农业机械化及其自动化专业毕业论文--蔬菜嫁接机设计

一．市场调研1.机械嫁接的必要性嫁接用的砧木苗直径和接穗苗直径都较小，仅几毫米，并且幼苗脆嫩细弱，所以手工嫁接很耗费精力。

而且，每个人所掌握的嫁接技术要领、手法及熟练程度不同，难以保证较高的嫁接质量和较高的成活率。

．由于嫁接费工费时，有些地区出现了放弃嫁接栽培的现象，而靠大量施用农药防病治病。

这样，不但造成了资源和财物浪费，更严重的是污染了蔬菜，破坏了生态环境，对人类健康构成威胁。

蔬菜的手工嫁接技术，效率低、劳动强度大、嫁接苗成活率难以保证，因此已远远不能适应我国农业生产的要求。

在我国，发展机械化、自动化的嫁接技术势在必行。

机械嫁接技术，是近年在国际上出现的一种集机械、自动控制与园艺技术于一体的高新技术。

它可在极短的时间内，把蔬菜苗茎秆直径为几毫米的砧木、接穗的切口嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高；同时由于砧、穗接合迅速，避免了切口长时间氧化和苗内液体的流失，从而大大提高嫁接成活率。

2．嫁接机适用类型由于瓜类连作障碍问题越来越突出, 蔬菜嫁接技术受到人们的重视。

但目前开发出的各蔬菜嫁接机所采用的嫁接方法各异，适应的生产模式单一，适用蔬菜种类不广，还很难做到通过价格和生产率及嫁接成功率进行经济性搭配的程度。

目前蔬菜嫁接育苗生产没有统一的标准模式，各种模式之间的育苗基质、育秧钵或盘、播种方法、催芽设施、育秧设施和嫁接苗愈合设施等都不相同，各类嫁接机独特的生产要求很难与不同的模式相吻合，并且，嫁接机的自动化程度越高问题越严重。

因此，蔬菜育苗生产模式的不同制约了嫁接机的推广使用。

通过以上分析，认为根据我国农村劳动力丰富、农民整体技术水平不高、育苗机械化程度低和经济水平不高的实际国情，我国在研制全自动嫁接机提高嫁接育苗生产率的同时，应大力开发价格低廉、操作简单可靠的小型半自动嫁接机，降低嫁接作业的难度，扩大嫁接育苗技术的推广使用，以适应我国当前蔬菜生产机械化进程的需要。

二．蔬菜嫁接技术1．蔬菜嫁接方法图1 蔬菜嫁接方法2.蔬菜嫁接栽培技术现状嫁接技术早就广泛应用于园艺植物的繁殖、育种和栽培，而以果树和观赏树木等木本植物为主，在草本植物的蔬菜上则应用较少。

随着嫁接技术的发展和完善，其应用范围不断扩大，目前已发展成为番茄、茄子、黄瓜、苦瓜、西瓜等蔬菜抗病、早熟、丰产的一项重要技术措施。

早在50年代，日本、荷兰等将嫁接技术应用到蔬菜生产上。

据资料显示，1990年日本西瓜、黄瓜、甜瓜、番茄、和茄子栽培面积中有59%是嫁接栽培。

我国在20世纪70年代首先在黄瓜生产中应用嫁接技术，80年代嫁接栽培技术逐步完善与配套，已发展到西瓜、茄子、番茄等蔬菜上，并且，嫁接栽培面积逐年扩大，取得了显著的经济效益和社会效益。

三．国内外嫁接机的发展现状1．国外嫁接机技术先进国家的发展现状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。

1.1 日本嫁接机的研究与开发1986年日本农林水产省生物系特定产业技术研究推进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。

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。

其嫁接成功率达到了90%～98%。

1991年又研制出全自动式3号试验样机G913。

该机的嫁接成功率达90%以上。

1994 年日本井关公司同日本生研机构协作推出了商品化GR800B型半自动瓜科嫁接机以及GR800T型半自动茄科嫁接机（见图2A）。

嫁接成功率为95%。

另外日本村田种苗公司也根据自身育苗生产需要，开发研制出采用专用嫁接夹的半自动嫁接机，该机同井关公司嫁接机的工作原理类似（见图2B），可进行黄瓜和番茄的嫁接作业，生产率为600～700 株·h-1。

三菱公司根据日本全国农业协同组合联合会的嫁接苗生产模式开发MGM600 型全自动嫁接机（见图2C）。

该嫁接机采用套管法，砧木和接穗以单列形式送入嫁接机，切削后的砧木和接穗压合在一起后，使用专用弹性透明套管固定，嫁接苗成活后套管自动脱落。

该机适用于茄科蔬菜，生产率可达600 株·h- 1。

1990年日本TGR 研究所以大规模育苗生产系统为目标研制全自动嫁接机，1993年开发出商品化茄科用KGM0128 型嫁接机（见图2D），1995年用于瓜科嫁接作业的嫁接机问世，目前小松公司负责经营销售。

该机采用平接法，生产率为1000 株·h-1，嫁接成功率达97%。

日本洋马公司同生研机构协作，1993年开始研制全自动式嫁接机,1994年末AG1000 型全自动嫁接机开始上市销售（见图2E）。

嫁接成功率到达97%，但该机只适合于茄科蔬菜嫁接作业，生产率为1000 株·h-1。

为降低大型嫁接机的造价，洋马公司于2003年推出了体积较小，操作方便的T600 型半自动化瓜科嫁接机（见图2F）。

该机生产率可达600 株·h- 1，嫁接成功率为98%。

图2 日本几种蔬菜嫁接机上世纪90 年代末，日本大阪府立大学开发研究了“plug- in”嫁接装置。

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（见图3），完成切削的砧木和接穗用嫁接夹固定在一起。

图3 简易嫁接器1.2 韩国嫁接机的研究与开发上世纪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（见图4）。

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。

图4 韩国半自动嫁接机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，利用穴盘整盘上砧木和接穗苗，操作方便，作业速度快，生产韩国半自动嫁接机率可达1 200 株·h-1，适合茄科蔬菜的嫁接作业。

2．国内嫁接机的发展现状2.1 2JSZ- 600 型蔬菜自动嫁接机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。

图5 中国农业大学开发的嫁接机2.2 2JC-350 型插接式自动嫁接机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%。

图6 东北大学开发的嫁接机3.国内外嫁接机的价格与性能比较分析价格、生产率和嫁接成功率是三个主要参数指标。

日本农林水产省蔬菜茶叶研究所从1980 年开始每隔10 年对日本蔬菜嫁接育苗生产进行一次调查，根据2000 年最新调查结果，52%的蔬菜嫁接育苗生产者对嫁接机的价格表示不易接受，希望开发价格低、操作简单的嫁接育苗设备，因此价格是嫁接机最重要的指标。

日本嫁接机一般自动化程度较高，这导致嫁接机的价格过高，如日本小松公司的全自动嫁接机自动化程度最高，价格也最高，达到196 万元人民币；井关公司半自动化嫁接机的价格为49 万人民币。

一般嫁接机不能同时适应瓜科和茄科蔬菜嫁接，并且嫁接育苗非全年作业，嫁接机完成嫁接育苗后即成为闲置设备，因此如此高的价格很难被农民所接受，小松公司的全自动嫁接机从1993 年开始销售到2000 年，仅售出4 套，井关公司的嫁接机销量较好，在同比时期国内外销售量也仅在100 台左右。

相比而言，韩国的小型半自动嫁接机，结构简单，其价格只有3000元人民币左右，仅在1992～1995年韩国国内就销售约1000台，日本销售250台。

据此，2004年洋马公司开发出小型、半自动的T600 型嫁接机，价格在35万元人民币。

另外，日本又推出了TK-WH 型手动嫁接器具。

嫁接机的生产率同其自动化程度有关，全自动嫁接机生产率高，半自动嫁接机生产率低。

嫁接机的嫁接成功率全自动略高于半自动，因为机械作业的准确性要好于人工作业；但是，自动化程度越高，嫁接机的嫁接成功率同嫁接用苗的标准化程度的关系就越密切，即只有在提供的嫁接用砧木和接穗的几何尺寸达到标准、均一的条件下，嫁接机才可保证有较高的嫁接成功率。

这样即会对操作人员有较高要求，需要专业人员操作，不能实现普通用户的操作使用。

而价格低廉、操作简单可靠的小型半自动嫁接机，会大大降低嫁接作业的操作难度，更适合普通用户使用，增大推广范围。

通过以上分析比较，根据我国农村劳动力丰富、农民整体技术水平不高、育苗机械化程度低和经济水平不高的实际国情，我国在研制全自动嫁接机提高嫁接育苗生产率的同时，应大力开发价格低廉、操作简单可靠的小型半自动嫁接机，降低嫁接作业的难度，扩大嫁接育苗技术的推广使用，以适应我国当前蔬菜生产机械化进程的需要。

四.双臂蔬菜嫁接机设计与试验经过对国内外的蔬菜嫁接机发展现状的调查发现：日本、韩国等国对蔬菜嫁接机研究较多,并已应用于实际蔬菜育苗生产中,但这些嫁接机价格昂贵,非一般农户和中小育苗中心所能承受,不适合我国目前蔬菜生产工厂化、集约化程度不高的状况。

在我国,自1998年中国农业大学研制出2J SZ2600 型单臂嫁接机以来,不少研究机构进行过蔬菜自动嫁接机械装置的研究。

据报道,目前国内蔬菜嫁接机的嫁接速度在310 ～600 株/ h不等,一般需要2～3 人配合操作,人均工作效率仍然较低,与人工作业速度(120 株/ h) 相比没有明显优势。

因此,在2J SZ2600型单臂嫁接机结构基础上,研制开发一种成本增幅不高、效率较高的双臂蔬菜自动嫁接机。

1.双臂嫁接机系统结构和工作原理双臂嫁接机主要由砧穗木供苗台、搬运机构、切削机构以及送夹机构、排苗机构等组成,如图7所示。

与单臂嫁接机相比最大的特点在于其砧、穗木搬运机构采用对称分布、安装方向相反的双工位机械手臂结构,使2 组砧、穗木手臂在2 个工位上能同时工作,从而提高嫁接效率。