基于力学特性的甘蓝钵苗取苗末端执行器：设计、仿真与试验研究.docxVIP

基于力学特性的甘蓝钵苗取苗末端执行器：设计、仿真与试验研究

一、引言

1.1研究背景与意义

甘蓝作为一种重要的蔬菜作物，在全球范围内广泛种植。在中国，甘蓝的种植面积逐年增加，其产量和质量对于保障蔬菜市场供应和农民增收具有重要意义。传统的甘蓝种植方式主要依赖人工移栽，这种方式不仅劳动强度大、效率低，而且移栽质量难以保证，严重制约了甘蓝种植产业的规模化和现代化发展。随着农业劳动力的日益减少和劳动力成本的不断上升，实现甘蓝种植的机械化移栽已成为必然趋势。机械化移栽能够显著提高移栽效率，降低劳动成本，同时保证移栽质量的一致性，有利于甘蓝的生长和发育，提高产量和品质。

取苗末端执行器作为甘蓝移栽机的关键部件，其性能直接影响着移栽效率和质量。在移栽过程中，取苗末端执行器需要准确地从穴盘中取出钵苗，并将其输送到栽植机构进行栽植。如果取苗末端执行器的设计不合理，可能会导致取苗失败、伤苗等问题，从而降低移栽效率和成活率。因此，设计一种符合甘蓝钵苗力学特性的取苗末端执行器，对于提高甘蓝机械化移栽的效率和质量具有重要的现实意义。通过深入研究甘蓝钵苗的力学特性，能够为取苗末端执行器的结构设计、参数优化提供科学依据，使其能够更好地适应甘蓝钵苗的特点，减少对钵苗的损伤，提高取苗成功率和移栽质量。这不仅有助于推动甘蓝种植产业的机械化发展，还能促进农业生产的现代化进程，提高农业生产效益。

1.2国内外研究现状

在国外，蔬菜机械化移栽技术起步较早，发展较为成熟。一些发达国家如美国、日本、荷兰等，在甘蓝钵苗移栽技术与取苗末端执行器的研究方面取得了显著成果。美国在农业机械化领域处于世界领先地位，其研发的移栽机采用了先进的自动化控制技术和高精度的取苗机构，能够实现高效、精准的取苗和移栽作业。日本则注重对移栽机的精细化设计和智能化控制，研发出了多种适应不同蔬菜品种和种植环境的取苗末端执行器，如气动式、机械式等，有效提高了移栽质量和效率。荷兰在温室蔬菜种植方面具有丰富的经验，其研发的移栽设备在智能化和自动化程度上达到了较高水平，能够根据不同的种植需求进行灵活调整。

国内对于甘蓝钵苗移栽技术的研究相对较晚，但近年来随着农业机械化的快速发展，相关研究也取得了一定的进展。许多科研机构和高校针对甘蓝钵苗的特点，开展了取苗末端执行器的设计与试验研究。例如，一些研究通过对甘蓝钵苗的力学特性进行测试分析，提出了基于力学特性的取苗末端执行器设计方法，有效提高了取苗的成功率和钵苗的完整性。还有一些研究在取苗机构的结构创新方面进行了探索，开发出了新型的取苗装置，如针式取苗机构、夹持式取苗机构等，提高了取苗的效率和适应性。然而，现有的研究仍存在一些不足之处。部分取苗末端执行器的结构复杂，成本较高，不利于大规模推广应用；一些取苗机构对不同规格的穴盘和钵苗的适应性较差，难以满足多样化的种植需求；此外，在取苗过程中对钵苗的损伤问题仍然没有得到很好的解决，影响了移栽后的成活率和生长发育。

1.3研究目标与内容

本研究的目标是设计一种符合甘蓝钵苗力学特性的取苗末端执行器，通过对甘蓝钵苗的力学特性进行深入研究，优化取苗末端执行器的结构和参数，提高取苗的成功率和质量，降低对钵苗的损伤，从而提高甘蓝机械化移栽的效率和成活率。具体研究内容包括以下几个方面：

甘蓝钵苗力学特性研究：通过试验测试，获取甘蓝钵苗在不同生长阶段的力学参数，如抗压强度、抗拉强度、剪切强度等，分析钵苗力学特性随苗龄、基质等因素的变化规律，为取苗末端执行器的设计提供理论依据。

取苗末端执行器结构设计：根据甘蓝钵苗的力学特性和移栽工艺要求，设计取苗末端执行器的总体结构和关键部件，如取苗针、夹持机构等，确定各部件的形状、尺寸和材料，使其能够实现高效、精准的取苗作业。

取苗末端执行器参数优化：运用仿真分析软件，对取苗末端执行器的关键参数进行优化，如取苗速度、插入深度、夹持力等，通过模拟不同参数组合下的取苗过程，分析各参数对取苗效果的影响，确定最优参数组合。

取苗末端执行器性能试验：制作取苗末端执行器样机，进行取苗性能试验，测试其取苗成功率、伤苗率、取苗效率等指标，验证设计的合理性和有效性，并根据试验结果对取苗末端执行器进行进一步优化和改进。

本研究的技术路线为：首先进行甘蓝钵苗力学特性的试验研究，获取相关数据并进行分析；然后根据力学特性和移栽要求进行取苗末端执行器的结构设计；接着运用仿真软件对设计参数进行优化；最后制作样机并进行性能试验，根据试验结果对取苗末端执行器进行完善。

二、甘蓝钵苗力学特性研究

2.1试验材料与方法

本试验选用“中甘21号”甘蓝品种作为研究对象，该品种具有早熟、抗病、优质等特点，在甘蓝种植中应用较为广泛。采用尺寸为590mm×280mm×50mm的标准穴盘进行育苗，穴盘的孔数分别为72穴、128穴