保圣質構儀：蔬菜移栽夾持器設計中不可或缺的助力

 一、研究背景

在蔬菜種植領域，機械化移栽技術對提高生產效率和降低成本意義重大。然而，當前蔬菜移栽過程中，由于缺乏對種苗夾持力的有效檢測和實時控制，常出現傷苗和漏栽問題。不同生長條件、種苗品種差異以及移栽機的穩定性等因素，都會影響移栽夾持器在取苗時的效果。現有研究多聚焦于果蔬采摘的夾持力檢測與控制，針對蔬菜移栽過程中夾持力反饋控制設備的研究較少。而準確了解種苗的機械性能，對于設計出能精準控制夾持力的移栽夾持器至關重要。保圣質構儀作為一種先進的材料性能測試設備，能夠精確測量植物莖的機械性能，為移栽夾持器的設計提供關鍵數據支持，在解決蔬菜移栽難題中具有不可替代的作用。

 

• 實驗方法

 

 （一）實驗材料選擇

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

 

 （二）保圣質構儀的應用

使用保圣TA質構儀對辣椒苗進行機械性能測試。具體操作是將辣椒苗固定在質構儀上，按照相應的測試標準，對其進行拉伸和壓縮實驗。在測試過程中，質構儀能夠精確記錄辣椒苗在受力過程中的各項力學參數，如力的大小、位移變化等。通過這些數據，研究人員可以分析辣椒苗的拉伸強度、壓縮強度以及在不同受力情況下的變形情況 。

 

 （三）實驗數據處理

對保圣質構儀獲取的數據進行統計分析，研究辣椒苗的生物參數（如莖直徑）與機械參數（拉伸強度、壓縮強度等）之間的關系。通過數據處理，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，為移栽夾持器的設計提供理論依據。

 

• 實驗結果

 

 （一）辣椒苗機械性能數據

通過保圣質構儀的測試，得到了辣椒苗的詳細機械性能數據。實驗數據顯示，在拉伸和壓縮強度測試中，辣椒苗表現出不同的力學特性。而且，分離力遠小于拉伸和壓縮強度，在取苗過程中，取苗機構通常不會因分離力而損傷或拔斷辣椒莖，但移栽過程中，種苗主要因夾持器對莖的徑向壓縮而受損 。

 

 （二）莖的變形分析

根據質構儀的數據繪制的徑向載荷與壓縮量變化曲線表明，在一定范圍內，辣椒苗莖的載荷與壓縮量近似呈線性關系。當壓縮量從0增加到R時，莖發生彈性變形，去除載荷后能恢復正常狀態；而當載荷超過一定限度（如達到點F），莖會發生塑性變形，即使去除載荷也無法恢復，這會影響移栽后種苗的生長。

 

 四、保圣質構儀的重要性

 （一）為夾持器設計提供關鍵數據

保圣質構儀精確測量的辣椒苗機械性能數據，為移栽夾持器關鍵部件的設計提供了重要依據。通過這些數據，研究人員可以確定夾持器的最大夾持力、夾持方式等關鍵參數。例如，根據辣椒苗莖的抗壓能力，將夾持器的最大夾持力設定為10N，以避免在移栽過程中對種苗造成過度擠壓而損傷。

（二）助力優化夾持器性能

質構儀提供的數據有助于優化夾持器的性能。通過分析辣椒苗在不同受力情況下的變形情況，研究人員可以改進夾持器的結構設計，使其在夾持種苗時更加穩定，減少對種苗的損傷。同時，這些數據也為開發力反饋控制算法提供了基礎，實現對夾持力的精準控制。

 

 （三）推動蔬菜移栽技術發展

保圣質構儀在實驗中的應用，為解決蔬菜移栽過程中的傷苗和漏栽問題提供了有力支持。基于質構儀獲取的數據設計出的力反饋夾持器，在室內移栽實驗中表現出良好的穩定性和適應性，提高了移栽成功率。這對于推動蔬菜移栽技術的發展，實現蔬菜種植的機械化和自動化具有重要意義 。