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蔬菜嫁接机夹苗机械构设计及仿真

黄瓜是北方的主要蔬菜产品之一。黄瓜生产主要利用黄瓜与南瓜的嫁接苗，以增强抗病性、提高产量和土地利用率等。嫁接是一项高产、高效、切实可行的生产技术，但同时又是一项时间紧迫、作业量大的工作。人工嫁接操作复杂、耗费工时，而且每个人嫁接水平不一，很难保证较高的成活率。因此，设计了蔬菜嫁接机，以满足生产的需要。

夹苗机械手是嫁接机的重要部件，直接影响嫁接机的工作速率和嫁接的成功率。笔者通过机构设计和计算机分析，设计了夹苗机械手。

1 机械手动作分析

设计的蔬菜嫁接机，要求砧木和穗木夹苗机械手在喂苗位置张开，分别喂入苗后，机械手闭合;之后机械手在动盘带动下转动90°，到切削位置停止，由切削装置分别切削砧木和穗木;之后在动盘带动下再次转动90°，到嫁接位置，砧木苗和穗木苗贴合，由送夹机构送来的秧夹夹住贴合后的秧苗，然后机械手张开，使完成嫁接的秧苗下落。

因此，对嫁接机械手的工艺要求是在喂苗位置，机械手张开，保证轻松喂苗，并且要保证苗的定位方向符合贴接法对秧苗切削的要求;在落苗位置，要保证秧苗的落苗空间，避免秧苗卡在机械手上。

2 机械手设计

2.1机构设计

根据嫁接工艺对机械手动作的要求，通过对多种机构的对比，决定采用图1所示的机构。工作时，在喂苗和落苗位置，由气缸推动推杆AE，带动外指AC向外运动，内指BD在连杆AB的带动下绕回转点E转动，使内、外指夹苗点C和D张开;内、外指的闭合由拉伸螺旋弹簧拉力的作用来实现。

2.2机构尺寸确定

由贴接法嫁接工艺可知，贴接后保证顺利落苗是确定机构尺寸的主3、塑料拉力实验机使用前必须进行空载运转确保无故障后方可加载使用要依据。黄瓜苗的最大叶片跨度为73.0 mm，平均65.1 mm，平均宽度23.5 mm，南瓜苗的最大叶片跨度为107. 0mm，平均87.4 mm，平均宽度37.3 mm。由于该机构除此以外机械手张开时内指是转动的，并且叶片具有较大的柔性和弹性，加上重力的作用，贴合后的秧苗较易于下落。因此，初步确定连杆AB长24 mm，外指AC长25 mm，内指BD长45 mm，推杆AE长75 mm。

3机械手建模与动态仿真分析

3.1机械手建模

将初步确定尺寸的机构各件用运动眼镜SolidWorks建立模型，然后将其装配。并对部分尺寸进行修正，水控制器得机械手三维图，如图2所示汉堡机。

图2

机械手夹持孔依据测得的秧苗茎杆平均尺寸确定。据测定，黄瓜苗横向1. 72 mm，纵向1.76 mm，南瓜苗横向2.73 mm,纵向3.79 mm，因而确定穗木夹持孔为半径1.7 mm因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的圆孔，砧木夹持孔为长3.8mm、宽2.7mm的矩形孔。另外，在夹持爪内侧与苗接触部分加装弹性好、表面粗糙的橡胶材料，以夹紧秧苗，这样并不影响嫁接秧苗的成活率。这是因为有研究表明，压缩变形小于20%时，它是适应比较大的拉力对秧苗的成活率影响非常小。

3.2机械手动态仿直与分析

为了检验机械手的动作和运动情况，用SolidWorks软件的COSMOSMotion插件对其进行动态分析，仿真时不考虑销轴的影响，销轴联接的两个部件间直接定义为旋转副。

3.2.1定义约束和载荷。弹簧座板和掌板固定于地，连杆和内指、连杆和推杆、内指和掌板定义旋转副，推杆和掌板定义平移副。弹簧座板和推杆之间定义线性弹簧，弹簧刚度6.629 N·mm，长度20 mm，直径4 mm，丝径1 mm。在推杆上施加一个30 N的力，力的方向沿推杆。

3.2.2进行干涉检查和仿真。单击菜单"运动"~"干涉检查"选择机械手整个模型进行干涉检查，经检查机械手各件间不存在干涉。然后，单击菜单"运动"~"智能构建器"~"仿真"，设置仿真"持续时间"为0.1 s,"帧的数目"为500，进行仿真，并将其运动过程制成AVI格式的动画演示结果表明，各机构部件的动作符合设计要求。

3.2.3仿真与结果的输出。为了确定秧苗夹持点的运动和落苗空间，跟踪内外指夹苗点轨迹并将其"输出CSV"，用Excel将数据文件打开，并将数据传人Matlab，绘制出轨迹曲线如图3,4。

从内外指夹苗点轨迹可见，外指最大位移9 mm，内指塌大位麻面料移7 mm，喂入苗的空间是它们的和16 mm，不仅可以保证苗的喂入，同时也应满足苗嫁接完成后下落的需要。

4 结论

根据嫁接机的总体工艺要求和嫁接用黄瓜苗、南瓜苗跳物理机械性质，设计了嫁接机械手的结构，并用SolidWorks软件建模，用COSMOSMotion插件进行了动态仿真分析，证明该机构及动作可满足设计要求。(end)