全自动嫁接装置的设计【苗木自动嫁接机】
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塔里木大学
毕业论文（设计）开题报告
课题名称 全自动嫁接装置设计
学生姓名 程翔
学 号 8011212138
所属学院 电气化工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级 16－1
指导教师 张涵
起止时间
机械电气化工程学院教务办制
1、课题名称及来源
名称：全自动嫁接装置的设计
来源：导师给定题目
2、研究的目的及意义和国内外研究现状
1、选题的目的及意义
主要目的和意义是为了减少工作者劳动强度和提高嫁接质量，使嫁接技术为当代农业更好的服务。机械嫁接技术是精准农业、微电子、计算机和自动控制等技术在农业中应用的集中体现，是农业生产过程自动化、智能化的重要标志。果蔬嫁接技术是当代农业果蔬生产的重要环节。为了提高劳动生产率和作业质量，降低劳动强度，改善工作环境，实现果蔬育苗机械化、自动化、智能化，与果蔬育苗生物学特性和栽培方式结合的嫁接机械得到发展。
2、课题所涉及问题及国内外研究现状
嫁接技术 2000 多年前发源于我国，日本于 1925年开始将其用于瓜类蔬菜栽培生产，80 年代，蔬菜嫁接栽培技术遍及日本、中国和欧美各国[1- 2]。蔬菜嫁接技术性非常强，手工嫁接育苗存在作业率低、嫁接苗成活率不高、出苗不均匀等问题，这种状况制约了蔬菜嫁接育苗技术的推广与应用。采用嫁接机进行机械化嫁接可提高生产率、降低嫁接作业难度、提高嫁接苗的成活率、保证嫁接苗生长一致，有利于生产管理和规模化生产。
日本最早开展蔬菜嫁接机的研发，之后韩国也相继开展了研究，其他国家还没有研究成果报道。
1986 年日本农林水产省生物系特定产业技术研究推进机构（生研机构）组织多家公司参与，率先开始研制嫁接机。1987 年研制出半自动形式 1 号试验样机 G871，上砧木和接穗苗由人工完成，其余由机械完成。该机采用贴接嫁接法，适用于瓜科蔬菜的嫁接作业，其嫁接成功率为 78%～85%。
1989 年在 1 号机的基础上又研制出半自动形式2 号试验样机 G892。为方便连续作业，该机采用圆盘输送砧木、接穗，一次可上盘 20 套砧木苗、接穗苗和嫁接夹。在不计向圆盘输送机构上放置砧木苗、接穗苗和嫁接夹的时间条件下，3 s 完成一株苗的嫁接作业，其嫁接成功率达到了 90%～98%。
上世纪 90 年代末，日本大阪府立大学开发研究了“plug- in”嫁接装置，即用频率为 0~40 kHz、振幅为 0.03 mm 的超声波振动切削装置将接穗加工成角度为 14°、 长为 10 mm 的锥形，另一方面用4 500 r·min-1 的锥形钻头在砧木上钻锥形孔，然后把接穗接到砧木上。
1999 年大阪府立农林技术中心开发出纯手工作业的简易嫁接器具 TK- WH（TK- WD），由日本 MARK 公司经销，该器具采用劈接法，适用于茄子、番茄等蔬菜的嫁接作业，由砧木切削器和接穗切削器两个独立部分构成，完成切削的砧 木和接穗用嫁接夹固定在一起。
上世纪 90 年代初，韩国也开始研究嫁接机，开发出采用靠接法的小型半自动式嫁接机。该机采用凸轮传递动力，分别完成砧木夹持、接穗夹持、砧木和接穗切削和对插 4 个动作，最高生产率为310 株·h-1，嫁接成功率为 90%。由于结构简单，操作方便，成本低廉，在韩国、日本和我国有一定销量，但是，由于采用靠接法嫁接，推广使用受到限制。
继半自动式嫁接机之后，韩国 Idealsystem 公司开发出针式全自动嫁接机，该机采用防回转五角形陶瓷针作为砧木和接穗的固定物，利用穴盘率可达 1 200 株·h-1，适合茄科蔬菜的嫁接作业。
中国农业大学张铁中教授率先在国内开展蔬菜嫁接机的研究，1998 年成功研究制出 2JSZ- 600 型蔬菜自动嫁接机（见图 5）。该嫁接机采用单子叶贴接法，实现了砧木和接穗的取苗、切削、接合、嫁接夹固定、排苗作业的自动化。该机嫁接作业时砧木可直接带土团进行嫁接，生产率为 600 株·h- 1，嫁接成功率高达 95%，可进行黄瓜、西瓜、甜瓜等瓜菜苗的自动化嫁接作业。整盘上砧木和接穗苗，操作方便，作业速度快。
2005 年东北农业大学研制出 2JC- 350 型插接式自动嫁接机（见图 6）。该嫁接机采用人工上砧木和接穗苗，通过机械式凸轮传递动力，可完成砧木夹持、砧木生长点切除、砧木打孔、接穗夹持、接穗切削以及接穗和砧木对接动作。该机结构简单、成本低，操作方便，生产率为 350 株·h- 1。经改进目前生产率已达 500 株·h- 1。由于采用插接法进行机械嫁接，不需嫁接夹等夹持物。适用黄瓜、甜瓜和西瓜的嫁接作业，嫁接成功率达 93%。
3、任务要求、预期目标、可行性分析
3.1、任务要求
3.1.1、功能要求
针对中国蔬菜生产集约化程度不高、劳动力丰富、 操作人员技术水平低、蔬菜育苗没有统一模式的状况 , 迫切需要开发结构简单、成本低廉、操作维护便捷、适用面广的嫁接机。
3.1.3 研究方法
1、操作人员将砧、穗木幼苗分别放在相应原供苗台上，当传感器检测到砧、穗木苗都送到位以后，苗台上的定位爪夹将苗固定。2、砧、穗木手臂同时伸出，夹持住相应的苗木，各供苗台上的定位爪松开，砧，穗木手臂同时缩回并旋转一定角度到达切削位置。3、切削机构旋转一定角度，同时完成砧穗木苗切削。4、砧、穗木手臂再次同时伸出，使砧、穗木苗的两切削面刚好贴合在一起。5、送夹机构送出嫁接夹，夹持住砧、穗木苗的结合部位。6、砧、穗木手臂同时松开苗株并缩回，嫁接苗经工作台面上的落苗口落下，由传送带送出，株苗嫁接完毕。7、砧、穗木手臂反射旋转一定角度，回到初始预备取位置即完成一个嫁接循环。
3.1.4 技术路线
嫁接机主要由砧穗木供苗台、手动机构、切削机构以及送夹机构、排苗机构等组成。
切削机构在借鉴以往嫁接机旋转切削刀架结构的基础上，针对以往嫁接机切削机构在实际生产中存在的切削效果不理想、嫁接苗成活率低等问题，在切削角度、切削半径和切削位置上进行了优化，设计出全自动的切削机构。
搬运机构是全自动嫁接机实现双工位调整作业的重要组成部分，采用对称分布、安装方向相反的两组相同的机械手臂结构。
3.2、预期目标
完成理论及结构设计并绘制SolidWorks三维实体图和总装图，能力所及的范围内发表一篇关于本人设计内容中有所创新相关设计的文章。
3.3、可行性分析
⑴ 本人设计能力及经验的积累：依据所参考的文献知有类似的机械，部分设计技术已经成熟。通过查阅大量文献对本设计题目有了深入了解，有机械类课程设计的经验，相信能够在规定时间内完成设计。
⑵ 资源保证：本次课题设计有指导老师指导，有相应的团队支持，学院有相应的平台，学校有足够的文献资源，保证本次设计顺利进行。
⑶ 调研协商
通过对家庭周边的调查得到的数据表明：小型粉碎机构我国农村有着较高的使用率，有较大市场，该功能的设备也比较多但是工作原理类似。
3.4研究计划
1、查阅文献了解相关机械的设计，实际调查嫁接装置的工作方式和原理
2、针对制定的设计要求进行对全自动输送嫁接装置进一步学习了解
3、确定全自动嫁接装置的设计和总体布局
4、分别设计输送装置、切削装置，机械手以及对关键零部件进行强度校核等理论分析
5、绘制三维实体图形并制定说明书
4、完成本课题的进度计划
第一周：查阅文献资料、熟悉课题内容。
第二周：撰写开题报告，制定总体方案。
第三、四周：查找先关的设计资料，了解粉碎机常用的设计结构。
第五、六周：设计粉碎机构及其图纸绘制，并且完成整布局。
第七、八周：设计进料机构，并且完成图纸绘制。
第九、十周：设计出料机构，并且完成图纸绘制。
第十一、十二周：整体设计检查及其修改。
第十三、十四周：撰写完成设计说明书。
五、参考文献
[1]杨丽,刘长青,张铁中.双臂蔬菜嫁接机设计与试验[J].农业机械学报,2009,09:175-181.
[2]李兴.针接式蔬菜嫁接机的研究[D].浙江大学,2013.
[3]楼建忠,李建平,朱盘安,吕谷来.斜插式蔬菜嫁接机砧木夹持机构研制与试验[J].农业工程学报,2013,07:30-35.
[4]刘凯,初麒,辜松,李元强,牟艳秋,杨艳丽.茄科蔬菜自动嫁接机的研究现状[J].农机化研究,2011,02:230-233.
[5]辜松.2JC-350型蔬菜插接式自动嫁接机的研究[J].农业工程学报,2006,12:103-106.
[6]贾学武.手持式嫁接机的研究[D].东北农业大学,2007.
[7]谭妮克.套管式蔬菜自动嫁接机的研究[D].中国农业大学,2005.
[8]龙涛.双向式自动嫁接机的研究[D].中国农业大学,2005.
[9]赵金英,张铁中.PLC在自动嫁接机控制系统中的应用[J].中国农业大学学报,2004,06:53-55+84.
[10]罗军,高英武,何幸保.自动嫁接机的研究现状与展望[J].湖南农机,2010,03:1-2.
[11]项伟灿.直插式蔬菜自动嫁接机的研究[D].浙江理工大学,2010.
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