康乃馨群体种苗气力分离机构设计与试验_何涛.pdf

第 47 卷 第 4 期 中 国 农 机 化 学 报 Vol 47 No 4 2026 年 4 月 Journal of Chinese Agricultural Mechanization Apr 2026 DOI 10 13733 j jcam issn 2095 5553 2026 04 010 何 涛 李 国 龙 林 承 蔚 等 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 设 计 与 试 验 J 中 国 农 机 化 学 报 2026 47 4 65 70 84 He Tao Li Guolong Lin Chengwei et al Design and experiment of a pneumatic separation mechanism for carnation collected seedlings J Journal of Chinese Agricultural Mechanization 2026 47 4 65 70 84 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 设 计 与 试 验 何 涛 李 国 龙 林 承 蔚 黄 思 牟 英 辉 辜 松 华 南 农 业 大 学 工 程 学 院 广 州 市 510642 摘 要 针 对 现 有 机 械 化 分 离 方 式 不 适 用 于 康 乃 馨 群 体 种 苗 分 离 作 业 效 率 和 分 离 成 功 率 低 等 问 题 采 用 射 流 分 离 方 法 构 建 一 套 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 并 进 行 群 体 种 苗 气 力 分 离 试 验 在 对 YINMORE 康 乃 馨 种 苗 进 行 外 形 特 征 参 数 测 量 的 基 础 上 对 分 离 机 构 供 苗 箱 种 苗 输 送 带 射 流 喷 嘴 网 状 分 离 平 台 进 行 设 计 和 控 制 装 置 与 视 觉 装 置 选 型 并 通 过 Fluent 仿 真 确 定 射 流 喷 嘴 射 流 孔 径 为 6 mm 射 流 作 业 高 度 为 20 mm 群 体 种 苗 气 力 分 离 试 验 以 分 离 成 功 率 为 目 标 函 数 射 流 点 位 射 流 压 力 以 及 射 流 作 用 时 间 间 隔 为 影 响 因 素 进 行 三 因 素 三 水 平 全 因 素 试 验 结 果 表 明 当 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 茎 部 射 流 压 力 为 0 25 MPa 射 流 作 用 时 间 间 隔 为 0 50 s 时 分 离 作 业 效 率 可 达 6 000 株 h 分 离 成 功 率 为 94 5 为 康 乃 馨 种 苗 扦 插 机 研 发 提 供 技 术 参 考 关 键 词 康 乃 馨 群 体 种 苗 分 离 气 力 分 离 射 流 分 离 机 构 中 图 分 类 号 S223 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 2095 5553 2026 04 0065 07 Design and experiment of a pneumatic separation mechanism for carnation collected seedlings He Tao Li Guolong Lin Chengwei Huang Si Mou Yinghui Gu Song College of Engineering South China Agricultural University Guangzhou 510642 China Abstract Aiming at the problems that the existing mechanized separation method is not applicable to carnation collected seedlings separation and the operational efficiency and separation success rate are low a set of carnation group seedling pneumatic separation mechanism was constructed by adopting the jet separation method and the collected seedlings pneumatic separation test was carried out In this study on the basis of the measurement of characteristic parameters of YINMORE carnation seedlings the design of the seedlings supply box seedlings conveyor belt jet nozzle mesh separation platform and the selection of control devices and visual devices were carried out and the aperture of the jet nozzle was determined to be 6 mm through Fluent simulation The collected seedlings pneumatic separation test took the separation success rate as the objective function and the jet point position jet pressure and jet time interval as the influencing factors and carried out a three factor three level full factor test The test results showed that when the jet point position was at the stem of group seedlings the jet pressure was 0 25 MPa and the time interval of jet action was 0 50 s the efficiency of the separation operation could reach 6 000 plants h and the separation success rate was 94 5 It can provide technical reference for the development of carnation seedlings cuttings machine Keywords carnation collected seedling separation pneumatic separation jets separation mechanism 0 引 言 康 乃 馨 属 石 竹 科 植 物 是 目 前 鲜 切 花 市 场 最 受 欢 迎 的 花 卉 之 一 2021 年 全 球 市 场 规 模 为 28 05 亿 株 需 求 量 非 常 大 康 乃 馨 主 要 培 育 方 式 是 扦 插 生 根 1 3 扦 插 作 业 需 要 人 工 高 强 度 高 重 复 性 作 业 然 而 随 着 种 植 企 业 劳 收 稿 日 期 2024 年 7 月 23 日 修 回 日 期 2025 年 2 月 23 日 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 2021 YFD2000700 广 东 省 重 点 领 域 研 发 计 划 项 目 2023 B0202110001 2023 年 乡 村 振 兴 战 略 专 项 农 业 科 技 发 展 及 资 源 环 境 保 护 管 理 项 目 2023 KJ131 第 一 作 者 何 涛 男 1999 年 生 湖 南 宁 远 人 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 为 设 施 园 艺 智 能 装 备 E mail 1732962471 qq com 通 讯 作 者 辜 松 男 1963 年 生 广 东 汕 头 人 博 士 教 授 研 究 方 向 为 设 施 园 艺 智 能 装 备 E mail sgu666 sina com中 国 农 机 化 学 报 2026 年 动 力 需 求 增 大 人 工 成 本 升 高 以 及 利 润 率 降 低 等 问 题 日 益 严 重 人 工 作 业 已 难 以 满 足 目 前 大 规 模 生 产 4 6 自 动 化 是 减 少 劳 动 力 的 主 要 手 段 能 够 为 种 植 企 业 提 供 高 速 度 高 重 复 以 及 更 大 潜 在 生 产 率 的 生 产 方 式 7 9 因 此 可 以 使 用 自 动 化 机 械 作 业 去 替 代 人 工 作 业 提 高 生 产 率 在 整 体 扦 插 过 程 中 分 离 是 自 动 化 难 度 最 大 的 步 骤 自 动 化 分 离 技 术 不 成 熟 作 业 效 率 低 导 致 扦 插 整 体 工 作 效 率 低 因 此 高 效 分 离 问 题 成 为 种 苗 自 动 扦 插 的 关 键 技 术 瓶 颈 目 前 已 有 多 位 学 者 对 群 体 种 苗 分 离 进 行 研 究 Naoshi 等 10 在 1999 年 针 对 菊 花 插 条 浮 在 水 面 不 会 下 沉 的 特 性 提 出 采 用 振 动 水 箱 的 方 式 使 得 群 体 插 条 在 水 面 摊 开 再 利 用 视 觉 识 别 独 立 个 体 并 由 机 械 手 完 成 扦 插 扦 插 成 功 率 为 94 2 姜 德 龙 等 11 13 在 研 究 分 离 柔 嫩 幼 苗 时 提 出 了 细 分 气 流 分 离 技 术 通 过 交 错 的 细 分 气 流 将 群 体 幼 苗 冲 击 散 开 后 再 利 用 传 送 带 差 速 法 实 现 对 柔 嫩 幼 苗 的 分 离 茄 子 黄 瓜 和 红 掌 幼 苗 的 幼 苗 分 离 效 率 分 别 为 11 070 株 h 13 590 株 h 和 17 100 株 h 荷 兰 某 公 司 研 发 的 针 对 菊 花 种 苗 的 4000 型 扦 插 机 利 用 振 动 传 送 皮 带 的 方 式 对 无 序 的 菊 花 群 体 种 苗 进 行 分 离 工 作 效 率 为 3 600 株 h 然 而 康 乃 馨 种 苗 有 更 大 质 量 以 及 更 粗 壮 茎 秆 这 些 分 离 技 术 均 不 能 很 好 适 应 康 乃 馨 群 体 种 苗 针 对 目 前 分 离 技 术 无 法 解 决 康 乃 馨 种 苗 高 效 分 离 问 题 本 文 提 出 一 种 利 用 射 流 冲 击 的 方 法 并 设 计 气 力 分 离 机 构 该 机 构 通 过 视 觉 识 别 群 体 种 苗 利 用 射 流 将 康 乃 馨 群 体 种 苗 冲 散 实 现 分 离 本 文 对 气 力 分 离 机 构 进 行 结 构 设 计 通 过 试 验 分 析 气 力 分 离 最 佳 作 业 参 数 以 期 实 现 高 效 分 离 康 乃 馨 群 体 种 苗 1 分 离 结 构 与 工 作 原 理 1 1 康 乃 馨 种 苗 特 征 选 用 YINMORE 康 乃 馨 种 苗 为 研 究 对 象 如 图 1 所 示 康 乃 馨 种 苗 具 有 4 6 对 成 熟 叶 以 及 1 2 对 嫩 叶 随 机 取 样 400 株 康 乃 馨 种 苗 测 量 样 本 的 株 高 苗 径 和 质 量 图 1 康 乃 馨 种 苗 样 本 Fig 1 Carnation seedling sample 图 2 为 康 乃 馨 种 苗 的 株 高 苗 径 和 质 量 的 分 布 情 况 数 据 均 呈 现 出 正 态 分 布 康 乃 馨 种 苗 的 株 高 主 要 集 中 在 150 0 187 5 mm 占 比 达 85 33 康 乃 馨 种 苗 的 苗 径 集 中 在 3 885 7 065 mm 占 比 达 83 31 康 乃 馨 种 苗 的 质 量 则 集 中 在 2 071 3 784 g 占 比 达 84 08 a 苗 茎 c 质 量 b 株 高 图 2 康 乃 馨 种 苗 苗 径 株 高 质 量 分 布 Fig 2 Carnations seed seedling diameter plant height mass distribution 1 2 分 离 结 构 人 工 扦 插 康 乃 馨 种 苗 时 扦 插 工 人 手 持 一 捆 康 乃 馨 群 体 种 苗 从 中 捡 拾 出 单 独 种 苗 扦 插 到 6 12 穴 盘 中 重 复 作 业 直 到 扦 插 满 穴 位 自 动 化 扦 插 康 乃 馨 种 苗 如 图 3 所 示 右 框 为 分 离 机 构 包 括 振 动 气 缸 供 苗 箱 种 苗 输 送 带 网 状 分 离 平 台 其 中 网 状 分 离 平 台 包 括 筛 网 射 流 喷 嘴 以 及 喷 嘴 运 动 模 组 左 框 为 扦 插 机 构 包 括 穴 盘 输 送 带 以 及 扦 插 机 械 臂 气 源 由 压 缩 机 提 供 控 制 装 置 由 电 脑 与 PLC 组 成 还 需 要 视 觉 相 机 对 分 离 群 体 种 苗 以 及 扦 插 进 行 识 别 与 定 位 在 自 动 扦 插 过 程 中 群 体 种 苗 分 离 的 问 题 越 来 越 成 为 制 约 生 产 效 率 的 重 要 因 素 因 此 针 对 高 效 群 体 种 苗 分 离 进 行 研 究 图 3 康 乃 馨 种 苗 扦 插 机 作 业 原 理 Fig 3 Working principle of carnation seedling cutting machine 1 压 缩 机 2 振 动 气 缸 3 供 苗 箱 4 种 苗 输 送 带 5 控 制 装 置 6 视 觉 相 机 7 扦 插 机 械 臂 8 穴 盘 输 送 带 9 喷 嘴 运 动 模 组 10 射 流 喷 嘴 11 筛 网 1 3 分 离 工 作 原 理 康 乃 馨 群 体 种 苗 分 离 机 构 采 用 射 流 气 力 分 离 利 用 射 流 将 群 体 种 苗 冲 散 且 不 会 损 伤 幼 苗 气 力 分 离 机 构 工 作 流 程 作 业 前 PLC 发 出 信 号 控 制 振 动 气 缸 电 66第 4 期 何 涛 等 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 设 计 与 试 验 磁 阀 工 作 供 苗 箱 振 动 气 缸 在 水 平 方 向 快 速 振 动 供 苗 箱 通 过 振 动 气 缸 振 动 将 接 近 一 定 数 量 的 康 乃 馨 群 体 种 苗 振 到 种 苗 输 送 带 上 种 苗 输 送 带 将 群 体 种 苗 送 到 网 状 分 离 平 台 准 备 作 业 作 业 时 PLC 控 制 视 觉 相 机 拍 照 并 将 图 片 信 息 发 送 到 电 脑 上 进 行 处 理 电 脑 将 群 体 种 苗 的 位 置 信 息 发 送 到 PLC PLC 控 制 喷 嘴 运 动 模 组 运 动 当 射 流 喷 嘴 移 动 到 群 体 种 苗 所 在 的 位 置 时 PLC 控 制 射 流 喷 嘴 电 磁 阀 工 作 射 流 喷 嘴 产 生 射 流 将 群 体 种 苗 冲 散 实 现 群 体 种 苗 的 分 离 2 关 键 部 件 设 计 2 1 供 苗 箱 设 计 供 苗 箱 应 具 有 一 定 的 储 苗 量 以 保 证 一 次 填 满 量 可 满 足 连 续 作 业 15 min 以 上 的 长 时 间 作 业 依 据 设 立 5 000 株 h 的 扦 插 作 业 生 产 率 考 虑 到 康 乃 馨 种 苗 径 和 种 苗 株 高 供 苗 箱 长 度 设 定 为 190 mm 宽 度 设 定 为 140 mm 以 及 高 度 设 定 为 350 mm 图 4 供 苗 箱 出 苗 口 高 度 能 够 满 足 每 次 出 苗 可 以 出 1 2 层 高 度 的 群 体 种 苗 通 过 预 试 验 得 出 当 供 苗 箱 出 苗 口 高 度 为 20 mm 时 能 够 满 足 要 求 图 4 供 苗 箱 结 构 Fig 4 Seedling box 2 2 种 苗 输 送 带 设 计 供 苗 箱 将 群 体 种 苗 振 到 种 苗 输 送 带 上 为 确 保 一 批 群 体 种 苗 分 离 完 成 后 下 一 批 苗 能 快 速 供 给 因 此 种 苗 输 送 带 应 能 够 容 纳 至 少 3 批 群 体 种 苗 且 每 一 批 群 体 种 苗 间 隔 至 少 250 mm 以 避 免 每 一 批 之 间 产 生 干 扰 因 此 种 苗 输 送 带 长 度 为 1 150 mm 种 苗 输 送 带 的 宽 度 也 需 要 满 足 康 乃 馨 种 苗 的 高 度 设 置 为 190 mm 2 3 射 流 喷 嘴 设 计 射 流 冲 散 康 乃 馨 群 体 种 苗 实 现 分 离 的 效 果 很 大 程 度 上 取 决 于 射 流 速 率 大 小 为 考 察 射 流 流 速 分 布 情 况 利 用 Fluent 2021 R2 软 件 对 射 流 流 场 进 行 模 拟 考 虑 到 康 乃 馨 种 苗 径 有 97 09 分 布 在 3 885 7 86 mm 因 此 射 流 喷 嘴 孔 径 分 别 取 4 mm 6 mm 8 mm 进 行 模 拟 利 用 SolidWorks 2010 软 件 对 射 流 喷 嘴 进 行 三 维 建 模 利 用 Fluent 软 件 对 三 维 模 型 划 分 网 格 采 用 标 准 k 湍 流 模 型 近 壁 面 的 流 动 模 拟 采 用 标 准 壁 面 函 数 喷 嘴 底 端 为 气 流 入 口 喷 嘴 顶 部 为 气 流 出 口 仿 真 环 境 14 16 条 件 空 气 密 度 为 1 225 kg m 环 境 压 力 为 1 01 10 5 Pa 环 境 温 度 为 298 K 动 态 黏 度 为 1 78 10 5 kg m s 为 考 察 射 流 在 不 同 作 业 高 度 下 的 流 速 情 况 通 过 仿 真 得 出 流 速 截 面 云 图 如 图 5 所 示 图 5 射 流 流 速 场 截 面 云 图 Fig 5 Nephogram of jet velocity 射 流 流 场 作 用 面 积 随 高 度 增 加 而 变 大 且 流 速 呈 现 梯 度 差 中 心 流 速 最 大 远 离 中 心 的 流 速 低 因 此 当 射 流 吹 向 康 乃 馨 种 苗 时 会 产 生 速 度 差 速 度 差 越 大 分 离 效 果 越 好 当 喷 嘴 孔 径 为 4 mm 时 随 着 作 业 高 度 增 加 流 场 辐 射 直 径 从 5 8 mm 逐 渐 增 加 到 10 7 mm 但 流 场 内 的 流 速 只 有 在 最 开 始 为 作 业 高 度 5 mm 时 有 最 大 的 流 速 差 且 高 流 速 的 辐 射 面 积 占 大 部 分 分 离 效 果 不 佳 当 喷 嘴 孔 径 为 6 mm 时 随 着 流 场 作 业 高 度 增 加 流 场 辐 射 直 径 从 7 8 mm 增 加 到 10 7 mm 且 均 产 生 了 较 为 明 显 的 流 速 差 且 最 大 流 速 都 基 本 保 持 在 600 m s 以 上 当 喷 嘴 为 8 mm 时 随 着 射 流 高 度 变 化 射 流 最 大 流 速 会 保 持 在 一 个 较 大 的 值 且 高 流 速 的 辐 射 区 域 均 占 有 很 大 面 积 流 速 梯 度 变 化 不 明 显 分 离 效 果 不 佳 因 此 为 获 得 理 想 的 气 流 辐 射 作 用 射 流 喷 嘴 孔 径 确 定 为 6 mm 作 业 高 度 为 20 mm 2 4 网 状 分 离 平 台 设 计 网 状 分 离 平 台 结 构 如 图 6 所 示 喷 嘴 运 动 模 组 由 X Y 两 个 方 向 的 直 线 模 组 组 成 射 流 喷 嘴 可 以 通 过 运 动 模 组 在 X Y 方 向 上 运 动 到 分 离 平 台 任 意 坐 标 点 作 业 为 保 证 射 流 顺 利 分 离 康 乃 馨 种 苗 依 据 图 2 a 种 苗 苗 径 设 计 筛 网 孔 洞 边 长 为 3 8 mm 依 据 图 2 b 种 苗 株 高 为 满 足 摆 放 至 少 20 株 已 经 分 离 康 乃 馨 种 苗 设 计 分 离 平 台 尺 寸 为 440 mm 400 mm 图 6 网 状 分 离 平 台 结 构 Fig 6 Structure of the mesh separation platform 喷 嘴 运 动 模 组 中 直 线 模 组 采 用 滚 珠 丝 杆 传 动 导 程 由 分 离 平 台 尺 寸 确 定 分 别 为 480 mm 440 mm 丝 杠 效 率 为 80 导 轨 摩 擦 系 数 为 0 15 X 轴 的 直 线 模 67中 国 农 机 化 学 报 2026 年 组 固 定 在 Y 轴 直 线 模 组 的 运 动 模 块 上 X 轴 直 线 模 组 质 量 为 6 kg 电 机 扭 矩 计 算 如 式 1 所 示 T Fp 1 2 n 1 式 中 T 扭 矩 N m F 轴 向 力 N p 1 导 程 mm n 传 动 效 率 通 过 计 算 可 得 扭 矩 需 要 0 9 N m 电 机 选 用 60EBP115ALC TF0 步 进 电 机 步 距 角 为 1 8 扭 矩 为 3 N m 2 5 控 制 与 机 器 视 觉 装 置 构 建 控 制 装 置 需 要 对 电 磁 阀 供 苗 箱 振 动 气 缸 种 苗 输 送 带 射 流 喷 嘴 喷 嘴 运 动 模 组 进 行 控 制 考 虑 到 喷 嘴 运 动 模 组 需 要 2 个 脉 冲 输 出 因 此 PLC 选 型 为 三 菱 FX3 G 60MT PLC 与 视 觉 相 机 采 用 TCP IP 下 的 MC 协 议 进 行 通 信 因 此 PLC 需 要 配 置 以 太 网 模 块 FX3 U ENET L 康 耐 视 机 器 视 觉 技 术 是 业 界 公 认 的 技 术 可 解 决 一 系 列 检 测 测 量 和 引 导 应 用 17 19 因 此 采 用 Cognex IS8505 视 觉 相 机 图 像 处 理 软 件 采 用 In Sight 为 判 断 康 乃 馨 种 苗 在 分 离 平 台 上 是 否 需 要 分 离 需 要 确 定 单 株 康 乃 馨 种 苗 的 斑 点 面 积 In Sight 将 单 株 康 乃 馨 种 苗 图 像 进 行 处 理 得 到 二 值 化 图 像 并 对 其 进 行 斑 点 面 积 统 计 得 出 单 株 康 乃 馨 种 苗 的 斑 点 面 积 值 为 3 920 42 px 189 85 px 因 此 当 图 像 的 像 素 面 积 高 于 4 110 27 px 时 则 可 判 定 为 群 体 种 苗 3 气 力 分 离 试 验 3 1 材 料 与 方 法 为 确 定 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 的 具 体 作 业 参 数 设 计 三 因 素 三 水 平 全 因 素 试 验 试 验 在 华 南 农 业 大 学 工 程 学 院 设 施 园 艺 智 能 装 备 实 验 室 进 行 试 验 将 一 捆 已 进 行 低 温 储 存 的 康 乃 馨 群 体 种 苗 进 行 分 离 当 康 乃 馨 种 苗 分 离 达 到 可 被 捡 拾 的 情 况 即 可 认 为 分 离 成 功 即 康 乃 馨 种 苗 的 两 侧 2 mm 内 无 其 他 康 乃 馨 种 苗 试 验 平 台 搭 建 如 图 7 所 示 目 前 人 工 扦 插 康 乃 馨 速 率 接 近 2 500 株 h 为 达 到 高 效 分 离 的 目 的 分 离 效 率 需 要 高 于 4 000 株 h 因 此 一 捆 种 苗 分 离 时 间 不 超 过 16 24 s 需 要 通 过 试 验 确 定 在 16 s 内 康 乃 馨 群 体 种 苗 的 分 离 率 通 过 预 试 验 可 知 在 分 离 过 程 中 射 流 压 力 大 小 会 影 响 群 体 种 苗 吹 起 高 度 且 射 流 在 不 同 作 用 点 位 时 种 苗 吹 起 和 下 落 姿 态 会 有 变 化 而 种 苗 吹 起 高 度 及 在 空 中 的 姿 态 都 会 影 响 分 离 成 功 率 因 此 需 要 对 射 流 压 力 以 及 射 流 作 用 点 进 行 研 究 图 7 分 离 试 验 平 台 Fig 7 Platform for separation test 1 喷 嘴 运 动 模 组 2 视 觉 相 机 3 射 流 喷 嘴 4 筛 网 5 康 乃 馨 群 体 种 苗 6 种 苗 输 送 带 7 供 苗 箱 8 控 制 装 置 为 提 高 分 离 效 率 还 需 对 射 流 作 用 时 间 间 隔 进 行 研 究 作 业 间 隔 时 间 过 长 会 降 低 分 离 效 率 间 隔 时 间 过 短 种 苗 还 未 回 落 至 平 台 上 射 流 就 进 行 下 一 次 作 业 射 流 的 分 离 效 果 明 显 减 弱 耗 气 量 更 大 但 是 效 率 并 未 有 明 显 提 升 因 此 对 射 流 点 位 S 射 流 压 力 P 以 及 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 三 个 因 素 进 行 试 验 其 中 射 流 点 位 是 指 射 流 作 用 到 康 乃 馨 群 体 种 苗 的 部 位 射 流 点 位 取 3 个 水 平 群 体 种 苗 叶 部 群 体 种 苗 中 部 群 体 种 苗 茎 部 通 过 预 试 验 射 流 压 力 在 0 2 MPa 时 群 体 康 乃 馨 种 苗 可 被 射 流 吹 起 当 射 流 压 力 大 于 0 3 MPa 时 射 流 作 用 到 单 株 康 乃 馨 种 苗 会 被 吹 出 分 离 平 台 因 此 射 流 压 力 范 围 为 0 2 0 3 MPa 射 流 压 力 从 中 取 3 个 梯 度 水 平 分 别 为 0 20 MPa 0 25 MPa 0 30 MPa 在 0 20 MPa 0 25 MPa 0 30 MPa 射 流 压 力 作 用 下 康 乃 馨 群 体 种 苗 自 由 回 落 所 需 的 平 均 时 间 分 别 为 0 46 s 0 52 s 0 55 s 因 此 射 流 作 用 时 间 间 隔 取 为 0 25 s 0 50 s 0 75 s 分 别 代 表 康 乃 馨 群 体 种 苗 在 空 中 时 开 始 有 康 乃 馨 种 苗 回 落 到 平 面 时 康 乃 馨 群 体 种 苗 完 全 回 落 到 平 面 时 进 行 下 一 次 射 流 作 业 试 验 因 素 水 平 如 表 1 所 示 表 1 气 力 分 离 试 验 因 素 水 平 Tab 1 Factor level of pneumatic separation test 水 平 1 0 1 因 素 射 流 点 位 S 叶 部 中 部 茎 部 射 流 压 力 P MPa 0 20 0 25 0 30 射 流 作 用 时 间 间 隔 T s 0 25 0 50 0 75 3 2 结 果 与 分 析 气 力 分 离 试 验 结 果 如 表 2 所 示 可 以 看 出 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 茎 部 时 分 离 的 成 功 率 最 高 成 功 率 都 超 过 85 在 射 流 压 力 处 于 较 低 水 平 射 流 作 用 时 间 间 隔 较 大 时 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 茎 部 时 分 离 成 功 率 都 达 到 90 以 上 但 随 着 射 流 压 力 增 加 以 及 射 流 作 用 时 间 间 隔 越 短 成 功 率 反 而 逐 渐 降 低 这 是 因 为 在 更 高 射 流 压 力 以 及 更 短 的 射 流 作 用 时 间 间 隔 作 68第 4 期 何 涛 等 康 乃 馨 群 体 种 苗 气 力 分 离 机 构 设 计 与 试 验 用 下 康 乃 馨 种 苗 会 有 更 大 的 概 率 掉 出 分 离 平 台 导 致 分 离 率 下 降 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 叶 部 时 分 离 成 功 率 不 大 这 是 因 为 叶 片 间 存 在 缝 隙 且 叶 片 质 地 柔 弱 射 流 会 从 叶 片 缝 隙 中 漏 走 导 致 作 用 在 康 乃 馨 种 苗 上 的 射 流 减 少 需 要 更 大 的 射 流 压 力 和 更 短 的 射 流 作 用 时 间 间 隔 才 能 分 离 表 2 气 力 分 离 试 验 方 案 与 结 果 Tab 2 Pneumatic separation test scheme and results 试 验 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 因 素 编 码 x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x 2 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 x 3 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 分 离 成 功 率 65 1 27 3 19 6 71 0 60 3 56 5 90 5 57 1 49 2 53 3 51 7 43 6 56 5 53 2 41 3 71 4 59 7 46 3 96 4 92 3 95 7 88 9 94 5 94 7 85 6 92 1 98 3 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 中 部 和 叶 部 时 分 离 成 功 率 会 随 着 射 流 压 力 的 增 加 和 射 流 作 用 时 间 间 隔 的 缩 短 而 增 加 而 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 叶 部 的 分 离 成 功 率 增 幅 更 大 在 射 流 压 力 为 0 30 MPa 射 流 作 用 时 间 为 0 25 s 时 分 离 成 功 率 达 到 90 5 射 流 点 位 在 群 体 种 苗 中 部 时 的 分 离 成 功 率 随 参 数 变 化 不 大 这 是 因 为 康 乃 馨 种 苗 的 重 心 靠 近 康 乃 馨 群 体 种 苗 中 部 当 射 流 吹 向 康 乃 馨 群 体 种 苗 时 可 以 看 作 是 给 康 乃 馨 种 苗 的 重 心 施 加 了 一 个 竖 直 向 上 的 力 康 乃 馨 种 苗 向 上 运 动 而 姿 态 基 本 不 会 发 生 变 化 在 这 种 情 况 下 康 乃 馨 种 苗 分 离 只 是 靠 康 乃 馨 落 到 分 离 平 台 后 的 滚 动 分 离 所 以 分 离 效 率 低 且 受 参 数 变 化 的 影 响 较 小 因 此 气 力 分 离 时 射 流 点 位 选 择 群 体 种 苗 茎 部 对 气 力 分 离 试 验 结 果 进 行 方 差 分 析 结 果 如 表 3 所 示 可 以 看 出 影 响 因 素 射 流 点 位 射 流 压 力 以 及 射 流 作 用 时 间 间 隔 都 达 到 极 显 著 水 平 对 于 交 互 项 射 流 点 位 射 流 作 用 时 间 间 隔 以 及 交 互 项 射 流 点 位 射 流 压 力 从 F 检 验 的 结 果 分 析 可 以 得 到 显 著 性 分 别 为 0 002 0 004 水 平 上 呈 现 极 显 著 对 分 离 成 功 率 有 极 显 著 影 响 存 在 交 互 作 用 表 3 分 离 成 功 率 方 差 分 析 Tab 3 Analysis of variance of separation success rate 来 源 S P T P T S T S P 误 差 R 2 0 982 调 整 R 2 0 942 平 方 和 10 655 369 487 529 931 129 193 222 1 550 129 1 249 122 271 6 Df 2 2 2 4 4 4 8 均 方 差 5 327 684 243 764 465 564 48 306 387 532 312 281 33 95 F 值 156 927 7 18 13 713 1 423 11 415 9 198 显 著 性 0 000 0 016 0 003 0 310 0 002 0 004 注 极 显 著 p 0 01 显 著 0 01 p 0 05 由 图 8 可 知 当 射 流 点 位 S 在 群 体 种 苗 中 部 时 最 大 分 离 成 功 率 出 现 在 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 为 0 25 s 射 流 压 力 P 为 0 30 MPa 时 接 近 20 但 其 余 各 个 时 间 段 的 分 离 效 果 不 佳 且 数 据 变 异 范 围 大 分 离 作 用 不 明 显 当 射 流 点 位 S 在 群 体 种 苗 叶 部 时 前 几 段 时 间 会 出 现 分 离 成 功 率 为 0 的 情 况 但 随 着 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 缩 短 射 流 压 力 P 增 大 在 不 同 时 间 下 分 离 成 功 率 都 有 增 长 在 射 流 压 力 P 为 0 30 MPa 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 为 0 25 s 时 分 离 成 功 率 都 达 到 15 以 上 有 较 好 的 分 离 效 果 当 射 流 点 位 S 在 群 体 种 苗 茎 部 时 分 离 成 功 率 随 时 间 增 加 呈 现 先 增 后 减 的 趋 势 随 着 射 流 作 用 时 间 间 隔 缩 短 和 射 流 压 力 的 增 加 全 部 分 离 所 需 要 的 时 间 减 少 当 射 流 压 力 P 达 到 0 25 MPa 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 达 到 0 50 s 时 到 12 s 时 基 本 完 全 分 离 随 着 射 流 压 力 P 以 及 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 变 化 分 离 所 需 时 间 继 续 减 少 但 下 降 的 趋 势 有 所 放 缓 且 数 据 波 动 开 始 变 大 综 上 确 定 气 力 分 离 机 构 的 作 业 参 数 射 流 点 位 S 在 群 体 种 苗 茎 部 射 流 作 用 时 间 间 隔 T 为 0 50 s 射 流 压 力 P 为 0 25 MPa 在 所 选 作 业 参 数 下 对 康 乃 馨 群 体 种 苗 进 行 分 离 可 以 实 现 在 12 s 分 离 20 株 康 乃 馨 群 体 种 苗 即 6 000 株 h 69中 国 农 机 化 学 报 2026 年 a S 茎 部 T 0 75 s d S 茎 部 T 0 50 s g S 茎 部 T 0 25 s b S 中 部 T 0 75 s e S 中 部 T 0 50 s h S 中 部 T 0 25 s c S 叶 部 T 0 75 s f S 叶 部 T