升運鏈式馬鈴薯播種機的設計

升運鏈式馬鈴薯播種機的設計,鏈式,馬鈴薯,播種機,設計 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　山西農(nóng)業(yè)大學學士學位論文（設計）外文翻譯 馬鈴薯播種機的性能評估 原文來源：H. Buitenwerf，W.B. Hoogmoed，P. Lerink and J. Müller.Assement of the Behavior of Potato in a Cup-belt Planter. Biosytems. Engineering, Volume 95, Issue, September 2006: 35—41 大多數(shù)馬鈴薯播種機都是通過勺型輸送鏈對馬鈴薯種子進行輸送和投放。當種植精度只停留在一個可接受水平的時候這個過程的容量就相當?shù)?。主要的限制因素是：輸送帶的速度以及取薯勺的?shù)量和位置。假設出現(xiàn)種植距離的偏差是因為偏離了統(tǒng)一的種植距離，這主要原因是升運鏈式馬鈴薯播種機的構造造成的. 一個理論的模型被建立來確定均勻安置的馬鈴薯的原始偏差，這個模型計算出兩個連續(xù)的馬鈴薯觸地的時間間隔。當談到模型的結論時，提出了兩種假設，一種假設和鏈條速度有關，另一種假設和馬鈴薯的形狀有關。為了驗證這兩種假設，特地在實驗室安裝了一個種植機，同時安裝一個高速攝像機來測量兩個連續(xù)的馬鈴薯在到達土壤表層時的時間間隔以及馬鈴薯的運動方式。 結果顯示：（a）輸送帶的速度越大，播撒的馬鈴薯越均勻；（b）篩選后的馬鈴薯形狀并不能提高播種精度。 主要的改進措施是減少導種管底部的開放時間，改進取薯杯的設計以及其相對于導種管的位置。這將允許杯帶在保持較高的播種精度的同時有較大的速度變化空間。 １介紹說明 升運鏈式馬鈴薯種植機（圖一）是當前運用最廣泛的馬鈴薯種植機。每一個取薯勺裝一塊種薯從種子箱輸送到傳送鏈。這條鏈向上運動使得種薯離開種子箱到達上鏈輪，在這一點上，馬鈴薯種塊落在下一個取薯勺的背面，并局限于金屬導種管內(nèi). 在底部，輸送鏈通過下鏈輪獲得足夠的釋放空間使得種薯落入地溝里。 圖一，杯帶式播種機的主要工作部件：（1）種子箱；（2）輸送鏈；（3）取薯勺；（4）上鏈輪；（5）導種管；（6）護種壁；（7）開溝器；（8）下鏈輪輪；（9）釋放孔；（10）地溝。 株距和播種精確度是評價機械性能的兩個主要參數(shù)。高精確度將直接導致高產(chǎn)以及馬鈴薯收獲時的統(tǒng)一分級(McPhee et al, 1996；Pavek & Thornton, 2003)。在荷蘭的實地測量株距（未發(fā)表的數(shù)據(jù)）變異系數(shù)大約為20%。美國和加拿大早期的研究顯示，相對于玉米和甜菜的精密播種，當變異系數(shù)高達69%(Misener, 1982；Entz & LaCroix, 1983；Sieczka et al, 1986)時，其播種就精度特別低。 輸送速度和播種精度顯示出一種逆相關關系，因此，目前使用的升運鏈式種植機的每條輸送帶上都裝備了兩排取薯勺而不是一排。雙排的取薯勺可以使輸送速度加倍而且不必增加輸送帶的速度。因此在相同的精度上具有更高的性能是可行的。 該研究的目的是調(diào)查造成勺型帶式種植機精度低的原因，并利用這方面的知識提出建議，并作設計上的修改。例如在輸送帶的速度、取薯杯的形狀和數(shù)量上。 為了便于理解，建立一個模型去描述馬鈴薯從進入導種管到觸及地面這個時間段內(nèi)的運動過程，因此馬鈴薯在地溝的運動情況就不在考慮之列。由于物理因素對農(nóng)業(yè)設備的強烈影響(Kutzbach, 1989)，通常要將馬鈴薯的形狀考慮進模型中。 兩種零假設被提出來了：（1）播種精度和輸送帶速度無關；（2）播種精度和篩選后的種薯形狀（尤其是尺寸）無關。這兩種假設都通過了理論模型以及實驗室論證的測試。 ２材料及方法 2.1 播種材料 幾種馬鈴薯種子如圣特、阿玲達以及麻佛來都已被用于升運鏈式播種機測試，因為它們 有不同的形狀特征。對于種薯的處理和輸送來說，種薯塊莖的形狀無疑是一個很重要的因素。許多形狀特征在結合尺寸測量的過程中都能被區(qū)分出來(Du & Sun, 2004； Tao et al, 1995； Z?dler, 1969)。在荷蘭，馬鈴薯的等級主要是由馬鈴薯的寬度和高度（最大寬度和最小寬度）來決定的。種薯在播種機內(nèi)部的整個輸送過程中，其長度也是一個不可忽視的因素。 形狀因子S的計算基于已經(jīng)提到的三種尺寸： 此處l是長度，w是寬度，h是高度（單位：mm），且h0·01 m 時，這種關系是線性的?！?，測量數(shù)據(jù)；，數(shù)學模型的數(shù)據(jù)； ■，延長到R < 0 ? 01米； -，線性關系；R2，決定系數(shù)。 3.2 馬鈴薯的尺寸和形狀 實驗數(shù)據(jù)由表三給出。顯示固定進料率為每分鐘400個種薯的時間間隔的標準偏差。這 些結果與期望值剛好相反，即高的標準偏差將使得形狀因子增加。球狀馬鈴薯的結果尤其令人吃驚：球的標準偏差高過阿玲達馬鈴薯50%以上。時間間隔的正態(tài)分布如圖七所示，球和馬鈴薯之間的差異明顯。兩個不同品種的馬鈴薯之間的差異不明顯。 表三 馬鈴薯品種對種植間距的精確度的影響 品種 標準偏差，ms CV, % 阿玲達 8.60 3·0 麻佛來 9.92 3·5 高爾夫球 13.24 4·6 圖七，固定進料率下不同形狀的沉積的馬鈴薯時間間隔的正態(tài)分布。 球狀馬鈴薯的這種結果是因為球可以以不同的方式在取薯勺背部定位。臨近杯中球的不同定位導致沉積精度降低。杯帶的三維視圖顯示了取薯勺與導種管之間的間隔的形狀，顯然獲得不同大小的開放空間是可行的。 圖八，取薯勺呈45度時的效果圖；馬鈴薯在護種壁的位置對其釋放具有決定性影響。 阿玲達塊莖種薯在沉積時比麻佛來的精度高。通過對記錄的幀和馬鈴薯的分析，結果表明：阿玲達這種馬鈴薯總是被定位平行于最長的軸線的護種壁。因此，除了形狀因子外，寬度與高度的高比例值也將造成更大的偏差。阿玲達的這個比例是1.09，麻佛來的為1.15。 3.3 實驗室對抗模型測試平臺 該數(shù)學模型預測了不同情況下的流程性能。相對于馬鈴薯，該模型對球模擬了更好的性能，然而實驗測試的結果卻恰然相反。另外實驗室試驗是為了檢查模型的可靠性。 在該模型里，兩個馬鈴薯之間的時間間隔被計算出來。起始點出現(xiàn)在馬鈴薯開始經(jīng)過A點的時刻，終點出現(xiàn)在馬鈴薯到達C點的時刻。通過實驗平臺，從A到C點的馬鈴薯的時間間隔被測出。每個馬鈴薯的長度、寬度和高度也通過測量獲得，同時記錄了馬鈴薯的數(shù)量。測量過程中馬鈴薯在取薯杯上的位置是已經(jīng)確定好的。這個位置和馬鈴薯的尺寸將作為模型的輸入量，測量過程將阿玲達與麻佛來以400個馬鈴薯每分的速率下進行。測量時間間隔的標準偏差如表四所示。測量的標準誤差與模型的標準誤差只是稍稍不同。對這種不同現(xiàn)象的解釋是：（1）模型并沒有把圖八中出現(xiàn)的情況考慮進去；（2）從A點到C點的時間不一致。塊狀馬鈴薯如阿玲達可能從頂部或者最遠距離下落，這將導致種薯到達C點底部的時間增加6ms 表四 通過實驗室測量和模型計算出來的開放時間的標準誤差的差異 品種 形狀因子 標準偏差, ms 測量值 計算值 阿玲達 326 8.02 5.22 麻佛來 175 6.96 4.40 4. 總結 這個模擬馬鈴薯從輸送帶開始釋放的運動的數(shù)學模型是一個非常有用的證實假設和設計實驗平臺的工具。 模型和實驗室的測試都表明：鏈速越高，馬鈴薯在零速度水平沉積得更均勻。這是由于開口足夠大使得馬鈴薯下降得越快，這對馬鈴薯的形狀和種薯在取薯杯上的定位有一定的影響，與鏈條速度的關系也就隨之明確，因此，在保持高的播種精度時，應該提供更多的空間以減小鏈條的速度。建議降低鏈輪的半徑，直至低到技術上的可行度。 該研究顯示，播種機的取薯勺升運鏈鏈對播種精度（播種的幅寬）有很大的影響。 更規(guī)格的形狀（形狀因子低）并不能自動提高播種精度。小球（高爾夫球）在很多情況下沉積的精度低于馬鈴薯，這是由導向的導種管和取薯勺的形狀決定的。 因此建議重新設計取薯勺和導種管的形狀，要做到這一點還應該將小鏈輪加以考慮。 參考文獻 [1] Du and Sun, 2004 Cheng-Jin Du and Da-Wen Sun, Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation, Trends in Food Science & Technology 15 (2004), pp. 230–249. 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