油菜基質塊苗移栽機雙向遞進式送苗裝置設計與試驗

胡喬磊 袁佳誠 李心志 王 磊 張青松 廖慶喜

(1.華中農業大學工學院， 武漢 430070； 2.農業農村部長江中下游農業裝備重點實驗室， 武漢 430070)

0 引言

育苗移栽具有縮短作物生育期、提高土地復種指數等作用，是顯著提高作物單產的有效途徑之一[1-3]。油菜移栽育苗方式多以缽苗、穴盤苗、毯狀苗及基質塊苗為主，相較于其他育苗方式，基質塊育苗具有可提供更多營養成分、機械移栽對幼苗根系損傷小等優點[4-5]?，F有移栽機對油菜基質塊苗適應性較差，國內尚缺乏針對油菜基質塊苗移栽機及其配套裝置的相關研究[6-7]。

國外移栽機研究起步早，向著高效率、自動化方向發展，全自動移栽機已廣泛應用，如日本井關農機株式會社及洋馬公司研制的全自動蔬菜移栽機，意大利Ferrari、Hortech公司及英國Pearson等公司生產的全自動移栽機[8-9]。但國外全自動移栽機整機龐大，對田間條件要求較高，不適合我國長江流域稻坂田粘重土壤的油菜移栽實際情況[10]。國內移栽機研究起步較晚，現有移栽機多以半自動為主，缺乏配套的自動送苗裝置[11]。為解決油菜移栽機送苗技術難題，國內學者根據現有育苗方式特點及栽植模式開展了相關研究，陳風[12]設計了輸送帶加導向輪移栽機缽苗排隊裝置，利用導向輪將事先放在傾斜苗盤上的缽苗在重力作用下導入傳送帶，實現載苗基質塊的有序輸送；楊傳華等[13]設計了一種基于PLC控制的穴盤苗自動輸送裝置，采用高速伺服電動缸推桿頂出苗方式進行取送苗，可實現穴盤苗自動化送苗；劉凱強等[14]設計了一種自動移栽機苗盤輸送機構，可實現苗盤橫向往復式、縱向間歇式運動，提高了苗盤輸送效率；韓綠化等[15]利用直線模組和無桿氣缸組合設計自動移栽機械臂，驅動取苗末端執行器進行取苗、移苗、栽苗操作。綜上，國內現階段雖有多種送苗機構已投入生產使用，但缺乏與基質塊苗配套的送苗裝置，嚴重制約了油菜自動化移栽技術的發展與應用[16-18]。

本文以自主培育油菜載苗基質塊為研究對象，為匹配現有取苗機構工作，采取以單片機控制橫向遞進送苗結合縱向連續送苗的送苗方式，設計一種油菜基質塊苗移栽機雙向遞進式送苗裝置，開展送苗過程分析，探究送苗過程中載苗基質塊穩定約束條件，為油菜基質塊苗移栽機結構改進提供參考。

1 送苗裝置結構與工作原理

1.1 基本結構

油菜基質塊苗移栽機(圖1)主要由臥式旋耕機、空氣壓縮機、電控盒、送苗裝置、船式開溝犁、取苗裝置、覆土器、電源等組成，其技術參數見表1。

圖1 油菜基質塊苗移栽機結構示意圖Fig.1 Sketch of rapeseed substrate block seeding transplanter1.臥式旋耕機 2.空氣壓縮機 3.電控盒 4.送苗裝置 5.船式開溝犁 6.取苗裝置 7.覆土器 8.電源

表1 油菜基質塊苗移栽機技術參數Tab.1 Main technical parameters and performance indicators of rapeseed substrate seedling transplanter

送苗裝置關鍵部件包括橫向送苗裝置和縱向送苗裝置兩部分，如圖2所示。橫向送苗裝置由橫向送苗架、直線導軌滑臺、苗盤、苗框、落苗盒等組成；縱向送苗裝置由伸縮氣缸、連桿、縱向送苗伸縮管、導桿、同步輸送帶、擋苗桿等組成。

圖2 送苗裝置結構示意圖Fig.2 Sketch of seedling feeding device1.橫向送苗架 2.直線導軌滑臺 3.苗盤 4.苗框 5.落苗盒 6.伸縮氣缸 7.連桿 8.縱向送苗伸縮管 9.導桿 10.同步輸送帶 11.擋苗桿

1.2 工作過程及原理

雙向遞進式送苗過程分為橫向遞進送苗、縱向連續送苗兩個階段，工作過程如圖3所示。工作時，電磁閥控制連桿帶動各擋苗桿閉合，單片機控制直線滑臺帶動各苗框橫向運動預設距離，基于自由度約束及力矩平衡原理，約束載苗基質塊運動姿態及軌跡，將一排載苗基質塊推送至對應同步輸送帶上，載苗基質塊由送苗初始狀態Ⅰ運動至狀態Ⅱ，并進入間歇時間，實現橫向遞進送苗階段；同時，基于自由度約束和雙向遞進同步原理，電磁閥控制連桿帶動各擋苗桿打開，各排載苗基質塊在同步輸送帶與導桿約束下，同步向下運動至設定位置，載苗基質塊由狀態Ⅱ運動至送苗最終狀態Ⅲ，實現縱向連續送苗階段，完成一個送苗周期；輸送至預定位置的載苗基質塊經取苗裝置逐一分離完成取苗移栽；直線滑臺經設定間歇時間后，連桿收縮帶動擋苗桿閉合，橫向送苗裝置推送苗框內下一排載苗基質塊至同步輸送帶上，依次循環，當直線滑臺推送完成設定送苗次數后，帶動苗框自動復位，等待下一次裝苗移栽。

圖3 送苗裝置工作示意圖Fig.3 Work schematic of seedling feeding device

2 關鍵部件設計

2.1 油菜載苗基質塊特性測定

載苗基質塊在機構約束下實現送苗，其基本物料特性是開展送苗裝置關鍵部件參數分析的基礎。試驗選取自主培育28～33 d的適移栽“華油雜62”正方體油菜載苗基質塊為對象[19]，開展摩擦因數測定以及載苗基質塊力與形變試驗?；|塊主要成分為蚯蚓糞、黃棕壤、珍珠巖，邊長39.0～42.5 mm，平均質量85.37 g，變異系數8.18%，苗高50～90 mm，寬65～100 mm，試驗時基質塊含水率為23%～30%。

試驗采用濟南蘭光機電技術有限公司MXD-02型摩擦因數儀(精度0.001)測定載苗基質塊與PVC同步帶、不銹鋼光軸、鋼板間摩擦因數分別為0.754、0.494、0.587，如圖4a所示；采用TMS-PRO型質構儀及其配套的壓縮平板對載苗基質塊進行屈服力試驗測定，如圖4b所示，試驗時壓縮速度為1 mm/s，壓縮高度為10 mm，試驗重復10次，測得載苗基質塊屈服力為92.24 N，油菜載苗基質塊平板壓縮過程力與形變曲線如圖5所示，P為油菜載苗基質塊最大屈服力所在點。

圖4 載苗基質塊力學特性測試Fig.4 Test of mechanical properties of seedling bearing substrate block1.質構儀 2.壓縮平板 3.載苗基質塊 4.油菜幼苗

圖5 油菜載苗基質塊平板壓縮過程力與形變曲線Fig.5 Diagram of force and deformation of rapeseed substrate block seedlings during plate compression

2.2 橫向送苗裝置設計與分析

圖6 橫向送苗過程載苗基質塊受力分析Fig.6 Stress analysis of substrate block in process of lateral seedling delivery1.苗盤底板 2.苗框隔板 3.基質塊 4.苗框隔板固定架 5.苗盤側板

橫向送苗階段通過苗框推送載苗基質塊(圖6a)，故苗框距苗盤底部高度(簡稱苗框底高)及苗框相鄰隔板間距是影響橫向送苗過程穩定性的關鍵。根據所育油菜載苗基質塊尺寸，設計苗框隔板高度為50 mm[20]，為避免橫向送苗過程中苗框內載苗基質塊因摩擦力及隔板推力作用下產生傾倒趨勢，影響橫向送苗效果，橫向送苗階段載苗基質塊應滿足所受空間力矩平衡；為保證苗框隔板對載苗基質塊穩定約束，苗框相鄰隔板間距取值應在載苗基質塊邊長及對角邊尺寸范圍內。載苗基質塊受力分析如圖6b所示。

苗框底高d及苗框相鄰隔板間距LG滿足關系式

(1)

式中FT——橫向加速送苗一排時隔板推力，N

fn1——苗盤隔板對基質塊的支持力，N

f1——苗盤側板對一排載苗基質塊的摩擦力，N

FG——一排載苗基質塊重力，N

fn2——苗盤底板對基質塊的支持力，N

a——橫向送苗加速度，m/s2

f2——苗盤底板對一排載苗基質塊的摩擦力，N

G——載苗基質塊的重力，N

α——送苗裝置與水平面間夾角，(°)

μ1——苗盤與載苗基質塊間的靜摩擦因數，取0.587

n——每排載苗基質塊個數

m——載苗基質塊平均質量，取0.085 kg

L——載苗基質塊平均邊長，取40 mm

M——力矩

由式(1)計算得

(2)

苗框底高與橫向送苗加速度、送苗裝置安裝角度、載苗基質塊與苗盤間靜摩擦因數及載苗基質塊尺寸有關；苗框相鄰隔板間距取40～56.57 mm，根據送苗裝置尺寸及對載苗基質塊尺寸兼容性需求，取苗框相鄰隔板間距為45 mm，試驗時通過直線導軌滑臺控制系統，設定橫向送苗加速度為40 m/s2。

苗盤長度決定每排載苗基質塊最大容量，根據整機尺寸設計苗盤長度LM為340 mm，橫向送苗過程中，為避免擠壓力過大時載苗基質塊發生形變及損傷，苗框內各行其它載苗基質塊對首株的擠壓力應小于其最大屈服力；為防止擋苗桿打開后載苗基質塊在同步輸送帶上自動下滑，輸送帶與載苗基質塊之間摩擦力應大于載苗基質塊重力分力。苗框各排最大送苗數量及送苗裝置安裝角度應滿足

(3)

式中f′n——各行其它載苗基質塊對首株的擠壓力，N

F′——載苗基質塊最大屈服力，92.24 N

μ2——載苗基質塊與同步輸送帶間的靜摩擦因數，取0.754

由式(2)、(3)得n≤8.5、α≤37.5°、d≤28.22 mm，基于橫向送苗過程中對載苗基質塊穩定性分析，為滿足橫向送苗過程中對載苗基質塊的無損推送及穩定約束，確定苗框相鄰隔板間距為45 mm、單個苗框每排載苗基質塊容量為8株，為滿足移栽需求設計苗框容量為6排×8株、送苗裝置安裝角度為30°、苗框底高取0～28.22 mm。

2.3 縱向送苗裝置設計

2.3.1擋苗桿設計

各行送苗裝置工作同步性是影響移栽機栽植效果一致性的主要因素。為保證縱向連續送苗過程各行同步性，設計了擋苗桿聯動機構(圖7)。擋苗桿由閉合至打開時，連桿帶動旋轉臂銷在導軌槽內前后移動最大距離。根據送苗裝置空間尺寸，確定擋苗桿及旋轉臂長度為40 mm、擋苗桿閉合時旋轉臂與縱向送苗方向夾角為30°，以擋苗桿閉合時，旋轉臂銷位置O1為初始點，為避免擋苗桿開合過程導軌槽與擋苗轉軸干涉，及旋轉臂銷在導軌槽內沿Y軸方向無足夠的運動距離，導軌槽尺寸及旋轉臂銷與導軌槽上下端距離應滿足關系式

圖7 擋苗桿聯動機構示意圖Fig.7 Sketch of seedling feeding device1.擋桿轉軸 2.擋苗桿 3.擋桿轉軸套 4.旋轉臂 5.導軌槽 6.旋轉臂銷 7.連桿 8.機架橫梁 9.連桿固定軸套 10.伸縮氣缸

(4)

式中LX——旋轉臂長度，為40 mm

θ——旋轉臂與Y軸方向夾角，為30°

LD1——初始位置O1與導軌槽下端距離，mm

LD2——初始位置O1與導軌槽上端距離，mm

由式(4)得導軌槽設計尺寸為LD1≥5.36 mm、6.36 mm≤LD2≤34.64 mm。

基于縱向送苗各行同步性及流暢性分析，確定旋轉臂銷初始位置O1距離導軌槽下端為15 mm，初始位置O1距離導軌槽上端為25 mm，導軌槽長度LD為40 mm。

2.3.2導桿參數

縱向連續送苗過程穩定性主要依靠同步輸送帶與導桿約束作用，上導桿與同步輸送帶距離(簡稱上導桿高度)及左右導桿間距是保證縱向送苗過程穩定性關鍵。為約束載苗基質塊在縱向送苗過程運動姿態及軌跡，設計左右導桿間距為45 mm；為避免縱向送苗過程中同步輸送帶摩擦及載苗基質塊相互作用，使載苗基質塊所受空間力矩不平衡導致前后傾倒，影響送苗效果，對縱向送苗過程載苗基質塊進行了受力分析，如圖8所示，載苗基質塊所受力矩及上導桿高度LS應滿足關系式

(5)

式中f3——載苗基質塊與上導桿之間的摩擦力，N

f4——同步輸送帶上后續載苗基質塊對首株載苗基質塊擠壓力，N

f′3——傾倒后載苗基質塊對上擋桿的擠壓力，N

μ3——上導桿對載苗基質塊的靜摩擦因數，取0.494

γ——載苗基質塊在同步輸送帶上傾斜角度，(°)

n′——縱向送苗最大載苗基質塊數量

由式(5)計算得

(6)

圖8 縱向送苗載苗基質塊受力分析Fig.8 Stress analysis diagram of substrate block for longitudinal seedling delivery and loading1.同步輸送帶 2.導桿

擋苗桿到取苗位置距離LK決定縱向送苗最大容量，根據整機尺寸設計擋苗桿到取苗位置距離LK為490 mm；為保證載苗基質塊完整性，縱向送苗最大容量時，后續載苗基質塊對首株載苗基質塊壓力應小于其屈服力，擋苗桿到取苗位置距離LK及縱向送苗最大載苗基質塊數量應滿足關系式

(7)

由式(6)、(7)可得40 mm≤LS≤56.57 mm、n′≤12.25。

為保證縱向連續送苗過程穩定性，上導桿高度取40～56.57 mm，左右導桿間距為45 mm，基于送苗過程載苗基質塊完整性分析，確定縱向送苗載苗基質塊最多為12株。

2.3.3送苗速度與送苗間歇時間

縱向送苗速度是影響送苗裝置與取苗裝置匹配效果的關鍵參數。擋苗桿打開時，載苗基質塊在同步輸送帶摩擦力作用下，沿縱向送苗方向做先勻加速后勻速運動，為滿足現有取苗裝置工作要求，同步輸送帶需在取苗裝置工作半個周期內輸送載苗基質塊距離為40～60 mm；同時為避免取苗裝置取苗過程發生漏取及縱向送苗過程擁堵現象，送苗過程應保證同步輸送帶不發生載苗基質塊數量過多導致擁堵情況下，連續將載苗基質塊輸送至預定位置?？v向送苗速度及橫向遞進送苗間歇時間t應滿足關系式

(8)

式中a1——載苗基質塊沿同步輸送帶送苗方向的加速度，m/s2

v2——縱向送苗速度，m/s

t1——載苗基質塊在沿縱向送苗方向上勻加速運動時間，s

t2——載苗基質塊由擋苗桿運動至取苗位置時間，s

T——取苗機構每株取苗時間，s

由式(8)計算得v2為73.46～142.84 mm/s，t為4.35～6.17 s。

基于取苗裝置匹配需求及送苗穩定性分析，縱向送苗速度取為73.46～142.86 mm/s；橫向遞進送苗間歇時間范圍為4.35～6.17 s，確定橫向遞進送苗間歇時間為5 s。

3 性能臺架試驗

為驗證油菜基質塊苗移栽機送苗裝置結構設計與參數分析合理性，以自主研發的油菜基質塊苗移栽機(圖9)為平臺，開展單因素試驗與二次正交組合試驗。

圖9 油菜基質塊苗移栽機實物圖Fig.9 Physical drawing of rape seedling carrier matrix block transplanter1.臥式旋耕機 2.電控箱 3.直線滑臺 4.苗盤 5.同步輸送帶 6.空氣壓縮機 7.載苗基質塊 8.船式開溝犁 9.取苗裝置 10.落苗盒 11.電源

3.1 送苗裝置參數單因素試驗

3.1.1試驗條件與方法

為探究苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度單因素對送苗同步率、送取苗成功率的影響規律，開展了油菜基質塊苗移栽機整機臺架試驗，試驗設置橫向遞進送苗速度為40 mm/s，取苗頻率50株/(行·min)，橫向遞進送苗間歇時間為5 s。

為獲得送苗裝置送苗同步效果及與現有取苗裝置工作匹配程度，試驗定義：載苗基質塊由送苗裝置輸送至設定位置，且完整、無傾倒通過取苗裝置為送取苗成功；當一行送苗結束后，送苗總數和其余各行所剩載苗基質塊個數的差值與送苗總數百分比為送苗同步率Y1；送取苗成功個數與送苗總數百分比為送取苗成功率Y2。

3.1.2試驗結果與分析

開展苗框底高對送苗同步率、送取苗成功率影響單因素試驗，試驗水平為苗框底高取0～28 mm，每間隔2 mm為一個水平，試驗重復5次。為提高試驗結果準確性及適應性，試驗時固定上導桿高度，縱向送苗速度取值靠近理論分析結果中間值，上導桿高度取為48 mm、縱向送苗速度取為108 mm/s，試驗結果如圖10所示。

圖10 不同苗框底高時送取苗成功率及送苗同步率變化曲線Fig.10 Effect of seedling frame bottom height on success rate and synchronization rate of seedling delivery

由圖10可知，移栽機送苗同步率及送取苗成功率隨苗框底高的增加呈現先增至平穩后緩慢下降的趨勢。在苗框底高0～6 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率較低，且隨苗框底高的增加呈相對快速上升趨勢，由于送苗過程中，載苗基質塊表面有基質顆粒散落在苗盤內，苗框底高過小造成推送阻塞，同時苗框底高降低時，油菜幼苗枝葉相對位置升高，易發生幼苗枝葉相互纏繞；在苗框底高6～24 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率較高，且隨苗框底高的增加呈穩定趨勢，苗框底高的適當增加提高了送苗通過性；在苗框底高24～28 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率隨苗框底高的增加呈下降趨勢，苗框底高過大時送苗過程載苗基質塊易發生傾倒，導致送苗失效。

開展上導桿高度對送苗同步率、送取苗成功率影響單因素試驗，試驗水平為40～56 mm，每間隔2 mm為一個水平，試驗重復5次取平均值。試驗時苗框底高取14 mm、縱向送苗速度取108 mm/s，試驗結果如圖11所示。

圖11 不同上導桿高度時送苗同步率及送取苗成功率變化曲線Fig.11 Effect of height of upper guide rod on success rate and synchronization rate of seedling deliver

由圖11可知，移栽機送苗同步率及送取苗成功率隨上導桿高度的增加呈現先增至平穩后緩慢下降的趨勢。在上導桿高度40～44 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率較低，且上導桿高度的增加呈相對快速上升趨勢，由于育苗過程中載苗基質塊尺寸在一定范圍內有所波動，上導桿高度過小時對載苗基質塊尺寸兼容性較差，易造成縱向送苗堵塞；在上導桿高度46～54 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率較高，且隨上導桿高度的增加呈穩定趨勢，由于上導桿高度的適當增加提高了對載苗基質塊尺寸的兼容性，提高了縱向送苗通過性；在上導桿高度54～56 mm階段，送取苗成功率及送苗同步率隨上導桿高度的增加呈下降趨勢，由于上導桿過高時，縱向送苗過程首株載苗基質塊易發生傾倒，影響送苗流暢性。

開展縱向送苗速度對送苗同步率、送取苗成功率影響單因素試驗，試驗水平為75～140 mm/s，每間隔5 mm/s為一個水平，試驗重復5次。試驗時苗框底高取14 mm、上導桿高度取48 mm，試驗結果如圖12所示。

圖12 不同縱向送苗速度時送苗同步率及送取苗成功率變化曲線Fig.12 Effect of longitudinal seedling delivery speed on success rate and synchronization rate of seedling delivery

由圖12可知，在縱向送苗速度75～130 mm/s階段，移栽機送取苗成功率隨縱向送苗速度的增加無明顯變化；在縱向送苗速度130～140 mm/s階段，移栽機送取苗成功率隨縱向送苗速度的增加呈現緩慢下降趨勢，由于縱向送苗速度過高，導致送苗速度與取苗裝置產生漏栽及落苗傾倒現象。送苗同步率隨縱向送苗速度的增加呈上升并趨于穩定趨勢。

基于苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度對送苗成功率、送苗同步率影響規律的單因素試驗結果，確定苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度合理取值范圍為：5～25 mm、45～55 mm、80～140 mm/s。

3.2 送苗性能優化試驗

3.2.1試驗條件與方法

基于單因素試驗分析結果，為得到送苗裝置較優工作參數組合，試驗以苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度為試驗因素，以四行送苗同步率Y1、送取苗成功率Y2為評價指標，使用Design-Expert軟件開展三因素三水平二次正交組合試驗設計。試驗因素與編碼如表2所示，試驗每組測試4行共24排，結果取平均值。

表2 試驗因素與編碼Tab.2 Factors and codes of experiment

3.2.2試驗結果與分析

各試驗方案與結果如表3所示，X1、X2、X3為因素編碼值。

表3 試驗方案與結果Tab.3 Experimental scheme and results

分析試驗數據，建立送苗同步率Y1、送取苗成功率Y2和苗框底高X1、上導桿高度X2、縱向送苗速度X3的多元非線性回歸模型為

(9)

表4 方差分析Tab.4 Variance analysis

3.3 參數優化及驗證

由表4可知，調節苗框底高對送取苗成功率影響極顯著，由于苗框底高降低時，油菜枝葉相對位置升高，易發生幼苗枝葉相互纏繞，而苗框底高過大時，橫向送苗載苗基質塊產生前傾現象，影響送苗效果；調節上導桿高度對送取苗成功率影響極顯著，試驗中發現上導桿過低易導致送苗卡頓，過高易產生傾倒現象；調節送苗速度對送苗同步率影響極顯著，試驗中適宜的縱向送苗速度可以與取苗裝置產生良好配合效果，提高縱向送苗速度可一定程度提高送苗同步率，但是會導致取苗失效現象產生，降低送取苗成功率，與單因素試驗結論分析一致?；谏鲜龇治?，優化各工作參數，實現因素間參數合理匹配是提高各評價指標的關鍵[21]。

結合各因素邊界條件，建立參數優化數學模型，目標函數和約束條件為

(10)

運用Design-Expert 10.0.1軟件對約束指標分析，求得較優送苗參數組合為：苗框底高10.67 mm、上導桿高度49.97 mm、縱向送苗速度140.00 mm/s，此時送苗同步率為94.83%、送取苗成功率為93.41%。

為驗證參數優化結果可行性，考慮機器實際加工精度，采用較優送苗參數組合為：苗框底高10.7 mm、上導桿高度50.0 mm、縱向送苗速度140.0 mm/s，開展油菜基質塊苗送取苗臺架試驗驗證，對試驗結果取均值得送苗同步率Y1=94.54%，送取苗成功率Y2=93.13%，試驗結果與理論預測值結果相符，滿足油菜基質塊苗移栽機送苗裝置技術要求。

4 田間試驗

為驗證田間試驗效果，2020年10月中旬于華中農業大學現代農業示范基地進行試驗(圖13)。試驗前測得土壤堅實度為1 837.62 kPa、含水率為18.58%，選用約翰迪爾1054型拖拉機，作業速度為0.72～0.90 km/h，設置苗框底高為10.7 mm、上導桿高度為50.0 mm、縱向送苗速度為140.0 mm/s。試驗參考JB/T 10291—2013《旱地栽植機械》中移栽機械的相關試驗方法，每次取連續的16株為數據采集樣本點，每行測量4組共64株，對試驗結果取平均值得送苗同步率為92.20%，送取苗成功率為88.30%，滿足油菜移栽機移栽成功率不低于85%的要求。

田間試驗發現，作業地表不平、拖拉機晃動、行駛速度變化等現實因素，是導致油菜載苗基質塊產生株距不均、傾倒等現象的主要原因，使田間試驗送取苗成功率相較于臺架試驗降低了4.83個百分點。

圖13 田間試驗Fig.13 Field experiment

5 結論

(1)設計了一種雙向遞進式油菜基質塊苗移栽機送苗裝置。闡述了送苗裝置的工作過程，測定了油菜載苗基質塊力學特性，確定了送苗過程中載苗基質塊穩定輸送的工作參數。

(2)測定了油菜載苗基質塊與各材料間的靜摩擦因數，確定了其最大屈服力為92.24 N。根據所測油菜載苗基質塊力學特性及物理參數，基于送苗各階段載苗基質塊穩定性分析，在取苗頻率為50株/(行·min)情況下，開展了苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度對送苗同步率、送取苗成功率影響的單因素試驗，確定了苗框底高范圍為5～25 mm、上導桿高度范圍為45～55 mm、縱向送苗速度范圍為80～140 mm/s。

(3)構建了送苗過程中橫向遞進送苗階段和縱向連續送苗階段的運動學模型，開展了苗框底高、上導桿高度、縱向送苗速度對送苗同步率、送取苗成功率影響的三因素三水平二次正交組合試驗，結果表明：苗框底高為10.7 mm、上導桿高度為50.0 mm、縱向送苗速度為140.0 mm/s時送苗效果較優，較優參數組合下臺架試驗結果：送苗同步率為94.54%，送取苗成功率為93.13%。田間試驗結果表明送苗同步率為92.20%，滿足油菜移栽機送苗技術要求。