎn)率為 600～700 株·h -1。三菱公司根據(jù)日本全國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)同組合聯(lián)合會(huì)的嫁接苗生產(chǎn)模式開(kāi)發(fā) MGM600 型全自動(dòng)嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-1 C） 。該嫁接機(jī)采用套管法，砧木和接穗以單列形式送入嫁接機(jī)，切削后的砧木和接穗壓合在一起后，使用專用彈性透明套管固定，嫁接苗成活后套管自動(dòng)脫落。該機(jī)適用于茄科蔬菜，生產(chǎn)率可達(dá) 600 株·h - 1。1990 年日本 TGR 研究所以大規(guī)模育苗生產(chǎn)系統(tǒng)為目標(biāo)研制全自動(dòng)嫁接機(jī)，1993 年開(kāi)發(fā)出商品化茄科用 KGM0128 型嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-1 D） ，1995 年用于瓜科嫁接作業(yè)的嫁接機(jī)問(wèn)世，目前小松公司負(fù)責(zé)經(jīng)營(yíng)銷售。該機(jī)采用平接法，生產(chǎn)率為 1000 株·h -1，嫁接成功率達(dá) 97%。日本洋馬公司同生研機(jī)構(gòu)協(xié)作，1993 年開(kāi)始研制全自動(dòng)式嫁接機(jī),1994 年末 AG1000 型全自動(dòng)嫁接機(jī)開(kāi)始上市銷售（見(jiàn)圖 1-1 E） 。嫁接成功率到達(dá) 97%，但該機(jī)只適合于茄科蔬菜嫁接作業(yè)，生產(chǎn)率為 1000 株·h -1。為降低大型嫁接機(jī)的造價(jià)，洋馬公司于 2003 年推出了體積較小，操作方便的 T600 型半自動(dòng)化瓜科嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-1 F） 。該機(jī)生產(chǎn)率可達(dá) 600 株·h - 1，嫁接成功率為 98%。圖 1-1 日本幾種蔬菜嫁接機(jī)上世紀(jì) 90 年代末，日本大阪府立大學(xué)開(kāi)發(fā)研究了“plug- in”嫁接裝置。 1999 年大阪府立農(nóng)林技術(shù)中心開(kāi)發(fā)出純手工作業(yè)的簡(jiǎn)易嫁接器具 TK-WH（TK-WD） ，由日本 MARK 公司經(jīng)銷，該器具采用劈接法，適用于茄子、番茄等蔬菜的嫁接作業(yè)，由砧木切削器和接穗切削器兩個(gè)獨(dú)立部分構(gòu)成（見(jiàn) 圖 1-） ，完成切削的砧木和接穗用嫁接夾固定在一起。3圖 1-2 簡(jiǎn)易嫁接機(jī)1.4.2 國(guó)外（韓國(guó)）嫁接機(jī)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì) 90 年代初，韓國(guó)也開(kāi)始研究嫁接機(jī)，開(kāi)發(fā)出采用靠接法的小型半自動(dòng)式嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-3 ） 。該機(jī)采用凸輪傳遞動(dòng)力，分別完成砧木夾持、接穗夾持、砧木和接穗切削和對(duì)插 4 個(gè)動(dòng)作，最高生產(chǎn)率為 310 株 ·h-1，嫁接成功率為 90%。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，在韓國(guó)、日本和我國(guó)有一定銷量，但是由于采用靠接法嫁接，推廣使用受到限制。繼半自動(dòng)式嫁接機(jī)之后，韓國(guó) Idealsystem 公司開(kāi)發(fā)出針式全自動(dòng)嫁接機(jī)，該機(jī)采用防回轉(zhuǎn)五角形陶瓷針作為砧木和接穗的固定物，利用穴盤整盤上砧木和接穗苗，操作方便，作業(yè)速度快，生產(chǎn)韓國(guó)半自動(dòng)嫁接機(jī)率可達(dá) 1 200 株·h -1，適合茄科蔬菜的嫁接作業(yè)。圖 1-3 韓國(guó)半自動(dòng)嫁接機(jī)繼半自動(dòng)式嫁接機(jī)之后，韓國(guó) Idealsystem 公司開(kāi)發(fā)出針式全自動(dòng)嫁接機(jī)，該機(jī)采用防回轉(zhuǎn)五角形陶瓷針作為砧木和接穗的固定物，利用穴盤整盤上砧木和接穗苗，操作方便，作業(yè)速度快，生產(chǎn)韓國(guó)半自動(dòng)嫁接機(jī)率可達(dá) 1 200 株·h -1，適合茄科蔬菜的嫁接作業(yè)。1.4.3 國(guó)內(nèi)嫁接機(jī)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展現(xiàn)狀（1）2JSZ- 600 型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中教授率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展苗木嫁接機(jī)的研究，1998 年成功研究制出 2JSZ- 600 型蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-4） 。該嫁接機(jī)采用單子葉貼接法，實(shí)現(xiàn)了砧木和接穗的取苗、切削、接合、嫁接夾固定、排苗作業(yè)的自動(dòng)化。該機(jī)嫁接作業(yè)時(shí)砧木可直接帶土團(tuán)進(jìn)行嫁接，生產(chǎn)率為 600 株·h - 1，嫁接成功率高達(dá) 95%，可進(jìn)行黃瓜、西瓜、甜瓜等瓜菜苗的自動(dòng)化嫁接作業(yè)。4圖 1-4 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的嫁接機(jī)（2）2JC-350 型插接式自動(dòng)嫁接機(jī)。2005 年?yáng)|北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出 2JC- 350 型插接式自動(dòng)嫁接機(jī)（見(jiàn)圖 1-5） 。該嫁接機(jī)采用人工上砧木和接穗苗，通過(guò)機(jī)械式凸輪傳遞動(dòng)力，可完成砧木夾持、砧木生長(zhǎng)點(diǎn)切除、砧木打孔、接穗夾持、接穗切削以及接穗和砧木對(duì)接動(dòng)作。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，操作方便，生產(chǎn)率為 350 株·h - 1。經(jīng)改進(jìn)目前生產(chǎn)率已達(dá) 500 株·h - 1。由于采用插接法進(jìn)行機(jī)械嫁接，不需嫁接夾等夾持物。適用黃瓜、甜瓜和西瓜的嫁接作業(yè)，嫁接成功率達(dá)93%。圖 1-5 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的嫁接機(jī)1.5 嫁接機(jī)的設(shè)計(jì)方法1.5.1 嫁接方法圖 1-6 苗木嫁接方法1.5.2 設(shè)計(jì)的方法為了克服現(xiàn)有的機(jī)器自動(dòng)化水平較低，速度慢，而且對(duì)砧木、接穗苗的粗細(xì)程度有較嚴(yán)格的要求或體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等方面的不足, 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1）直接在營(yíng)養(yǎng)缽上嫁接，從而避免將幼苗從土壤基質(zhì)中拔出。即避免了嫁接損傷，又縮短了嫁接消耗的時(shí)間和人力資源，提高了產(chǎn)量，節(jié)約了勞動(dòng)成本。2）利用光電檢測(cè)裝置，反應(yīng)靈敏，目標(biāo)捕捉準(zhǔn)確。53）利用單片機(jī)控制整個(gè)過(guò)程，性能穩(wěn)定，成本低，兼容性好，便于升級(jí)。4）控制部分采用標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化設(shè)計(jì)，便于維修。5）采用氣動(dòng)裝置夾持。由于氣動(dòng)元件的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓力的任意調(diào)節(jié)，所以在嫁接中有著非常重要的作用。通過(guò)調(diào)節(jié)氣閥實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力的調(diào)整。6）由于嫁接機(jī)的夾持臂旋轉(zhuǎn)角度一定，為了精確實(shí)現(xiàn)對(duì)接，通過(guò)電磁鐵的吸合，使嫁接機(jī)的兩臂位置固定，從而使接穗與砧木重合。7) 采用電機(jī)旋轉(zhuǎn)刀片切割苗木幼苗，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)切割角度的控制。8) 采用高速電機(jī)帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)切削苗木幼苗，所以砧木上部分可以省略切削電機(jī)。9) 包扎機(jī)構(gòu)采用特殊的魔術(shù)貼包扎，所以能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確包扎的作用。并且可以在魔術(shù)貼上添加愈合激素，實(shí)現(xiàn)提高成活率的目的。10) 苗木幼苗由皮帶送入，直接在營(yíng)養(yǎng)缽上嫁接，便于實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。11) 采用步進(jìn)電機(jī)，靈敏、精確，容易實(shí)現(xiàn)編程控制。12) 便攜性好，可用于野外作業(yè)。62 總體設(shè)計(jì)方案2.1 全自動(dòng)嫁接機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖圖 2-1 全自動(dòng)嫁接裝置圖 2-2 全自動(dòng)嫁接裝置2.2 全自動(dòng)嫁接機(jī)設(shè)計(jì)方案本作品設(shè)計(jì)在嫁接過(guò)程中砧木和接穗都采用營(yíng)養(yǎng)缽培養(yǎng)。苗木幼苗營(yíng)養(yǎng)缽由皮帶輸入，直接在營(yíng)養(yǎng)缽上嫁接，從而避免將幼苗從土壤基質(zhì)中拔出。這種嫁接方法即避免了嫁接損傷，又縮短了嫁接消耗的時(shí)間，節(jié)約了勞動(dòng)成本。營(yíng)養(yǎng)缽在皮帶的傳送下向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)光電檢測(cè)裝置時(shí)，苗木隔斷光線傳播，光電檢測(cè)裝置得到信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)氣缸，使夾持機(jī)構(gòu)工作，當(dāng)夾持動(dòng)作完成，單片機(jī)命令切削汽缸頂端的電機(jī)，電機(jī)軸段裝有刀片，快速切斷接穗，同理，砧木也采用相同機(jī)構(gòu)夾持。然后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，由于切削機(jī)構(gòu)與接穗夾一同旋轉(zhuǎn)，所以砧木也被快速切除。通過(guò)電磁鐵的吸合，使接穗與砧木重合。完成對(duì)接后，通過(guò)包扎機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)包扎，由于包扎機(jī)構(gòu)采用特殊的魔術(shù)貼包扎，所以能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確包扎的作用。并且可以在魔術(shù)貼上添加愈合激素，實(shí)現(xiàn)提高成活率的目的。包扎完畢，傳送帶將嫁接好的苗木繼續(xù)向后傳送。嫁接機(jī)構(gòu)開(kāi)始下一輪嫁接。由于整個(gè)過(guò)程由程序控制，機(jī)械操作，一個(gè)嫁接周期只需 6 秒鐘，即7每小時(shí)可嫁接 600 株。本全自動(dòng)嫁接機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)分為夾持機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、包扎夾、切苗機(jī)構(gòu)、苗木傳送機(jī)構(gòu)、底盤等六個(gè)部分。2.3 全自動(dòng)嫁接機(jī)工作原理本全自動(dòng)嫁接嫁接機(jī)嫁接原理：嫁接過(guò)程中，蔬菜砧木苗和接穗苗分別置于全自動(dòng)嫁接機(jī)的兩個(gè)傳動(dòng)帶上，傳送帶在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將苗木向嫁接夾內(nèi)運(yùn)送。設(shè)嫁接夾閉合的夾口中心為三維坐標(biāo)系的原點(diǎn)，設(shè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的皮帶運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?X 軸，激光發(fā)射方向垂直于皮帶運(yùn)動(dòng)方向，相當(dāng)于坐標(biāo)系的 Y 軸。當(dāng)苗木到達(dá)光電感應(yīng)裝置區(qū)域后，苗的莖桿將激光的光線擋住，接收光的感應(yīng)電路得到觸發(fā)信號(hào)，傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因此蔬菜苗的莖桿鎖定在激光發(fā)出的這條直線上，相當(dāng)于坐標(biāo)系中的 X 軸為 0。而蔬菜苗夾進(jìn)給方向與 X 軸垂直，與激光束方向平行，即坐標(biāo)系中的 Y 軸。當(dāng)蔬菜苗莖桿擋住激光，與此同時(shí)單片機(jī)控制夾緊氣缸伸長(zhǎng)，使嫁接夾開(kāi)始左右同步向中心夾緊，即向 X,Y 軸平面原點(diǎn)夾緊，落入夾緊區(qū)域任何一點(diǎn)的苗的位置趨于唯一點(diǎn)，即原點(diǎn)。由于氣缸的夾緊力和速度是可調(diào)的，所以不會(huì)對(duì)苗造成傷害。當(dāng)苗木夾緊后切割刀片在切割電機(jī)的推動(dòng)下快速進(jìn)給，呈 30 度夾角斜刺向苗木，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刀片實(shí)現(xiàn)高速切削。并且速度、刀片的角度可調(diào)。同理，砧木嫁接夾也采用相同機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位、切削。由于接穗嫁接夾與砧木嫁接夾臂長(zhǎng)可調(diào)，只要嫁接夾臂長(zhǎng)相等，中心重合，那么旋轉(zhuǎn)一定的弧度就可以實(shí)現(xiàn)砧木與接穗自動(dòng)對(duì)齊。即砧木嫁接夾的 X、Y 軸原點(diǎn)與接穗嫁接夾 X、Y 軸原點(diǎn)對(duì)齊。并且通過(guò)電磁鐵輔助定位，實(shí)現(xiàn)精確對(duì)接。全自動(dòng)嫁接機(jī)夾持機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)嫁接任務(wù)過(guò)程中最關(guān)鍵的機(jī)構(gòu)之一。由設(shè)計(jì)方案可知砧木夾持機(jī)構(gòu)與接穗夾持機(jī)構(gòu)完全一樣，不同的是砧木嫁接夾沒(méi)有單獨(dú)配備切削機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵黾忧邢鳈C(jī)構(gòu)，刀片的切削角度容易產(chǎn)生誤差及增加系統(tǒng)控制復(fù)雜程度，所以采用同一切削機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)切削的方法是：當(dāng)固定在穗木嫁接夾上的切削機(jī)構(gòu)切完穗木后旋轉(zhuǎn)一定角度運(yùn)轉(zhuǎn)到砧木夾上方，使砧木嫁接夾的 X、Y 軸原點(diǎn)與接穗嫁接夾 X、Y 軸原點(diǎn)對(duì)齊。切割氣缸快速進(jìn)給，呈 25-30 度夾角斜刺向苗木，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)刀片實(shí)現(xiàn)高速切除砧木。2.4 全自動(dòng)嫁接機(jī)工作流程圖 2-3 工作流程83 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)3.1 夾持機(jī)構(gòu)夾具設(shè)計(jì)3.1.1 夾具自由度計(jì)算要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠夾持直徑約 1-3mm 大小的蔬菜苗機(jī)構(gòu)，那么我們首先要考慮的是怎樣設(shè)計(jì)出能夠?qū)⒁欢▍^(qū)域內(nèi)的目標(biāo)捕捉到我們希望的唯一點(diǎn)機(jī)構(gòu)，只有滿足這樣的條件才能夠?qū)崿F(xiàn)精確對(duì)接。如 圖 3-1 所示，采用連桿機(jī)構(gòu)同步進(jìn)給，能夠在一定捕捉區(qū)域內(nèi)嚴(yán)格保證夾具的中心點(diǎn)唯一。夾具有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 5 個(gè),其中有運(yùn)動(dòng)低副 7 個(gè),高副 0 個(gè),所以自由度為:F=3x5-2x7=1 (3-1)機(jī)構(gòu)構(gòu)成確定的運(yùn)動(dòng)。圖 3-1 夾持機(jī)構(gòu)方案3.1.2 夾具設(shè)計(jì)為保證達(dá)到夾持而又不傷害蔬菜幼苗的功能，我們需要考慮的是夾具在莖桿上作用力的分布。由于蔬菜苗的莖桿相當(dāng)脆弱，所以我們只有考慮增加夾具與蔬菜苗莖的接觸面積以保證達(dá)到夾持而不傷害幼苗的目的。如 圖 3-2 夾持機(jī)構(gòu)夾具示意圖 3-2 所示結(jié)構(gòu)，通過(guò)改進(jìn)采用交差?yuàn)A合的辦法來(lái)增加接觸面積。9圖 3-2 夾持機(jī)構(gòu)夾具示意圖3.1.3 夾具的捕捉范圍的確定根據(jù)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)的寬度為 140mm，苗木種植在高 80mm，直徑 70mm 的營(yíng)養(yǎng)缽里面。為了提高嫁接的成活率，操作要求營(yíng)養(yǎng)缽中的苗盡可能放在傳送帶的中心部分。雖然我們希望苗最好在夾持機(jī)構(gòu)的中心。但是苗正好在夾持機(jī)構(gòu)中心的可能性比較小，操作難度大。因此考慮到苗的放置誤差要求允許苗有一定的偏離范圍，設(shè)計(jì)夾持機(jī)構(gòu)的捕捉范圍為 50mm。因?yàn)閭魉蛶挒?120mm，所以即使苗偏離營(yíng)養(yǎng)缽中心的方向與苗偏離夾持機(jī)構(gòu)的方向距離疊加這種最壞的情況下也不會(huì)從傳送帶上掉下來(lái)。3.1.4 夾具的高度的確定瓜類砧木的最適嫁接苗齡是以第一片真葉出現(xiàn)時(shí)為最佳，過(guò)于幼嫩的苗，嫁接時(shí)不易操作；過(guò)老的苗，不僅中心髓腔大，接口也不易愈合。一般苗的高度為 60mm 至 120mm。由于苗的高度所限,所以這個(gè)嫁接操作應(yīng)該控制在營(yíng)養(yǎng)缽以上 60mm 高的范圍內(nèi)。3.1.5 夾具夾緊力的計(jì)算嫁接苗能夠承受的最大壓力約為 10N，由于夾具設(shè)計(jì)由四個(gè)方向的擠壓得以?shī)A緊嫁接苗。也就是說(shuō)苗在一對(duì)平衡方向上的最大受力約為 10N。由力學(xué)分析可知，當(dāng)苗承受 10N 的力時(shí)，夾具的夾緊力為 N。符合夾具的設(shè)計(jì)要求。因210此確定夾具的夾緊力為: N。 2103.1.6 夾具的厚度及高度計(jì)算在夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們既要求兩個(gè)夾持夾具之間的距離盡可能小，以保證苗的切削斜面盡量重合；又要求在兩個(gè)夾持夾具之間的距離盡可能大，以方便切削刀片在兩個(gè)夾持夾具之間切削和包扎機(jī)構(gòu)的包扎工作。所以在設(shè)計(jì)中要求在條件允許的情況下實(shí)現(xiàn)矛盾的統(tǒng)一。切削刀片所占空間高度：根據(jù)勾股定律可知：當(dāng)苗的直徑為 3mm 時(shí)，如果用刀將直徑削成30 度斜切，那么斜切面的長(zhǎng)度為 6mm。所以我們就可以確定，如果要將苗斜切斷，至少刀片切削直徑大于 3mm。根據(jù)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)刀片的長(zhǎng)度為 12mm，其旋轉(zhuǎn)直徑達(dá) 24mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足切斷的要求。當(dāng)?shù)镀L(zhǎng)度確定后又由于苗的莖桿在被夾持狀態(tài)下垂直于水平面，而刀片與苗的莖桿成 28到 30 度角，所以刀片在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的垂直高度為：(3-2)mh8.203cos12????夾持夾具高度：由于苗的最低高度為 60mm，所以要求整個(gè)夾持機(jī)構(gòu)高度不大于 50mm。又因?yàn)榍邢鞯镀趦蓨A持夾具之間旋轉(zhuǎn)，要求要有一定的間隙，預(yù)計(jì)所留空間高度為 26mm。所剩的24mm 分配給兩夾持夾具，兩夾持夾具完全相同，即厚度為 12mm。3.1.7 夾持機(jī)構(gòu)保持架設(shè)計(jì)夾持機(jī)構(gòu)保持架是保證夾頭精確工作的重要構(gòu)件。嫁接機(jī)的寬度定位 500mm，且為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)柱的最大直徑為 60，除去保留空間，將保持架的整體長(zhǎng)度為 200mm。如圖 3-3 所示：10圖 3-3 夾持機(jī)構(gòu)保持架3.1.8 夾具連桿長(zhǎng)度計(jì)算1）驅(qū)動(dòng)力：由夾具的加持力即為構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)力，為： N。2102）夾具阻抗力：夾具夾緊嫁接苗，且要阻止穗木落下。3）摩擦力計(jì)算：根據(jù)摩擦力計(jì)算公式：Ff21=fFN21=fvG (3-3)式中：f v 為當(dāng)量摩擦系數(shù)。f v=kf(k=π)Φ=arctanf (3-4)由于保持架滑槽可變，夾具桿采用鉚釘連接也可變長(zhǎng)短，在可變范圍內(nèi)都可采用，因此根據(jù)構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)條件:L1+L4≤L2+L3 (3-5)式中：L1 為最短桿長(zhǎng)L4 為最長(zhǎng)桿長(zhǎng)綜上所述計(jì)算求得連桿長(zhǎng)度為：80mm。3.1.9 夾具桿長(zhǎng)度計(jì)算和確定根據(jù)設(shè)計(jì),嫁接機(jī)的寬度為 500mm，且兩邊是對(duì)稱結(jié)構(gòu)。因此夾具桿有四個(gè)，并且要留有50mm 的加持苗的空間。因此初步定夾具長(zhǎng)度為：11(500-50x2)/4=100mm (3-6)夾具桿要構(gòu)成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，上面已經(jīng)可以確定不能小于 51mm，留有伸縮空隙最后確定夾具桿長(zhǎng)為：70mm。3.1.10 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果將夾具整體用 PVC 材料制作那么該夾具的彈性太大，影響定位的精確性能且與夾具保持機(jī)構(gòu)的摩擦很大。所以根據(jù)這種情況優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，將夾具分成夾具頭和夾具桿兩部分。夾具頭形狀復(fù)雜，要求有彈性。根據(jù)金屬材料特性選擇天然橡膠作為夾具頭材料。主要性能：彈性極大，有非常好的機(jī)械強(qiáng)度，抗折、耐磨、耐撓曲，有較好的耐透氣性，可塑性和工藝加工性能良好。廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、膠鞋及其他橡膠制品以及電線電纜的絕緣層。夾具桿形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，要求有較好的形狀保持能力及較小的摩擦系數(shù)，所以選用圓鋼及鐵板焊接制造。夾具整體是由夾具頭和夾具桿粘接在一起構(gòu)成的。當(dāng)夾具頭因磨損或變形不能工作時(shí)還可以很方便地更換夾具頭。圖 3-4 苗莖桿夾具頭示意圖圖 3-5 苗莖桿夾具桿示意圖3.1.11 夾持機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)夾持機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式是直線運(yùn)動(dòng)，完成這個(gè)運(yùn)動(dòng)，有多種設(shè)計(jì)方案。(1)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。直線電機(jī)是一種新型電機(jī)，它可以直接輸出直線運(yùn)動(dòng)。但是這種方案所使用的電機(jī)成本太高，不宜使用。(2)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)方案。這種方案也能夠很方便地實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，但是電機(jī)夾緊力剛性太大，并且占空間不利于嫁接過(guò)程中的對(duì)接和包扎。12(3)螺紋傳動(dòng)方案。螺紋傳動(dòng)件可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，但是由于具有自鎖特性，不能良好反饋夾持力的大小，容易壓壞幼苗，且由于螺紋自鎖時(shí)傳動(dòng)比較小，運(yùn)動(dòng)速度太慢，不宜采用。(4)氣壓驅(qū)動(dòng)方案。氣壓驅(qū)動(dòng)能夠很方便地實(shí)現(xiàn)直線住復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且由于氣體具有壓縮特性，隨著壓力的增大到一定范圍后能夠達(dá)到平衡。元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．緊湊，易于制造。這種特性對(duì)嫁接非常有利而且節(jié)省空間設(shè)計(jì)制造成本不是很高，因此采用該方案。3.2 傳感元件選擇3.2.1 激光器型號(hào)選擇世界上第一臺(tái)激光器誕生于 1960 年，我國(guó)于 1961 年研制出第一臺(tái)激光器，40 多年來(lái)，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，等方面發(fā)揮著非常重要的作用。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用到激光的優(yōu)越方向特性。能量高度集中的激光光束有可能對(duì)人體造成損害，如眼睛或皮膚。所以，國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì) IEC(International Electrometrical Commission)和食品及藥品管理局FDA（Food and Drug Administration）對(duì)激光設(shè)備的安全性，按其激光輸出值的大小進(jìn)行了分類。正規(guī)生產(chǎn)激光設(shè)備，其安全等級(jí)均應(yīng)按 FDA 或 IEC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注。IEC 標(biāo)準(zhǔn)將激光設(shè)備分為五個(gè)等級(jí)，分別稱為 Class1, Class2, Class3A, Class3B, Class4。例如，Class1 級(jí)激光設(shè)備，在“可預(yù)見(jiàn)的工作條件下”是一種安全設(shè)備；而 Class4 級(jí)的激光設(shè)備，則是可能生成有害的漫反射的設(shè)備，會(huì)引起皮膚的灼傷乃至火災(zāi)，使用中應(yīng)特別小心。FDA 標(biāo)準(zhǔn)將激光設(shè)備分為六個(gè)等級(jí)，即ClassⅠ , ClassⅡ a, ClassⅡ,Class Ⅲa, Class Ⅲb 和 ClassⅣ。對(duì) ClassⅠ級(jí)者，其激光輻射量不認(rèn)為是有害的，對(duì) ClassⅣ級(jí)者，其激光輻射量無(wú)論是直接輻射還是散射（Scattered）,或者對(duì)皮膚和眼睛均是有害的。型號(hào)選擇：根據(jù)設(shè)計(jì)，我們需要選用能量小、光的直線性好、光斑小于 2mm、發(fā)射距離500mm 以上、外型小于 Φ10mm 的激光器。圖 3-6 激光器型號(hào)說(shuō)明根據(jù)需要選用 D-系列（點(diǎn)式）激光器點(diǎn)式激光器有多種不同類型，光斑有圓形和橢圓形兩種，光斑大小和光束發(fā)散也各有不同。不同種類的激光器皆由不同種類的光學(xué)玻璃透鏡或高品質(zhì)的光塑透鏡組成，用戶可根據(jù)具體的使用要求選擇或定制。13圖 3-7 工業(yè)級(jí)激光器電壓~光功率、電流圖點(diǎn)式激光器可由數(shù)種不同的透鏡組成, 不同種類透鏡發(fā)出的光斑形狀也有差異, 有橢圓形和圓形, 光束發(fā)散度和光斑大小也都不一樣, 出口功率也可根據(jù)不同的使用要求調(diào)整, 用戶可根據(jù)具體用途選擇或定制。外形尺寸有 Φ6.5x11,Φ7x14, Φ8x20, Φ8x25, Φ9x21, Φ9x25, Φ10x32, Φ10x36, Φ12x32, Φ12x36, Φ13x35, Φ14x42, Φ16x50, Φ16x70, Φ18x60, Φ20x70, Φ22x80, Φ26x70, Φ26x110 (mm)。所以根據(jù)激光器的類型選定外形尺寸為 Φ7x14mm 的 EL65D05IPE 型激光器作為直線檢測(cè)光源。3.2.2 光敏感元件型號(hào)選擇光敏感元件（簡(jiǎn)稱光敏元件）是將光（或光能）轉(zhuǎn)變成電（或電能）信號(hào)的元件。光敏元件種類繁多，主要有光敏電阻器、光敏二極管、及光敏三極管等幾類常用的光敏元件。由于在工作過(guò)程當(dāng)中，苗的莖較小，而激光發(fā)射的光點(diǎn)也小于 1mm，如果光敏元件反應(yīng)速度太慢的話就會(huì)降低捕捉信號(hào)能力。根據(jù)需要選擇光敏二極管也叫光電二極管。它的工作原理是當(dāng)光線照射 PN 結(jié)時(shí)，可以使 PN 結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。光敏二極管的電路符號(hào)、外形見(jiàn) 圖 3-8 所示。圖 3-8 激光器型號(hào)說(shuō)明其封裝有金封和塑封兩種（即圓柱形和扁方形） 。有的光敏二極管為了提高其穩(wěn)定性，還外加了一個(gè)屏蔽接地腳，外形似光敏三極管。光敏二極管工作于反向偏壓，其光譜響應(yīng)特性主要由半導(dǎo)體材料中所摻的雜質(zhì)濃度所決定。同一型號(hào)的光敏二極管在一定的反偏電壓、相同強(qiáng)度和不同波長(zhǎng)的入射光照射下，產(chǎn)生的光電流并不相同，但有一最大值。不同型號(hào)的光敏二極管在同一反14偏電壓、同一強(qiáng)度的入射光照射下，所產(chǎn)生的光電流最大值也不相同，且光電流最大值所對(duì)應(yīng)的入射光的波長(zhǎng)也不相同。由圖可看出，它們的光電流的最大值分別在可見(jiàn)光區(qū)和紅外線區(qū)，其中的速度響應(yīng)較快（5-50ns） 。所以選定二極管 2CU5 為本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的感光元件。153.3 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)3.3.1 已知原始數(shù)據(jù)及工作條件帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)具有下列原始數(shù)據(jù)及工作條件資料（1）物料的名稱和輸送能力： （2）物料的性質(zhì)：粒度大小，最大粒度和粗度組成情況；堆積密度；動(dòng)堆積角、靜堆積角，溫度、濕度、粒度和磨損性等。（3）工作環(huán)境：露天、室內(nèi)、干燥、潮濕和灰塵多少等。（4）卸料方式和卸料裝置形式；（5）給料點(diǎn)數(shù)目和位置；（6）輸送機(jī)布置形式和尺寸，即輸送機(jī)系統(tǒng)（單機(jī)或多機(jī)）綜合布置形式、地形條件和供電情況。輸送距離、上運(yùn)或下運(yùn)、提升高度、最大傾角等；（7）裝置布置形式，是否需要設(shè)置制動(dòng)器。原始參數(shù)和工作條件（1）輸送物料：營(yíng)養(yǎng)缽（2）物料特性： 1）塊度：0～80mm 2）散裝密度：0.099t/ 3）在輸送帶上堆積角：mρ=0 ° 4）物料溫度：50 ℃ 。（3）工作環(huán)境：室內(nèi)（4）輸送系統(tǒng)及相關(guān)尺寸： 1）運(yùn)距：1.5m 2）傾斜角：β=0° 3）最大運(yùn)量:0.18t/h ，初步確定輸送機(jī)布置形式，如圖 3-9 所示：圖 3-9 傳動(dòng)系統(tǒng)圖3.3.2 計(jì)算步驟3.3.2.1 帶寬的確定按給定的工作條件,取堆積角為 0°堆積密度按 99kg/3m輸送機(jī)的工作傾角 β=0°;帶式輸送機(jī)的最大運(yùn)輸能力計(jì)算公式為(1)??ksQ＝6.3式中： ——輸送量（ ）ht/——速度（ ）?sm16——物料堆積密度（ ）?3/mkg——在運(yùn)行的輸送帶上物料的最大堆積面積（ ）s 2m——輸送裝置的項(xiàng)斜系數(shù)k帶速選擇原則：(1)輸送量大、輸送帶較寬時(shí)，應(yīng)選擇較高的帶速。(2)較長(zhǎng)的水平輸送機(jī)，應(yīng)選擇較高的帶速；輸送機(jī)傾角愈大，輸送距離愈短，則帶速應(yīng)愈低。(3)物料易滾動(dòng)、粒度大、磨琢性強(qiáng)的，或容易揚(yáng)塵的以及環(huán)境衛(wèi)生條件要求較高的，宜選用較低帶速。(4)一般用于給了或輸送粉塵量大時(shí)，帶速可取 0.8 ~1 ；或根據(jù)物料特性和工藝要求sm//決定。(5)人工配料稱重時(shí)，帶速不應(yīng)大于 1.25 。/(6)采用犁式卸料器時(shí)，帶速不宜超過(guò) 2.0 。s(7)采用卸料車時(shí)，帶速一般不宜超過(guò) 2.5m/s；當(dāng)輸送細(xì)碎物料或小塊料時(shí)，允許帶速為3.15m/s。(8)有計(jì)量秤時(shí)，帶速應(yīng)按自動(dòng)計(jì)量秤的要求決定。(9)輸送成品物件時(shí)，帶速一般小于 1.25 sm/帶速與帶寬、輸送能力、物料性質(zhì)、塊度和輸送機(jī)的線路傾角有關(guān).當(dāng)輸送機(jī)向上運(yùn)輸時(shí)，傾角大，帶速應(yīng)低；下運(yùn)時(shí)，帶速更應(yīng)低；水平運(yùn)輸時(shí)，可選擇高帶速.帶速的確定還應(yīng)考慮輸送機(jī)卸料裝置類型，當(dāng)采用犁式卸料車時(shí)，帶速不宜超過(guò) 3.15 。s/表 3-1 傾斜系數(shù) k 選用表傾角(°) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20k 1.00 0.99 0.98 0.97 0.95 0.93 0.91 0.89 0.85 0.81輸送機(jī)的工作傾角=0°查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 〈帶式輸送機(jī)選用手冊(cè)（ Error! Reference source not found.）( 此后凡未注明均為該書(shū))得 k=1按給定的工作條件,取堆積角為 0°堆積密度為 99kg/m3考慮工作條件取帶速為 0.6m/s將參數(shù)值代入上式, 可得到為保證給定的運(yùn)輸能力,帶上必須具有的的截面積：208.16.9.3806. mkQs＝＝ ????因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)缽是直徑 m8?且重量較輕,所以我們確定選用帶寬 B=140mm,CC-56 棉帆布輸送帶CC-56 棉帆布輸送帶的技術(shù)規(guī)格：17帶厚 6.0m輸送帶質(zhì)量 5.44kg/3.3.2.2 輸送帶寬度的核算由于營(yíng)養(yǎng)缽直徑 ，小于帶寬 140 ，故，輸送帶寬滿足輸送要求。80?m3.3.3 圓周驅(qū)動(dòng)力3.3.3.1 計(jì)算公式傳動(dòng)滾筒所需的圓周驅(qū)動(dòng)力 為輸送機(jī)的所有阻力之和可用式（ 2）計(jì)算：UF（2）stSNHF???21式中： ——主要阻力（ N）HF——附加阻力（N）——特種主要阻力（N）1S——特種附加阻力（ N）2F——傾斜阻力（N）tS五種阻力中， 、 是所有輸送機(jī)都有的，其他三類阻力，根據(jù)輸送機(jī)側(cè)型及附件裝置情H況定，由設(shè)計(jì)者選擇。3.3.4 主要阻力計(jì)算輸送機(jī)的主要阻力 是物料及輸送帶移動(dòng)和承載分支及回程分支托輥旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的阻力總和。HF可用式（3）計(jì)算：（3）]cos)2([?GBRUOqqfLg??式中： ——模擬摩擦系數(shù)，根據(jù)工作條件及制造安裝水平?jīng)Q定，一般可按表查取。f運(yùn)行阻力系數(shù)值應(yīng)根據(jù)選取。取 =0.02f f表 3-1 阻力系數(shù) f輸送機(jī)工況 f工作條件和設(shè)備質(zhì)量良好，帶速低，物料內(nèi)摩擦較小 0.02～0.023工作條件和設(shè)備質(zhì)量一般，帶速較高，物料內(nèi)摩擦較大 0.025～0.03018工作條件惡劣、多塵低溫、濕度大，設(shè)備質(zhì)量較差，托輥成槽角大于 35°0.035～0.045——輸送機(jī)長(zhǎng)度（頭尾滾筒中心距） （ ）Lm——重力加速度g——承載分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分重量（kg/m）用式（ 4）計(jì)算：ROq（4）01aGqRO?其中： ——承載分支每組托輥旋轉(zhuǎn)部分重量（kg）1G——承載分支托輥間距（m）0a托輥已經(jīng)選好，知 kg9.21?計(jì)算： maqRO/6.5.0＝＝——回程分支托輥組每米長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量（kg/m）用式（5）計(jì)算：U（5）URaGq2?kgG6.2?計(jì)算： mkgaqUR/2.5062＝＝——每米長(zhǎng)度輸送物料質(zhì)量（kg/m）GkgQIqm/83.60.31.????——每米長(zhǎng)度輸送帶的質(zhì)量（kg/m）B mkqB/4.5]cos)2([?GBRUOHqfLgF?= 0.02×0.75×9.8×[11.6+5.2+（2×5.44+0.083 ）×cos0°]=4.081 N3.3.4.1 主要特種阻力計(jì)算主要特種阻力 包括托輥前傾的摩擦阻力 和被輸送物料與導(dǎo)料槽攔板間的摩擦阻力1S ?F兩部分，由于這次設(shè)計(jì)運(yùn)輸機(jī)沒(méi)有導(dǎo)料槽，托輥為水平托輥，故主要特種阻力為 0。glF193.3.4.2 附加特種阻力計(jì)算傾斜阻力計(jì)算附加特種阻力 包括輸送帶清掃器摩擦阻力 和卸料器摩擦阻力 等部分，2SFrFaF由于本次設(shè)計(jì)的輸送機(jī)沒(méi)有清掃器，卸料器，所以附加特種阻力為 0。傾斜阻力 按下式計(jì)算：stF（6）HgqGst??式中：因?yàn)槭潜据斔蜋C(jī)水平運(yùn)輸，所有 H=00＝HgqFGst??由式： ＝4.081+0+0+0+0＝4.081 NstSNUF??213.3.5 傳動(dòng)功率計(jì)算3.3.5.1 傳動(dòng)軸功率（ ）計(jì)算AP傳動(dòng)滾筒軸功率（ ）按式（7）計(jì)算：(7)10???UAF3.3.5.2 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率 ，按式（8）計(jì)算：MP（8）'?AMP?式中： ——傳動(dòng)效率，一般在 0.85~0.95 之間，取 0.95?——聯(lián)軸器的效率，一般在 0.90~0.95 之間，取 0.95'——減速器的效率，一般在 094~0.98 之間，取 0.94'由式（7） W024.168.40????＝?UAFP由式（8） W8.95' ＝＝?M20總 結(jié)本設(shè)計(jì)是在電腦上通過(guò)軟件虛擬造型的理想機(jī)器。由于軟件設(shè)計(jì)建立在理想條件下，所以只能根據(jù)理論設(shè)計(jì)推斷，很多的地方?jīng)]有考慮到具體情況。理論上的虛擬設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)存在一定的差距，但是理論是指導(dǎo)實(shí)踐的星星，總有一天能夠?qū)⑺兂涩F(xiàn)實(shí)。本設(shè)計(jì)中主要對(duì)嫁接機(jī)的夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)，其它機(jī)構(gòu)仍然存在很多的不足。（1）嫁接機(jī)的包扎機(jī)構(gòu)有待改進(jìn)，包扎的效果在理論上行的通，但是沒(méi)有做出具體的機(jī)器，難以考慮到各種誤差因素。（2）雖然對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，但是平穩(wěn)因素在現(xiàn)實(shí)情況中仍需要考慮。（3）主要控制電路基本確定，但是還不夠完整。還沒(méi)有考慮執(zhí)行元件、反饋環(huán)節(jié)具體電路設(shè)計(jì)。（4）只完了成部分執(zhí)行元件的控制試驗(yàn)，總控制程序還沒(méi)有連接起來(lái)。21致 謝本論文是在指導(dǎo)老師張涵的悉心指導(dǎo)下完成的。這是我大學(xué)期間學(xué)習(xí)的成果，也是我大學(xué)四年的結(jié)晶，它包含了我的收獲也顯示了我的不足。時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!22參考文獻(xiàn)[1]楊麗,劉長(zhǎng)青,張鐵中.雙臂蔬菜嫁接機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) ,2009,09:175-181.[2]李興.針接式蔬菜嫁接機(jī)的研究[D].浙江大學(xué),2013.[3]樓建忠,李建平,朱盤安,呂谷來(lái).斜插式蔬菜嫁接機(jī)砧木夾持機(jī)構(gòu)研制與試驗(yàn) [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,07:30-35.[4]劉凱,初麒,辜松,李元強(qiáng),牟艷秋,楊艷麗.茄科蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究現(xiàn)狀 [J].農(nóng)機(jī)化研究,2011,02:230-233.[5]辜松.2JC-350 型蔬菜插接式自動(dòng)嫁接機(jī)的研究 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) ,2006,12:103-106.[6]賈學(xué)武.手持式嫁接機(jī)的研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.[7]譚妮克.套管式蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.[8]龍濤.雙向式自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.[9]趙金英,張鐵中.PLC 在自動(dòng)嫁接機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,06:53-55+84.[10]羅軍,高英武,何幸保.自動(dòng)嫁接機(jī)的研究現(xiàn)狀與展望[J].湖南農(nóng)機(jī),2010,03:1-2.[11]項(xiàng)偉燦.直插式蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的研究[D].浙江理工大學(xué),2010.