文章内容

前不久，从第十七届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛现场传来喜讯，我校机电工程学院2017级机械设计制造及其自动化专业本科2班学生赵政阳及其团队研发的 “基于棉花育苗的制钵摆放一体机”喜获特等奖，并被推荐参加第十七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛。今天，就让我们走近这个团队，聆听他们与基于棉花育苗的制钵摆放一体机的故事。

胸有成竹 大显身手

填土、压实、置种、再压实……在第十七届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛现场，被提前设定好程序的“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”熟练地演示着其一体化的功能。经过校级初赛、省级复赛及复活赛的层层选拔，共有371项作品脱颖而出，进入终审决赛。决赛主要由两个大环节组成，首先是线上环节，需要自我介绍、ppt演示与答辩，紧接着进行实物展示；线下环节是等待评定后再参与线下领奖。本次大赛各高校积极参与，辐射带动参赛学生数量超过20万名，参赛学校、参赛作品、参赛学生数量均创历史新高。参赛的设计作品可谓多种多样，在如此激烈的评选中，我校赵政阳及其团队设计的“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”突出重围，取得了特等奖的好成绩。

比赛那天，众人都胸有成竹。主讲人赵政阳熟练地操作着机器，有条不紊地应对评委的提问，当有遗漏内容时，其他队员也会从容进行补充，使回答更加完善。在众人的同心协力下，线上环节未出现任何纰漏，他们十分顺利地完成了演示和解说。出色的表现背后离不开赵政阳及其团队在比赛前的多次演练。一开始演练时，难免会出现这样那样的问题，赵政阳身为主讲人，已然经过了各种赛事的磨练，对参加这类比赛已驾轻就熟，为保险起见，他们还是决定每个人都进行解说模拟演练。团队里总有未参加过比赛和大型场面的小白，因紧张有些语无伦次也是常事，但经过多次锤炼，他们的讲解流畅了不少。时间就这样在一次次演练中过去，而每个人的讲解水平及临场应变能力都有所提高，现在，在讲解时，某些突发情况都不会影响到他们的解说和操作。

打破常规 敢于创新

虽然 “基于棉花育苗的制钵摆放一体机”在大赛上答辩展示的时间还不到一个小时，但是这背后，承载了指导老师、赵政阳和团队的无数汗水，也离不开他们坚信阳光总在风雨后的信念。“成功不是一蹴而就的，但做好选择便是成功了一半。”用这句话来形容他们再合适不过。赵政阳与队员在参与这次比赛之前，也设想过不少方案。“大家的想法都很多，彼此间的交流也确实让我们脑洞大开，但最终我们选择了这个方案，虽然这个方案可能做出来的作品并不‘高大上’，但是十分实用，而且很少有人做过相关的作品。所以我们想，一旦做出成品，那它在这个方面竞争力还是不弱的。”赵政阳如是说。

传统制钵机在制钵过程中，需要人工不断添加营养土，不能实现全自动化，效率低下，增加了使用者的劳动负担，而且一次只能压制1个营养钵，不仅如此，压制出营养钵后需要人工安放种子和填土覆盖，需要人工将营养钵从输送带取下，安放到育苗床上，制作过程至少需要2名工人在一旁协助，实在浪费人力。与之相比，“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”的铲土机构采用4个特制螺旋式铲刀自动取土，并通过链条带动传送带将营养土运送至搅拌机构，实现了自动输送营养土的功能，而且该设备拥有6组排列式压筒与成型筒机构，通过曲柄带动，可一次性同时压制出6个营养钵，种子槽的滚筒与压筒通过链轮链条配合，实现了种子的自动精准放置，再加上摆放滚筒与曲柄滑块机构采用间歇配合的方式，最终实现了营养钵的自动摆放，使得整机效率至少提升了5倍以上……这些已经被该设备实现的结果到现在看起来仍让人觉得不可思议，虽然还不是特别成熟的作品，但其实用性相当优越，能做出来就足以让人振奋了。

制造的过程是曲折的，其中涉及到C语言编程、硬件电路设计等诸多知识，团队成员开始了夜以继日的学习。他们一边认真查阅文献资料，一边仔细研究传统制钵机的情况，还不忘虚心向老师请教。考虑到传统制钵机效率低下的缺陷是结构上的硬伤所致，本来打算在传统制钵机基础上进行改进的众人一时停滞不前。这时，赵政阳力排众议，决定打破常规，重新自主设计制钵机的结构。重新设计制钵机遇到的第一个难题就是焊接整体，为此，他们早出晚归，在滨城区新兴市场的一个小作坊和学校来回奔波了一个多月，终于焊接出了属于他们自主设计的制钵机的“骨架”。这一过程不仅耗费了大量时间和精力，甚至还险些影响到身体健康。“因为是第一次在铁灰飞溅的小作坊工作，没有经验，不懂得做好防护措施，第一天工作结束后，都觉得喉咙疼痛，咳嗽不停，呼吸困难。”后来，尽管他们在作业时戴上了口罩以及手套，但忙碌一天后摘下口罩和手套，还是能在皮肤表面，甚至鼻腔内搓出不少铁灰。他们苦中作乐地相互打趣道：“起码现在我对焊接是不犯怵了，甚至感觉自己都快能出师了！”解决了结构问题，接下来便是实现新型制钵机的一体性功能问题。这需要对多方面的受力、角度等数据进行测算，要同时处理大量多元化信息，这对他们的编程设计能力是一个极大的考验。不太擅长编程，怎么办？他们便借鉴其他一些程序，再在其基础上进行改编，经过不断实验，终于解决了一系列技术问题。在多次考察与试验过程中，他们采用了Solidworks与Adams软件进行绘图设计与模拟实验，在理论可行后才付诸实践。最终，由众人参与设计的新型制钵机实现了压土和置种的自动化一体功能，但这不是结束，于他们而言，“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”功能的每一次改进都是新的开始，激励着他们不断试验并进一步完善新型制钵机的性能。

巧思为“翼” 锤炼为“帆”

通往成功彼岸的海面不都是风平浪静的，必要时，在驾驶着“努力”的小船上也不要忘记扬起名为“智慧”的风帆。除了自主设计结构和一体化的问题，“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”还存在一个亟待解决的难题，那就是压土的重力测算。由于在各类规格的营养钵中，不同规格的营养钵有不同的直径，压缩后的体积变化量也不同。同时，土壤的含水量、营养钵的直径与高度对土壤变化量以及压缩到所需密度时所需要的力度大小也有影响，所以测算土壤重力可更好地确定对于不同规格的营养钵多钵联动成型机构中所用的成型筒的尺寸以及曲柄滑块机构的材料力学分析、减速箱的选用、直流电动机的选用、间歇运动机构中滚筒的长度。在外行看来，这很复杂。事实上，虽然测算不易，但赵政阳在与队员苦思冥想之际，突然灵光一闪，想到了主意。他们只借助体重秤、塑料模具、塑料瓶、书本便完成了关于压土重力的测算。首先将3D打印塑料模具固定在体重秤上，然后在模具中倒满土，将略小于模具内围的塑料瓶当做压筒，其底部压在土壤上，再在其顶端慢慢一本一本摞书本，当土壤的硬度到了适合置种的程度，便停止摞加书本，此时测算已摞加的书本的重力即可。这个常人都能看懂的方法实在是妙啊，不仅节省了材料，运算也十分简便。经过测算，团队成员认为适合进行压土的重力为400N。但后期为了保险，经过多次试验测算，团队将重力稳定在500N。像这样的智慧巧思还有很多，在该装置的适用范围上也可窥探一二。虽然“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”设计的初衷是为了提高棉花育苗效率，但该设备本装置不仅可用于棉花育钵的制作，还能用于瓜果、蔬菜、灌木等的作物的育钵。由于装置使用时仅需一人操作，且操作简单易学，无需太长的适应时间，适合农村生产者使用，使用前景和范围十分广阔。

“基于棉花育苗的制钵摆放一体机”的设计与制造凝聚了赵政阳和团队的不少心血，决赛时正赶上期中考试，双重压力下，团队成员都紧绷着一根弦，当比赛结束且取得了不错的成绩时，他们不约而同地松了一口气。现在回想起来，在备赛过程中，有时花费了不少时间却达不到预期的效果，有时明明没有出错的地方但制钵机的状态就是不理想，土要么太实要么太散，种子的位置也出现过大偏差……遇到了这样或那样很多的难题，他们庆幸自己没有气馁和放弃。“为了保证新型制钵机的性能，我们不得不反复进行试验，这需要花费大量的时间。”队员们如是说。那段时间，他们就像打了鸡血一样，每天从早上八点忙到晚上九点，日复一日，几乎把所有的业余时间都花在了设计制作上，耐着性子一次次研究实践，焊接时擦出过一鼻子的铁灰，磨边角时手磨出过血泡……经历过这些却从未曾胆怯和后退。比赛前几天，每次模拟演练结束后他们都要仔细检查一遍设备，保证不出现任何纰漏。

一路走来，赵政阳团队以勤思为“翼”，以锤炼为 “帆”，让 “基于棉花育苗的制钵摆放一体机”得以成功问世。比赛结束后，他们又一头扎进了实验室里，进一步完善作品，向全国大赛发起冲刺。风正帆悬正可期，让我们期待他们取得更加耀眼的成绩。