溫室智能裝備系列之八十六2BPK—500型穴盤育苗自動打孔機的研制和試驗

王秀+馬偉+范鵬飛+姜凱

（北京農業智能裝備技術研究中心，北京 100097）

【摘要】本文設計了2BPK-500型穴盤育苗自動打孔機的樣機，通過對研制的樣機進行試驗，表明采用紅外傳感檢測的方法精確定位穴盤是可行的。測試結果為2BPK-500型穴盤育苗自動打孔機連續作業效率達到520盤/h，打孔合格率達到97.2%，表明該技術方法能快速精準地完成打孔作業。

背景

育苗是設施栽培中的關鍵環節，播種是育苗作業的一個步驟，傳統的機械播種方法已經無法滿足工廠化高效穴盤育苗的需求，因此迫切需要開發新型的播種系統[1]。研發播種系統最重要的工作之一是精準打孔。精準打孔可確保種子在每一個穴孔中心，實現播種的深度一致，保證種子發芽生長的孔徑一致等。具備的優點包括：育苗時不會因為密度不一致使種苗參差不齊；種苗生長不會因為播種深度不一致，產生高低不一的問題，從而提高商品率。打孔的好壞會影響育苗質量，而打孔作業質量受到若干因素的制約，其中覆土的均勻性和覆土的重量對作業影響較大[2]，穴盤凹口位置自動化檢測會影響打孔的精準性[3]。

工作原理

采用垂直升降的方式由伸縮器驅動打孔器完成打孔作業，探測器檢測到穴盤信號后發給控制箱中的控制器，控制器控制驅動電機停止運動，并驅動伸縮器完成打孔作業。當探測器確認打完孔的穴盤輸送到下一位置，同時檢測下一穴盤輸送到準確位置后，伸縮器才會對當前穴盤進行打孔。發生錯位時可以選擇人工方式直接從輸送帶上移出不合格穴盤，不影響下一穴盤的準確定位（圖1）。

試驗材料和方法

試驗對象為自主研制的2BPK-500型穴盤育苗自動打孔機（圖2）。為適合溫室環境使用，多次改進試制后，打孔機確定的外形設計參數為：長×寬×高=1502 mm×900 mm×1110 mm。對多種基質進行測試，打孔機最終確定的打孔壓力調節范圍為：0～4 MPa。從多次改進后的試驗結果看，研制樣機的外形參數滿足溫室環境下的靈活搬運，其可調節的打孔壓力滿足普通育苗基質的擠壓要求。另外采用220 V電源作為動力滿足輸送帶的作業負載要求。

試驗時間是2015年12月3日，試驗在北京小湯山國家精準農業示范基地進行。試驗主要目的是測試打孔機各項指標是否符合設計要求，并為設計改進提供指導。試驗主要測試項目包括：最大打孔深度、打孔合格率、生產效率、外形尺寸、工作電壓等主要技術參數。主要用到的儀器有高精度電壓表、卡尺、卷尺、秒表等。打孔合格率試驗連續播種3盤，統計孔的深度、直徑和誤差范圍，重復3次試驗，對試驗結果求平均值。試驗所用穴盤規格為72穴。

結果與討論

試驗結果如表1所示，打孔位于穴盤中心，誤差小于5 mm為合格，打孔合格率達到97.2%。試驗中發現，基質過于干燥或者過于潮濕會導致打孔合格率下降，原因是打孔器往上運動時，基質會黏附在打孔器上，從而對孔的形狀保持有一定影響。從后期發芽率試驗的結果來看，打孔質量差會降低發芽率。生產效率按照統計計算的方法完成，連續作業時，打孔的位置處于穴孔的中心點區域，輸送帶上的穴盤位置沒有發生錯位，傳感器探測定位準確。隨機挑選20個孔進行測量，孔深度為25～35 mm，達到理想目標。通過調節打孔深度，穴盤中的基質孔深在5 mm誤差以內。

結論

本文針對溫室育苗播種的需要設計了自動打孔機，試制了樣機并進行試驗。結論如下：

（1）采用紅外傳感檢測的方法精確定位穴盤，輸送帶上的穴盤打孔位置的誤差小于5 mm，證明該方法可行。

（2）連續作業時效率達到520盤/h，打孔合格率達到97.2%，結果表明該技術方法實現了快速精準的打孔作業。

參考文獻

[1]于建群.打孔式播種機的研究進展[J].吉林工業大學學報，1995，25（1）：115-119.

[2]馬瑞峻，馬旭，張亞莉，等.超級稻精量穴盤播種機排土器設計與試驗研究[J].農業工程學報，2012，28（3）：8-13.

[3]朱盤安，李建平.便攜式蔬菜穴盤自動播種機設計與試驗[J].農業機械學報，2016，47（8）：7-13.

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