山西 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 （ 設(shè)計(jì)）外文翻譯 1 馬鈴薯播種機(jī)的性能評(píng)估 原文來源 ： H. Buitenwerf， W.B. Hoogmoed， P. Lerink and J. Mller.Assement of the Behavior of Potato in a Cup-belt Planter. Biosytems. Engineering, Volume 95, Issue, September 2006: 3541 大多數(shù)馬鈴薯播種機(jī)都是通過勺型輸送 鏈 對(duì)馬鈴薯種子進(jìn)行輸送和 投 放。當(dāng)種植精度只停留在一個(gè) 可接受水平的時(shí)候這個(gè)過程的容量就相當(dāng)?shù)汀Ｖ饕南拗埔蛩厥牵狠斔蛶У乃俣纫约?取薯勺 的數(shù)量和位置。假設(shè)出現(xiàn)種植距離的偏差是因?yàn)槠x了統(tǒng)一的種植距離， 這 主要原因是 升運(yùn)鏈 式馬鈴薯播種機(jī)的構(gòu)造造成的 . 一個(gè)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(gè)模型計(jì)算出兩個(gè)連續(xù)的馬鈴薯觸地的時(shí)間間隔。當(dāng)談到模型的結(jié)論時(shí) ， 提出了兩種假設(shè)，一種假設(shè)和 鏈條 速 度 有關(guān)，另一種假設(shè)和馬鈴薯的形狀有關(guān)。為了驗(yàn)證這兩種假設(shè)，特地在實(shí)驗(yàn)室安裝了一個(gè)種植機(jī)，同時(shí)安裝一個(gè)高速攝像機(jī)來測(cè)量?jī)蓚€(gè)連續(xù)的馬鈴薯在到達(dá)土壤表層時(shí)的時(shí)間間隔以及馬鈴薯 的運(yùn)動(dòng)方式。 結(jié)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(jìn)措施是減少導(dǎo)種管底部的開放時(shí)間，改進(jìn)取薯杯的設(shè)計(jì)以及其相對(duì)于導(dǎo)種管的位置。這將允許杯帶在保持較高的播種精度的同時(shí)有較大的速度變化空間。 介紹說明 升運(yùn)鏈?zhǔn)今R鈴薯 種植機(jī)（圖一）是 當(dāng)前 運(yùn)用最廣泛的馬鈴薯種植機(jī)。每一個(gè)取薯 勺 裝一塊種薯從種子 箱輸送到傳送鏈。這條鏈向上運(yùn)動(dòng)使得種薯離開種子箱到達(dá)上鏈 輪， 在這一點(diǎn)上， 馬鈴薯種塊 落在 下一個(gè)取薯勺的背面 ，并局限于金屬導(dǎo)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(jī)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(dǎo)種管；（ 6） 護(hù)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(píng)價(jià) 機(jī)械性能的兩個(gè)主要參數(shù)。高精確度將直接導(dǎo)致高產(chǎn)以及馬鈴薯收獲時(shí)的統(tǒng)一分級(jí) (McPhee et al, 1996； Pavek & Thornton, 2003)。在荷蘭的實(shí)地測(cè)量株距（未發(fā)表的數(shù) 山西 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 （ 設(shè)計(jì)）外文翻譯 2 據(jù)）變異系數(shù)大約為 20%。美國(guó)和加拿大早期的研究顯示，相對(duì)于玉米和甜菜的精密播種，當(dāng)變異系數(shù)高達(dá) 69%(Misener, 1982； Entz & LaCroix, 1983； Sieczka et al, 1986)時(shí)，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(guān)關(guān)系，因此，目前使用的 升運(yùn)鏈 式種植機(jī)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(jī)精度低的原因， 并利用這方面的知識(shí)提出建議，并作設(shè)計(jì)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(gè)模型去描述馬鈴薯從進(jìn)入導(dǎo)種管到觸及地面這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程，因此馬鈴薯在地溝的運(yùn)動(dòng)情況就不在考慮之列。由于物理因素對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)備的強(qiáng)烈影響 (Kutzbach, 1989)，通常要將馬鈴薯的形狀考慮進(jìn)模型中。 兩種零假設(shè) 被提出來了：（ 1）播種精度和輸送帶速度無關(guān)；（ 2）播種精度和 篩選 后的 種 薯形狀（尤其是尺寸）無關(guān)。這兩種假設(shè)都通過了理論模型以及實(shí)驗(yàn)室論證的測(cè)試。 材料及方法 2.1 播種材料 幾種馬鈴薯種子如圣特、阿玲達(dá)以及麻佛來都已被用于 升運(yùn)鏈 式播種機(jī)測(cè)試，因?yàn)樗鼈?有不同的形狀特征。對(duì)于種薯的處理和輸送來說，種薯塊莖的形狀無疑是一個(gè)很重要的因素。許多形狀特征在結(jié)合尺寸測(cè)量的過程中都能被區(qū)分出來 (Du & Sun, 2004； Tao et al, 1995； Zdler, 1969)。在荷蘭，馬鈴薯的等級(jí)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(jī)內(nèi)部的整個(gè)輸送過程中，其長(zhǎng)度也是一個(gè)不可忽視的因素 。 形狀因子 S 的計(jì)算基于已經(jīng)提到的三種尺寸： 此處 l 是長(zhǎng)度， w 是寬度， h 是高度（單位： mm）， 且 h001 m 時(shí)，這種關(guān)系是線性的。 ，測(cè)量數(shù)據(jù) ； ，數(shù)學(xué)模型 的數(shù)據(jù)； ，延長(zhǎng) 到 R 0 01米 ； -，線性關(guān)系 ； R2，決定系數(shù) 。 3.2 馬鈴薯的尺寸和形狀 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由表三給出。 顯示固定進(jìn)料率為每分鐘 400個(gè)種薯的時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這 些結(jié)果與期望值剛好相反，即高的標(biāo)準(zhǔn)偏差將使得形狀因子增加。球狀馬鈴薯的結(jié)果尤其令人吃驚：球的標(biāo)準(zhǔn)偏差高過阿玲達(dá)馬鈴薯 50%以上。時(shí)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(gè)不同品種的馬鈴薯之間的差異不明顯。 表三 馬鈴薯品種對(duì)種植間距的精確度的影響 品種 標(biāo)準(zhǔn)偏差 ， ms CV, % 阿玲達(dá) 8.60 30 麻佛來 9.92 35 高爾夫球 13.24 46 圖七，固定進(jìn)料率下不同形狀的沉積的馬鈴薯時(shí)間間隔的正態(tài)分布。 山西 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 （ 設(shè)計(jì)）外文翻譯 7 球狀馬鈴薯的這種結(jié)果是因?yàn)榍蚩梢砸圆煌姆绞皆谌∈?勺 背部定位。臨近杯中球的不同定位導(dǎo)致沉積精度降低。杯帶的三維視圖顯示了取薯 勺 與導(dǎo)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(shí)的效果圖；馬鈴薯在護(hù)種壁的位置對(duì)其釋放具有決定性影響。 阿玲達(dá)塊莖種薯在沉積時(shí)比麻佛來的精度高。通過對(duì)記錄的幀和馬鈴薯的分析，結(jié)果表明：阿玲達(dá)這種馬鈴薯總是被定位平行于最長(zhǎng)的軸線的護(hù)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(dá)的這個(gè)比例是 1.09，麻佛來的為 1.15。 3.3 實(shí)驗(yàn)室對(duì)抗模型測(cè)試平臺(tái) 該數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)了不同情況下的流程性能。相對(duì)于馬鈴薯，該模型對(duì)球模擬了更好的性能，然而實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果卻恰然 相反。 另外實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是為了檢查模型的可靠性。 在該模型里，兩個(gè)馬鈴薯之間的時(shí)間間隔被計(jì)算出來。起始點(diǎn)出現(xiàn)在馬鈴薯開始經(jīng)過 A 點(diǎn)的時(shí)刻，終點(diǎn)出現(xiàn)在馬鈴薯到達(dá) C 點(diǎn)的時(shí)刻。通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從 A 到 C 點(diǎn)的馬鈴薯的時(shí)間間隔被測(cè)出。每個(gè)馬鈴薯的長(zhǎng)度、寬度和高度也通過測(cè)量獲得，同時(shí)記錄了馬鈴薯的數(shù)量。測(cè)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(gè)位置和馬鈴薯的尺寸將作為模型的輸入量，測(cè)量過程將阿玲達(dá)與麻佛來以 400 個(gè)馬鈴薯每分的速率下進(jìn)行。測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)偏差如表四所示。測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差與模型的標(biāo)準(zhǔn)誤差只是稍稍不同。對(duì)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(jìn)去；（ 2）從 A點(diǎn)到 C點(diǎn)的時(shí)間不一致。塊狀馬鈴薯如阿玲達(dá)可能從頂部或者最遠(yuǎn)距離下落，這將導(dǎo)致種薯到達(dá) C點(diǎn)底部的時(shí)間增加 6ms 表四 通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和模型計(jì)算出來的開放時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)誤差的差異 品種 形狀因子 標(biāo)準(zhǔn)偏差 , ms 測(cè)量值 計(jì)算值 阿玲達(dá) 326 8.02 5.22 麻佛來 175 6.96 4.40 4. 總結(jié) 這個(gè)模擬馬鈴薯從輸送帶開始釋放的運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非常有用的證實(shí)假設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工具。 模型和實(shí)驗(yàn)室的測(cè)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(duì)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(guān)系也就隨之明確，因此，在保持高的播種精度時(shí)，應(yīng)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(shù)上的可行度。 該研究顯示，播種機(jī)的取薯 勺升運(yùn)鏈 鏈對(duì)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(dòng)提高播種精度。小球（高爾夫球）在很多情況下沉積 山西 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 （ 設(shè)計(jì)）外文翻譯 8 的精度低于馬鈴薯，這是由導(dǎo)向的導(dǎo)種管和取薯 勺 的形狀決定的。 因此建議重新設(shè)計(jì)取薯 勺 和導(dǎo)種管的形狀，要做到這一點(diǎn)還應(yīng)該將小 鏈 輪加以考慮。 參考文獻(xiàn) 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. 230249. 2 Entz and LaCroix, 1983 M.H. 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