保圣質(zhì)構(gòu)儀：蔬菜移栽?shī)A持器設(shè)計(jì)中不可或缺的助力

 一、研究背景

在蔬菜種植領(lǐng)域，機(jī)械化移栽技術(shù)對(duì)提高生產(chǎn)效率和降低成本意義重大。然而，當(dāng)前蔬菜移栽過(guò)程中，由于缺乏對(duì)種苗夾持力的有效檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制，常出現(xiàn)傷苗和漏栽問(wèn)題。不同生長(zhǎng)條件、種苗品種差異以及移栽機(jī)的穩(wěn)定性等因素，都會(huì)影響移栽?shī)A持器在取苗時(shí)的效果。現(xiàn)有研究多聚焦于果蔬采摘的夾持力檢測(cè)與控制，針對(duì)蔬菜移栽過(guò)程中夾持力反饋控制設(shè)備的研究較少。而準(zhǔn)確了解種苗的機(jī)械性能，對(duì)于設(shè)計(jì)出能精準(zhǔn)控制夾持力的移栽?shī)A持器至關(guān)重要。保圣質(zhì)構(gòu)儀作為一種先進(jìn)的材料性能測(cè)試設(shè)備，能夠精確測(cè)量植物莖的機(jī)械性能，為移栽?shī)A持器的設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，在解決蔬菜移栽難題中具有不可替代的作用。

 

• 實(shí)驗(yàn)方法

 

 （一）實(shí)驗(yàn)材料選擇

選用“赤研2號(hào)”辣椒穴盤苗作為實(shí)驗(yàn)材料，在含有泥炭、珍珠巖和蛭石（比例2:1:1）的基質(zhì)中培育45天。隨機(jī)挑選80株辣椒苗，使用精度為0.01mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量其莖直徑，并將這些苗平均分為兩組，分別用于拉伸和壓縮強(qiáng)度測(cè)試。

 

 （二）保圣質(zhì)構(gòu)儀的應(yīng)用

使用保圣TA質(zhì)構(gòu)儀對(duì)辣椒苗進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試。具體操作是將辣椒苗固定在質(zhì)構(gòu)儀上，按照相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)。在測(cè)試過(guò)程中，質(zhì)構(gòu)儀能夠精確記錄辣椒苗在受力過(guò)程中的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)，如力的大小、位移變化等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究人員可以分析辣椒苗的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度以及在不同受力情況下的變形情況 。

 

 （三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

對(duì)保圣質(zhì)構(gòu)儀獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究辣椒苗的生物參數(shù)（如莖直徑）與機(jī)械參數(shù)（拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度等）之間的關(guān)系。通過(guò)數(shù)據(jù)處理，繪制出辣椒苗徑向載荷與壓縮量的變化曲線，分析在不同受力階段辣椒苗莖的彈性變形和塑性變形情況，為移栽?shī)A持器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

 

• 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

 （一）辣椒苗機(jī)械性能數(shù)據(jù)

通過(guò)保圣質(zhì)構(gòu)儀的測(cè)試，得到了辣椒苗的詳細(xì)機(jī)械性能數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在拉伸和壓縮強(qiáng)度測(cè)試中，辣椒苗表現(xiàn)出不同的力學(xué)特性。而且，分離力遠(yuǎn)小于拉伸和壓縮強(qiáng)度，在取苗過(guò)程中，取苗機(jī)構(gòu)通常不會(huì)因分離力而損傷或拔斷辣椒莖，但移栽過(guò)程中，種苗主要因夾持器對(duì)莖的徑向壓縮而受損 。

 

 （二）莖的變形分析

根據(jù)質(zhì)構(gòu)儀的數(shù)據(jù)繪制的徑向載荷與壓縮量變化曲線表明，在一定范圍內(nèi)，辣椒苗莖的載荷與壓縮量近似呈線性關(guān)系。當(dāng)壓縮量從0增加到R時(shí)，莖發(fā)生彈性變形，去除載荷后能恢復(fù)正常狀態(tài)；而當(dāng)載荷超過(guò)一定限度（如達(dá)到點(diǎn)F），莖會(huì)發(fā)生塑性變形，即使去除載荷也無(wú)法恢復(fù)，這會(huì)影響移栽后種苗的生長(zhǎng)。

 

 四、保圣質(zhì)構(gòu)儀的重要性

 （一）為夾持器設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)

保圣質(zhì)構(gòu)儀精確測(cè)量的辣椒苗機(jī)械性能數(shù)據(jù)，為移栽?shī)A持器關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，研究人員可以確定夾持器的最大夾持力、夾持方式等關(guān)鍵參數(shù)。例如，根據(jù)辣椒苗莖的抗壓能力，將夾持器的最大夾持力設(shè)定為10N，以避免在移栽過(guò)程中對(duì)種苗造成過(guò)度擠壓而損傷。

（二）助力優(yōu)化夾持器性能

質(zhì)構(gòu)儀提供的數(shù)據(jù)有助于優(yōu)化夾持器的性能。通過(guò)分析辣椒苗在不同受力情況下的變形情況，研究人員可以改進(jìn)夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其在夾持種苗時(shí)更加穩(wěn)定，減少對(duì)種苗的損傷。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)也為開發(fā)力反饋控制算法提供了基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾持力的精準(zhǔn)控制。

 

 （三）推動(dòng)蔬菜移栽技術(shù)發(fā)展

保圣質(zhì)構(gòu)儀在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，為解決蔬菜移栽過(guò)程中的傷苗和漏栽問(wèn)題提供了有力支持?；谫|(zhì)構(gòu)儀獲取的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出的力反饋夾持器，在室內(nèi)移栽實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，提高了移栽成功率。這對(duì)于推動(dòng)蔬菜移栽技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)蔬菜種植的機(jī)械化和自動(dòng)化具有重要意義 。