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摘 要： 摘要:針對嫁接用砧木冠幅影響嫁接生產率的問題，提出通過砧木苗預切進一步提高生產率，設計了一種嫁接用穴盤砧木苗預切裝置，實現對砧木冠幅流水線式整盤快速預切。進行輸送帶速度與切刀速度匹配試驗，確定輸送帶速度為60m/h。進行砧木苗冠幅切削的切下物運
摘要:針對嫁接用砧木冠幅影響嫁接生產率的問題，提出通過砧木苗預切進一步提高生產率，設計了一種嫁接用穴盤砧木苗預切裝置，實現對砧木冠幅流水線式整盤快速預切。進行輸送帶速度與切刀速度匹配試驗，確定輸送帶速度為60m/h。進行砧木苗冠幅切削的切下物運動軌跡特性試驗，結果表明:滾板線速度范圍在80～95m/h內時，可獲得較理想的切削成功率和推苗成功率，成功率均達95%以上;在對標準72穴穴盤砧木苗進行預切時，整機生產率約為111盤/h。
關鍵詞:穴盤砧木苗;嫁接;預切;流水線作業
0引言
蔬菜嫁接育苗可以抵抗土傳病害，且比普通苗長勢茂盛，產量可提高20%左右，在現代集約化蔬菜生產中被廣泛應用[1-5]。人工嫁接流程包括砧木與接穗穴盤苗的搬運、砧木切除冠幅及接穗切除根部、砧木接穗的切面對接和固定、嫁接苗的搬運，平均嫁接作業速率為300株/h，部分嫁接能手能達到400～500株/h[6-7]。但是，我國蔬菜種苗需求量已超過百億，傳統人工嫁接工作繁重、效率低[8-9]，需要進一步提高嫁接生產率。
現有提高嫁接生產率的手段有傳統嫁接的輔助裝置切削器、嫁接生產線及機械嫁接設備。傳統嫁接的輔助裝置切削器，可實現對砧木、接穗的快速切削[10-12]。嫁接生產線則是將物資輸送系統、嫁接輔助裝置切削器和人工作業結合起來的生產體系，通過物資輸送系統為人工整盤提供砧木、接穗及其他嫁接需要的物資，人工完成嫁接，再通過物資輸送系統整盤輸出嫁接苗，高效地進行嫁接作業[12-14]。機械嫁接設備包括半自動嫁接機和全自動嫁接機:半自動嫁接機為人工進行砧木接穗的供給，機器自動完成砧木接穗的切削、對接和固定，回栽由機械完成或人工完成，如日本的GR-800T、荷蘭的ISO-graft1100;全自動嫁接機為整盤穴盤上砧木、接穗，整盤下嫁接苗，如日本的AG1000[15-20]。
砧木的冠幅在機械嫁接中占據空間、干涉嫁接機部件，間接影響嫁接速率;在人工嫁接作業中連續帶角度切削時，冠幅所帶體積需頻繁騰手丟垃圾，影響嫁接速度，且廢料處理麻煩。砧木預切可集中處理大部分廢料，嫁接時減少廢料所占空間，無論是對機械嫁接還是對人工嫁接，都可減少作業環節，加快嫁接速度，提高生產率。
為減少嫁接作業中砧木冠幅切削環節，筆者開發了一種嫁接用穴盤砧木苗預切裝置，對砧木冠幅流水線式整盤快速預切。在完成機構設計的基礎上進行穴盤砧木苗自動預切性能試驗，對輸送帶速度與切刀速度進行匹配，并考察砧木苗預切裝置對砧木苗冠幅切削的切下物運動軌跡特性。
1嫁接用穴盤砧木苗預切裝置工作原理
砧木是植株的下部分，為單一莖稈，長勢比較均一(見圖1)，且砧木失去冠幅后，較長一段時間不會萎蔫，可實施機械切削作業。
嫁接用穴盤砧木苗預切裝置包括穴盤輸送機構、攏苗機構、切削機構、集苗板及清苗機構，如圖2所示。穴盤輸送機構主要部件為輸送帶，用于輸送穴盤砧木苗;攏苗機構主要部件為滾板，用于將砧木苗推向切削機構和集苗板;切削機構主要部件為一把做往復剪切運動的切刀，用于切削砧木冠幅;集苗板用于收集切斷的砧木冠幅，防止砧木冠幅散落穴盤導致影響后續的嫁接作業;清苗機構主要部件為同步帶刮板，用于清理集苗板上堆積的冠幅。工作時，通過穴盤輸送機構的輸送帶連續輸送穴盤砧木苗，穴盤砧木苗靠近攏苗機構，砧木被攏苗機構的滾板推向切削機構和集苗板;切削機構的切刀做往復剪切運動將砧木冠幅切斷，砧木冠幅落入集苗板，清苗機構的同步帶刮板繞集苗板做圓周運動，將砧木冠幅推到集苗板外。.
在沒有攏苗機構作用時，穴盤砧木苗由穴盤輸送機構輸送，具有和輸送帶相同的運動速度V。當砧木苗經過切削機構時，切刀做往復剪切運動，砧木冠幅被切斷的瞬間，下部植株速度為0，上部植株速度為V;由于上下兩部分植株存在速度差，上部植株繞切削點產生一個力矩M，使冠幅往前傾倒。砧木苗較小時，冠幅互不干涉，其受力如圖3(a)所示;砧木苗較大時，冠幅有交錯，其受力向前傾倒的同時，冠幅交錯處產生一個力F拉，其對切削點的力矩為M’，M’方向可能和M相同，也可能相反。M’與M反向時，F拉如圖3(b)所示。當M大于M’時，冠幅能順利落入集苗板;當M等于M’時，冠幅堆積在切刀上方;當M小于M’時，冠幅往后倒，被后續的冠幅擋住并堆積在切刀上方。有攏苗機構作用時，砧木苗被切削前，被滾板推向集苗板。
2切削性能試驗
嫁接用穴盤砧木苗預切裝置切刀選用電動修枝剪，型號HS-H5126，刀距為20mm，刀片轉速1400r/min。為匹配輸送帶速度與切刀速度、獲得良好的切削成功率(即砧木被切斷且切口平整)，進行了初步探索試驗。試驗用穴盤砧木苗為培育5周的番茄苗，穴盤為標準72穴穴盤，1行切削6株砧木苗，切刀距穴盤底部高度80mm。試驗結果表明:輸送帶速度為60m/h時，切削成功率可達100%。
在此基礎上，進一步考察嫁接用穴盤砧木苗預切裝置對砧木苗冠幅切削的切下物運動軌跡特性，進行穴盤砧木苗自動預切性能試驗，分別以砧木苗的切削成功率及推苗成功率為評價指標，判定推苗成功為砧木切斷后被推入集苗板。
攏苗機構的作用為將砧木苗推向切削機構和集苗板，減小砧木冠幅相互交錯造成的砧木冠幅被切斷后不能定向傾倒的問題。滾板線速度對切削成功率及推苗成功率均有影響:滾板線速度過小，相當于対砧木苗施加一個與行進方向相反的力，砧木苗被切斷的冠幅不能順利進入集苗板;滾板線速度如過大，會將砧木苗推倒造成切削質量不佳甚至被推斷。為確定合理的滾板線速度，進行單因素試驗。在輸送帶速度60m/h上下對滾板線速度取值為30、60、80、100、20m/h，并設置空白參照組，即沒有滾板作用。
從大棚種植的砧木苗中隨機抽取24盤，搭建試驗臺進行試驗，如圖4所示。試驗逐盤進行，切削完后立即統計切削成功率和推苗成功率。
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3結果與討論
嫁接用穴盤苗自動預切性能試驗結果如表1所示，將表格數據制成折線圖如圖5所示。
1)輸送帶速度為60m/h時，對于標準72穴穴盤，其規格參數為540mm×280mm，此穴盤砧木苗預切裝置長度方向輸送穴盤，其切削生產率約為111盤/h，總計7992株。對于嫁接生產線，其人工平均嫁接速度為300株/h，可實現同時為大約26名工人提供砧木苗;對于機械嫁接，目前沒有生產率超過2000株/h的嫁接機機型，可實現同時對超過3部嫁接機提供砧木苗。
2)在輸送帶速度為60m/h的條件下，沒有滾板作用的切削成功率可達100%，但推苗成功率僅為20.8%。由于砧木苗冠幅相互交錯，產生與倒伏方向相反的拉力F拉，使砧木苗冠幅堆積在切刀前部，最后落在輸送帶上。滾板線速度為30m/h時，推苗成功率比沒有滾板作用時還低，因為滾板線速度比輸送帶速度慢，砧木苗經過滾板時被反向壓彎，切斷后大部分冠幅直接落入輸送帶;滾板線速度與輸送帶速度相等時，滾板能較好地將砧木苗被切斷的冠幅推向集苗板，但仍存在冠幅交錯拉扯的情況，成功率僅為88.9%;隨著滾板線速度的增加，推苗成功率上升，滾板線速度達到100m/h時推苗成功率達到100%，但此時滾板對苗的作用力過大，出現砧木苗向前彎曲，使砧木切面不平整、切削成功率下降;滾板線速度為120m/h時，切削成功率進一步下降。綜合表1、圖5數據可知:滾板線速度范圍在80～95m/h內，可獲得較理想的切削成功率和推苗成功率，成功率均達95%以上。
4結論
1)設計了一種嫁接用穴盤砧木苗預切裝置，該裝置可實現穴盤砧木苗的快速連續切削，輸送帶運行速度為60m/h時達到較好的切削效果，切削生產率約為111盤/h。
3)進行無滾板作用的切削試驗，冠幅交錯對切削成功率影響大，切削成功率僅為20.8%。
4)進行有滾板作用的切削試驗，結果表明:滾板線速度范圍在80～95m/h內時，可獲得較理想的切削成功率和推苗成功率，成功率均達95%以上。
