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1、精品文档农业系统工程（2006 ） 95 （1 ） , 35 412006.06.007功率和机械马铃薯种植的行为评估1. 农场科技集团，瓦赫宁根大学，荷兰；或电邮联系作者：Willem.2. 克朗有限公司，海因里希 克朗大街10, 48480场，德国。3. 农业工程霍恩海姆大学研究所，D-70593德国斯图加特。（收稿2005年5月27日，经修订2006年6月20日受理，网上公布 2006 年8月2日）大部分马铃薯的种植原理是基于马铃薯种植位置， 由一个杯形带传送。这个 过程的工作效率是相当低的，由于播种精度要保持在在可接受的范围之内。这主要受限于杯形皮带的速度和杯的数量和定位。 这是一种假
2、设的种植距离，也就 是统一的种植株距的误差， 主要是由杯形带播种机的结构决定。为了确定马铃薯播种位置均匀性偏差的由来需要建立一套理论模型。该模型可以计算每个连续的马铃薯接触地面之间的时间间隔。参考该模型的结果，两个假设均成立：相对于传送带的速度的影响，和相对于马铃薯形状的影响。播种 机结构单元安装在一个实验室来验证这两个假设。一个高速相机是用来测量每个 连续土豆之间刚好到达土壤表面的时间间隔， 以可视化形式表现出马铃薯的位移。结果表明：（1 ）较高的杯形皮带的速度，更均匀的在播种土豆；（2较普通马铃薯形状并没有带来更高的播种精度。一、 介绍杯带播种机（图1）是最常用的 用来种植马铃薯的农业机械
3、。土豆种植是从 料斗到杯状输送带的转移。杯子大小可容纳一个块茎。杯状带向上移动将土豆托 举出料斗和翻过上部的滑轮。然后落背面接下来的杯子被限制在一个金属片管上。在底部时，皮带翻动滚子，形成开放空间使得下降的马铃薯正好落在土壤的 沟里。株距和精度是机器性能主要的参数。精度和株距直接关系到高产量和收获时 的统一排序 （麦克菲等人，1996;桑顿，2003 ）。现场测量（未公布数据）， 株距在荷兰发现 约20%的误差（CV）系数。此前 在加拿大和美国的研究，误 差甚至 高达69% （梅瑟，1982，与艾美，1983; Sieczka1986等人），表明相 较于甜菜或玉米上的精密播种机精度还是较低的。
4、5 432图一杯带播种机的工作部件：（1）马铃薯料斗，（2）杯带，（3）杯，（4）上部 滑轮，（5）风管，（6）上一杯落回来的马铃薯，（7）开沟器，（8）辊;，（9） 释放孔，（10）地面本研究的目的是分析 杯带播种精度低的原因，并 利用这些知识来推导出修 改设计的建议，例如皮带的速度和杯的数量形状。为了更好地理解，我们来建立一个模型，来描述马铃薯从进入管道到它触及 地面的那一刻的运动。马铃薯的在底部的行为的土壤垄沟中不考虑也被认为是土 豆是在模型中。两个零假设是：（1）种植精度是与杯形皮带的速度不相关（2）种植精度与马铃薯形状不相关，该都是理论上的模型在实验室进行的 实验1.材料和方法植物材
5、料该品种马铃薯种子已经被用于测试杯带播种机，因为它们表现出不同的形 状特征。该马铃薯块茎的形状是用于处理和运输的一个重要的特征。许多外形特征，通常结合三围尺寸，在荷兰分级主要是通过使用方形网孔尺寸， 是由宽度和 高度确定为唯一的马铃薯（最小和最大宽度）。对于运输过程播种机内的马铃薯 长度也是一个决定性的因素。基于三个尺寸，形状因子 S是介绍：S =100L2/（WH）（ 1）其中I是长度，w是宽度h是高度作为参考，也球形高尔夫球（大约相同的密度土豆），相 当于100个形状系数分别为使用不同形状的土豆，见表1。2.2这个过程的数学模型数学模型的建立是为了预测种植准确性和杯形带播种机的容量。该模型
6、考虑到了辊子半径和速度，其尺寸和杯子的间距，其相对于所述管道壁和高度定位 在土壤表面的播种机的（图2 ）。这是假设土豆相对在杯子旋转向下运动。杯场的速度和皮带速度可以在实现的株距。频率 f土豆离开管道底部的计算 公式为丿阿二精品文档其中以杯带速1mm/s的速度在皮带上运动半径计算公式为（3）%s =表1形状马铃薯栽培种和使用的高尔夫球的特性实验CultivarSquare mevh 负z mtnShape factorSante2&35146Arinda35-4536235"5I6KGolf balls42 8100图2。过程由模拟模型，模拟当起点，穿越 A线;经时所需要的时
7、间足够大，用 于马铃薯通过;此外模型计算马铃薯的释放和瞬间之间的达土壤表面的间了（自 由落体），辊子半径，厚度和杯的皮带的长度之间的间隙杯和管壁；在导管的间隙有可能成为一个足够马铃薯通过的间隙，计算公式为心十-clcar 如75T其中：在辊子的半径之和，带与杯的厚度和长度，和宽度是间隙在杯的顶端之间 的管道。当土豆的参数是已知的，贝U用于释放马铃薯的角度可以计算出来。除了它的形状和尺寸，马铃薯的位置在杯的背面是决定性的。 因此，该模型区分了两个位b）所需的最大间隙等于置：（一）最小间隙，等于一个马铃薯的高度，以及（ 一个土豆的长度。所需要的时间计算公式为(5)计算不同的可情况杯子上的位置产生的
8、偏差连续之间的平均时间间隔。结合自由 下落的时间和距离 这确保播种精度。当土豆被释放时，它属于对土壤表面自由 落体一个独特的角度位置，它也有一个特殊的土壤以上的高度1在那一刻面（图 2）。小土豆会较早释放。该模型计算马铃薯的速度只是 它落入了土壤表面1毫秒前。初始土 豆假设为1毫秒是垂直速度垂直分量相等的:5 厂应片 COS"6）释放高度yrelease计算' rvlfwe 一 J r G右皿日珂(7)其中m是的中心之间的距离滚子（图2中的线A）和土壤表面 自由落体与tfallin S中的时间计算几皿=如炯+ 55也（8）式中，g为重力加速度（9<8ms的a2）和最后计
9、算的速度V心曲=珂 + 2 felease(9)时间为马铃薯从 A线移动点该模型计算之间的两个时间间隔这可能是连续的土豆 定位在不同的方法上的杯子。在间隔最大偏差纵向定位一次，反之亦然2.3。该实验室的安排标准种植单元被更换的底端部分修改为金属板材与同样形状的透明亚克力 材料（图3）。杯带是通过驱动 辊子（图18），由可变速电动机。速度的测定 使用红外线测速仪。一个高速摄像机被用来测量马铃薯在透明管道中的位移与时 间间隔，有一个坐标系统中的片材置于管道的开口的后面，在X轴代表地面。时间是马铃薯的下落时间图3。实验室试验台，金属板管的底端的右下部分被替换为透明压克力板；右上段所面 临的高速摄像机
10、对于测量相机系统是在九至十 每秒1000帧的拍摄速度。随着2/5ms的平 均速度自由下落以允许精确的播种。进料速度的效果试验为皮带在300，400和500分钟土豆（FPOT= 5，6? 7和8? 3秒W1）的对应的带速0W 33 0< 45和0< 56ms1。这些皮带速度分别将 搭配3, 2和1排杯，。400分钟土豆的固定速率杯型皮带评测马铃薯形状对播 种的影响。2.4。统计分析被该假说采用Fisher检验测试，如种群表明，分析正常显示分布式。片面上 尾Fisher检验，使用和代表的概率 1型错误，其中一个真正的零假设是不正确 拒绝置信区间是等于100 %。三。结果与讨论3.1。杯
11、型皮带速度3.1.1。实证结果在连续测量时间间隔之间显示触地的土豆呈现正态分布。标准偏差和S对传送速率300，400和500最小土豆分别1were33>0，20? 5和12? 7毫秒，。 加而增加皮带速度，随着分别为 8<6%，7<1%和5? 5%，个人简历。3.1.2。结果模型预测图5显示出带速度对时间的影响。线性关系发现杯形带速度和精度之间的表现为 土豆偏离沉积时间间隔。较短的建立所需时间少，偏差越小。这些计算结果列于 表2。杯子从管壁离开速度是重要的。 取而代之的是更高的带速，同比增长杯子 的圆周速度可以通过以下方式实现减少轧辊的半径。辊子的半径在测试中使用的是0<
12、; 055米，、它被计算辊的半径必须是较低的带速，以达到杯的顶端作为相同 的圆周速度相对最高皮带速度。这导致了一个半径 0W 025M 1和0< 041M为300 分钟土豆为400分钟最小。相对于这一结果，基于线性实验的结果，预计趋势线 最高性能测量半径约为 020M。AO3500300025()020()01026()42()300 poL min00151K0500 pot min-14()0 pol min-150()340Time 屁 ms80CUE .EUMOCMs04oo0551J2()图4。的时间间隔（X，以毫秒为单位）的正态分布的马铃薯投料沉积率图5。皮带速度对需要时间相
13、对关系35HLU ruc=rt>Qp PJrjpur;一乂30252()1510l uhle 2Time iiitennls between consecutive potatoes cakuhtcd hy th瓷 model (o* Marfona)Jiell ee(ifm sDif 'fertwe hef wenmt (/ lc)nieslinterval, s0-721760-3629-40-2442 800-(X)0W20-()6008Radius lower roller, m6。辊子的半径之间的关系。其结果示于图6中，显示出该模型预测比较实测数据精度逐渐减少。、025
14、M是技术上可行的最小半径技，应该下降约75 %的相对于原来标准半径偏差。3.2。尺寸和土豆形状实验室测试的结果列于表3中。它示出了在时间间隔中的一个标准偏差 400 分钟土豆1个固定投料率。这些结果与更高标准期望偏差有差距。特别是球的结果是惊人的可怜。球的标准偏差为 acerca 50 %比椭圆形马铃薯更高。该的时 间间隔的正常分布示于图7。研究发现球和马铃薯显著差异。无显著差异的两 品种间的山芋。球表现不佳，事实这些球能以多种方式被定位在杯的背面。不同位置球在相邻的杯子导致较低的播种精度。 杯的三维绘图带显示的杯子之间的间 隙的形状和该导管示出不同开口大小是可能的(图8)Table 3 Ef
15、fect uf cultixurs on thv uccurnc of plant spucin; C, vtKffidcnt of variationCitlfivarStaficlurd deviation, nrsC匕%A rind a8 603 0Marfona992Golf b恥G244600500-0450-0400-035 0-030 £ 04)25 ' 0-0200-0150-0100-005(hOOO245 255 265 275 2K5 2U5 305 315 325 335图7。的时间间隔（X，以毫秒为单位）的正态分布的马铃薯不同形状因子的沉 积在一个固
16、定的播种率图8。下面的杯在45度的角度；在杯的背面马铃薯的位置是决定性，它播种的 块茎具有较高的准确度 对比块茎。分析表明土豆的品种。总是以所述杯体的背面平行于最 长轴。、除了形状系数，较高的比宽度/高度将导致较大的偏差。对于 CV。该比 率为1? 9该数学模型预测的在不同环境下的性能过程。 该模型模拟，以更好地表现球 体相较于土豆在实验测试表现出相反的结果。 做另外一个实验测试的目的是检查 模型的可靠性。在该模型中，在两个土豆的时间间隔的计算方法。 出发点是瞬间 土豆十字线A和终点是C线交叉点图2）。在试验台的土豆移动时间间隔之间 从线A至C是测量（图3）的长度，编号土豆宽度和各高度。在测量
17、过程中它 被确定每个定位土豆是否在杯子上。这个位置马铃薯用作输入的模型，进行测量， 在做最小400的土豆供给速度时含有 C 土豆。A和M的测量时间的标准偏差 的间隔显示于表4中。数据显示他们稍微与从计算模拟的标准不同。 解释这些差 异 主要有：（1 ）该模型没有考虑到阻力情况下，如图8，（ 2）通过瞬间显示A线和C是有争议的。如土豆CV。 Arinda可能用尖部这可能会造成最多为 6 毫秒的差异.，模拟数学模型，土豆运动在从杯带到释放的时间是一个非常有用 的方法导致假设是测试和设计实验室试验。两个模型和实验室试验表明，较高的 带速，更均匀的的在水平零速度播种土豆。由于这一事实使得影响较大的是马
18、铃 薯形状和马铃薯的定位杯。与皮带速度的相关研究是发现为了提供在削减更多的 空间同时保持高精确度栽种杯形带速度建议以降低辊的半径，直到如低至技术上 是可行的。这项研究表明，播种精度（在播种沟距离）的影响为大部分由种植的杯带。一个比较正常的形状不容易导致较高的准确度。球体（高尔夫球播种在大多数情况下具有比土豆较低的准确性。致谢致谢米德马B.V.为财政支持和提供给种植单元为实验室试验台。本组动物 科学瓦格宁根大学提供的高速视频摄像头。参考文献2004）。在最近的事态发展的图像处理技术用于食品的应用质量评价。趋势，食品科学与技术，15， 230-249Entz中高;拉克鲁瓦L ? （ 1983）。的播种 精度的调查商业马铃薯播种机。美国马铃薯杂志，60，617-623CTJ科宁，Speelman L，HCP弗里斯（1994） 大小分级土豆：一个新特性开发参数。中国农业工程研究，57， 119-128Kutzbach公式署署长（1989）。作物特 性的影响农业机械和设备的效率。4在物理性质国际会议农业中郭晓丽，罗斯托克，4-8PP 447-455 比蒂 BM， Corkrey R，芬内尔巨田基金（1996）。间距均匀性收益的影响，美国马铃薯杂志， 73（ 1），167-171GC Mise ner （ 1982）。马铃薯播种机均匀间距。