牡丹多模式振动分苗机理与试验研究：柔性振动平台在裸根苗机械化分离中的应用突破

针对牡丹裸根苗人工分株劳动强度大、效率低的问题，安徽皖南学院团队创新设计柔性振动平台，通过建立虚拟样机模型和ADAMS仿真，揭示抛掷运动(14.4 Hz)与滑动运动(7.7 Hz)协同作用机制，实现分苗成功率87.6%，为芍药科等长茎作物机械化移栽提供新范式。

　　

牡丹作为中国的"国花"和经济作物，其种植面积已达400万亩，年需苗量达21亿株。然而当前牡丹裸根苗分株仍依赖半机械化人工操作，效率不足标准化生产的40%，且人工成本增加30%，严重制约产业规模化发展。传统振动分苗技术难以解决不规则形态幼苗的分离难题，随着操作时间延长，苗株纠缠和茎秆弯曲问题愈发复杂。安徽皖南学院刘正铎团队在《Plant and Soil》发表研究，通过创新设计柔性振动平台，为牡丹机械化移栽提供关键技术支撑。

研究采用五步技术路线：1)基于材料振动特性设计柔性振动平台；2)通过3D CaMega光学扫描建立牡丹苗点云数字模型；3)运用ADAMS软件进行虚拟样机仿真；4)采用五因素三水平正交试验设计(抛掷频率12-16 Hz、滑动频率6-10 Hz等)；5)建立回归模型Y=-423.17+26.50A+20.76B+...-423D²进行参数优化。

振动模型构建方面，研究建立倾斜振动盘位移方程S(x,t)=(-1/Lx+1)Asinω₁t，推导出抛掷运动临界条件ω²cos2ωt≥L²/[2A²(x-L)]，滑动运动满足√714≤ω≤20√10。仿真结果显示在14 Hz抛掷频率时，苗群平均分散度Mean-k>100 mm；8 Hz滑动频率使最小苗间距Min-k达32 mm，满足机械手抓取要求。

模态分析发现振动盘1阶固有频率39.039 Hz，2阶77.248 Hz，主要呈现侧板y轴摆动。通过Design-Expert优化获得最佳参数组合：抛掷频率14.4 Hz、滑动频率7.7 Hz、抛掷时间0.63 s、滑动时间0.48 s、投苗量6株，验证实验成功率87.6%，较传统方法提升47.6个百分点。

该研究首次提出"多模式刺激下牡丹裸根苗渐进分离"技术，将分离过程科学划分为纠缠态→堆叠态→初步分离态→完全分离态四个阶段。创新点在于：1)通过柔性振动平台实现频率差驱动；2)建立抛掷与滑动运动的数学模型；3)提出Mean-k和Min-k量化评价指标。这项成果不仅解决了芍药科作物机械化移栽的瓶颈问题，其建立的振动分离理论框架还可推广应用于其他长茎类作物，为现代农业装备研发提供了新思路。