甜瓜自动嫁接机机械系统结构及工作原理

辽宁省农业机械化发展中心

□ 叶秋楠

甜瓜自动嫁接机总体结构是一个机电一体化开环系统，由可编程逻辑控制器（PLC）控制系统及驱动器、执行元件（气缸、步进电机等）和机械系统三部分构成，总体结构如图1 所示。

图1 甜瓜自动嫁接机结构

其中，机械系统包括砧木及接穗切削装置、嫁接夹振动送夹及推夹装置两大部分，其结构图示意图如图2 所示。

图2 甜瓜自动嫁接机机械系统结构示意图

一、砧木及接穗切削装置结构及工作原理

甜瓜嫁接机砧木及接穗切削装置是嫁接机的核心部件，主要包括上苗机构、砧木及接穗取苗搬运机构、切削机构等，如图3 所示。嫁接机分别设计了砧木及接穗两个切削装置，主要执行机构为气爪，用来完成砧木和接穗的抓取搬运工作，气爪的伸缩由直线气缸控制，气爪安装在砧木和接穗旋转搬运直线伸缩气缸的末端，直线伸缩气缸转动由步进电机控制。

图3 砧木和接穗切削装置结构示意图

其工作过程是：在操作台两侧分别设置相应上苗机构，此时砧木和接穗旋转搬运装置直线伸缩气缸伸出，其末端的气爪张开，准备夹苗，当分别抓好砧木和接穗苗之后，搬运装置在砧木和接穗旋转搬运装置各自步进电机控制之下按要求的方向分别旋转90°至各自的切削工位，砧木和接穗切削机构完成切削，然后砧木和接穗旋转搬运装置继续旋转90°至砧木和接穗对接工位，此时嫁接夹振动输送和推夹装置推出嫁接夹，完成一次对接过程，然后砧木和接穗旋转搬运装置直线气缸缩回，并返回起点进行下一次取苗。砧木和接穗切削装置的工作流程如图4 所示。

图4 砧木和接穗切削装置的工作流程图

二、振动送夹及推夹装置结构及工作原理

嫁接机机械系统总体结构除砧木及接穗切削装置外，还包括嫁接夹振动排序送夹及推夹装置，其结构包括圆盘振动排序送夹装置和直线振动送夹装置及推夹装置组成。首先由圆盘振动排序送夹装置对夹子进行排序并经端口输送至直线振动送夹装置，然后送给推夹装置完成供夹动作。

1.振动排序送夹装置结构

振动排序送夹装置主要由圆形筒状料斗、定向筛选机构、顶盘、电磁激振器、支撑板弹簧、重盘和底座减震器等基本结构组成。电磁激振器是电磁铁和衔铁的总称，它将电能转换为机械振动能，作为装置的动力源，通常安装在料斗底部的中心处。重盘是固定电磁铁和板弹簧的基础零件，也是影响下部可动部分的主要零件，其外径通常略小于料斗外径。减震器位于重盘底部，由4 个圆柱型的橡胶减振支座构成。其结构示意图如图5 所示。

2.倾斜直线振动送夹装置设计

倾斜直线振动送夹装置主要用于对圆盘振动排序装置供夹提供一个缓冲，当直线振动送夹装置中的嫁接夹数量满足下一个嫁接动作时，关闭圆盘振动排序送夹装置，停止供夹动作。当直线送夹装置中的嫁接夹数量不足时，开启圆盘振动排序装置，继续对直线送夹装置供夹。这样可以减少振动盘的工作时间，提高振动盘的工作可靠性，延长动振动盘的工作寿命，同时也降低工作环境的噪声。

倾斜直线振动送夹装置（图6）由送夹滑道机构、电磁振动机构及控制单元构成。为了让嫁接夹能顺利在滑道内滑动，并且不摆动，根据嫁接夹的结构尺寸，滑道内应有滑槽。设计滑道的深度为2mm，宽度为10mm。嫁接夹设计为头部在滑道的滑槽中滑动，避免了夹子的左右摆动。同时为了避免夹子滑动过程中出现跳动，滑道上部设计左右对称的盖板，滑槽设计深度为11mm。为了保证滑道中有足够多的夹子提供给推夹机构，设计滑道总长为400mm。送夹滑道机构还包括滑道压盖，以免夹子偏离滑道方向。

工作时，电磁铁中通有经半波整流后的50Hz 的交流电，铁芯线圈产生的脉动电磁力使振动盘振动，从而使振动盘内的嫁接夹在自身重力、摩擦力和惯性力的共同作用下沿着倾斜直线振动送夹装置顺序、均匀地向下输送，通过推头推动进入推夹装置。

3.推夹装置设计

推夹装置由推夹机构、推头构成。推夹机构是推夹装置的关键部件，嫁接夹在张开过程中，当其头部两外侧相互平行时，嫁接夹被打开。根据夹子张开时所测的平均宽度，设计推夹机构内壁的宽度为8mm。由于嫁接夹设有使夹子保持合拢的弹性钢圈，推夹时为了钢圈顺利滑动，在推夹机构内壁设计了凹槽。根据夹子形状，又设计了特殊的推头结构，由气缸驱动。这样夹子就可以顺利地被推杆推出，完成嫁接动作。推夹机构和推头如图7 所示。

根据虚拟样机技术，进行了虚拟装配，在完成机械系统仿真之后试制了甜瓜自动嫁接机的样机，根据甜瓜自动嫁接机的工作原理设计控制系统。甜瓜自动嫁接机实物样机如图8所示。Θ

图8 甜瓜自动嫁接机