馬鈴薯播種機(jī)設(shè)計(jì)

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1.1我國(guó)馬鈴薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀300多年前，原產(chǎn)自美洲的馬鈴薯被引進(jìn)中國(guó)并且逐漸成為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物。目前，我國(guó)的馬鈴薯無(wú)論是種植面積還是總產(chǎn)量都處于全球領(lǐng)先地位。從中國(guó)馬鈴薯網(wǎng)上獲得的資訊：2007年我國(guó)馬鈴薯種植面積約8000萬(wàn)畝，預(yù)計(jì)總產(chǎn)量將超過(guò)6800萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的22%左右。單從總產(chǎn)量來(lái)說(shuō)我國(guó)已經(jīng)是世界第一，但是單產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美、澳洲的水平。例如，2003年，我國(guó)馬鈴薯的單產(chǎn)量是每公頃14842公斤，低于世界平均水平的每公頃16448 公斤，還不到單產(chǎn)量最大的國(guó)家新西蘭的每公頃44248 公斤的三分之一。1.2國(guó)外馬鈴薯的生產(chǎn)水平單產(chǎn)量排名前六位的國(guó)家：新西蘭、比利時(shí)、丹麥、美國(guó)、英國(guó)、荷蘭等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，他們的單產(chǎn)量都超過(guò)了每公頃40000 公斤（中國(guó)馬鈴薯網(wǎng)，2007）。除了地域、氣候方面外，更重要的是栽培技術(shù)以及機(jī)械化生產(chǎn)水平的影響。顯然，這些國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)我國(guó)。反觀我國(guó)，大部分地區(qū)的馬鈴薯生產(chǎn)都還停留在人工或者半機(jī)械化生產(chǎn)的水平上，因此單產(chǎn)量低也就不足為奇。1.3目前急需解決的措施以及會(huì)遇到的困難要想提高單產(chǎn)量，首要的就是提高機(jī)械化生產(chǎn)水平。我國(guó)地域廣闊，擁有多種地型，因此不可能同時(shí)提高生產(chǎn)機(jī)械化，所以應(yīng)該根據(jù)不同的地形，不同的氣候和種植方式，從而設(shè)計(jì)符合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械，盡量推廣播種機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。其次應(yīng)該改進(jìn)種植方式，我國(guó)的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種植的水平上，這是急需改變的。先進(jìn)的種植方式應(yīng)該從改進(jìn)種子質(zhì)量，改進(jìn)播種方式等方面進(jìn)行，同時(shí)在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械也就顯得至關(guān)重要。2. 國(guó)內(nèi)外播種機(jī)發(fā)展及應(yīng)用的現(xiàn)狀2.1我國(guó)播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)目前，我國(guó)大約有500家播種機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，但是這些企業(yè)中能夠生產(chǎn)與大中型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)的企業(yè)只有西安農(nóng)業(yè)機(jī)械廠、石家莊市農(nóng)業(yè)機(jī)械廠等區(qū)區(qū)10多家，其余的企業(yè)生產(chǎn)的都是與小型拖拉機(jī)和畜力配套的拖拉機(jī)。這種與小型拖拉機(jī)和畜力配套的播種機(jī)機(jī)的產(chǎn)量占全國(guó)播種機(jī)總產(chǎn)量的90%以上（國(guó)委文，2007）。由此可以看出當(dāng)前我國(guó)已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種的大部分地區(qū)的播種機(jī)仍以小型播種機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)的谷物條播為主，大中型播種機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且大中型生產(chǎn)機(jī)械（包括播種機(jī)）的研制和生產(chǎn)水平也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。2.2國(guó)外播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀相對(duì)我國(guó)而言，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家在第二次世界大戰(zhàn)前后，先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的過(guò)度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平已經(jīng)相當(dāng)完善，現(xiàn)在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民，2001）。美國(guó)，德國(guó)，英國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展水平已經(jīng)走在世界的前列。在國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家，精密播種機(jī)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，其技術(shù)水平應(yīng)經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)完善的程度，無(wú)論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種質(zhì)量以及播種機(jī)具的通用性和適應(yīng)性上都做得比較好。這對(duì)減少播種過(guò)程中的漏種率、種子損傷率和提高單產(chǎn)量都有很大的促進(jìn)作用。現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家正把不斷更新播種機(jī)的工作原理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長(zhǎng)機(jī)具使用壽命、降低制造價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)提高其工作效率以及提高播種機(jī)的通用性和適應(yīng)性作為未來(lái)更先進(jìn)的播種機(jī)研制的發(fā)展方向。2.3與國(guó)外播種機(jī)相比，我國(guó)播種機(jī)存在的不足 和國(guó)外如美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的播種機(jī)比起來(lái)，我國(guó)的播種機(jī)工作效率低，工作幅寬小，通用性和適應(yīng)性低，使用可靠性不高，生產(chǎn)率也遠(yuǎn)較國(guó)外的低。另外，由于我國(guó)工業(yè)起步晚，因此在新技術(shù)的研制和在播種機(jī)上的應(yīng)用上依舊落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。下面以我國(guó)幾種典型的播種機(jī)和國(guó)外的播種機(jī)作一個(gè)對(duì)比，以便從中發(fā)現(xiàn)我國(guó)播種機(jī)和國(guó)外先進(jìn)播種機(jī)的不足。 首先，從工作效率方面來(lái)看，我國(guó)播種機(jī)的工作速度低。國(guó)外播種機(jī)的工作速度大都要求達(dá)到15h，有的甚至達(dá)到20h，受到土地，氣候和一些其它因素的影響，工作速度大多采用812h，而我國(guó)工作速度大約為47h，一般工作速度為56h。比如德國(guó)早期生產(chǎn)的GL34T和GL36T兩種機(jī)型的工作速度為7.5h(韓文鋒等，2006），而我國(guó)普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都達(dá)不到德國(guó)這兩種機(jī)型的水平。 其次，我國(guó)播種機(jī)的工作幅寬小。和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比起來(lái)這個(gè)環(huán)節(jié)顯得非常薄弱。例如西歐一些國(guó)家的生產(chǎn)的播種機(jī)的工作幅寬一般為56m，美國(guó)，加拿大等國(guó)家的現(xiàn)用機(jī)型大多可以達(dá)到1015m（陳興田，1999）。而我國(guó)所使用的播種機(jī)的工作幅寬絕大多數(shù)低于3.5m，例如較先進(jìn)的2BF-24A谷物條播機(jī)的工作幅寬為3.6m，其余的大都低于這個(gè)水平，工作幅寬低這個(gè)瓶頸在很大程度上限制了播種機(jī)的工作效率。 再次，排種器的排種效率低。我國(guó)很多使用播種機(jī)的地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中依舊使用傳統(tǒng)的排種方式即“一器一行”，一個(gè)排種器只能播一行種子，顯然這樣的效率是非常低的，即使有較先進(jìn)的“一器多行”的排種器，但是技術(shù)上也表現(xiàn)得不夠成熟，也沒能進(jìn)行大規(guī)模的推廣及應(yīng)用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)就比我國(guó)先進(jìn)得多，而且許多新技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，許多核心部件尤其是排種器無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是工作原理都還有很多值得我國(guó)學(xué)習(xí)和借鑒的地方。 最后，我國(guó)的播種機(jī)的通用性和適應(yīng)性和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比起來(lái)也還有很大的差距。在通用性方面，國(guó)外發(fā)展得比較早，技術(shù)也比較成熟，一套設(shè)備只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的更換即可實(shí)現(xiàn)不同種子的播種，而我國(guó)大部分播種機(jī)還都是“一機(jī)一種”，一種播種機(jī)只能夠播撒一種種子，這樣既浪費(fèi)制造材料，又沒能使播種機(jī)得到充分利用。另外，我國(guó)地域遼闊，不同的土壤條件和氣候條件嚴(yán)重限制了播種機(jī)的適應(yīng)性，在保證適應(yīng)性方面的技術(shù)還很落后，而且我國(guó)研制生產(chǎn)的播種機(jī)很少考慮到適應(yīng)性這一方面的影響。3. 我國(guó)播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 雖然可以通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的播種機(jī)可以暫時(shí)彌補(bǔ)我國(guó)播種機(jī)的不足之處，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)，我國(guó)必須走自主研發(fā)的道路，通過(guò)不斷吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)再結(jié)合我國(guó)的國(guó)情走出一條自主創(chuàng)新的路子，研制出具有我國(guó)特色的先進(jìn)播種機(jī)。3.1加大大中型播種機(jī)的研制和開發(fā) 要想盡快縮小我國(guó)馬鈴薯等農(nóng)作物的單產(chǎn)與國(guó)外水平的差距，大中型播種機(jī)將起到至關(guān)重要的作用。我國(guó)的幾大平原地勢(shì)平坦，比較適合大中型播種機(jī)的推廣和應(yīng)用。大中型播種機(jī)械除了可以節(jié)約人力，提高工作效率外還能減少種子的損傷率和漏種率，而且大中型播種機(jī)都是朝著聯(lián)合作業(yè)和直接播種技術(shù)的方向發(fā)展，這種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)在于：一次可以完成多項(xiàng)作業(yè)，作業(yè)效率高；保證及時(shí)播種，提高產(chǎn)量；節(jié)約能源，降低成本。3.2采用新的排種原理和排種裝置 排種裝置是播種機(jī)最關(guān)鍵的部件，先進(jìn)的排種器和排種原理對(duì)播種機(jī)的效率的提高有著很重要的作用，迄今為止，我國(guó)學(xué)者幾乎涉獵了世界上所有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國(guó)獨(dú)創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應(yīng)用，但是在馬鈴薯播種機(jī)上，先進(jìn)的排種器和排種方式依然制約播種機(jī)效率的一個(gè)瓶頸。因此在已經(jīng)解決種子和播種方式的情況下研制相應(yīng)的播種機(jī)顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國(guó)應(yīng)該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機(jī)械式排種原理也應(yīng)得到廣泛的采用（陳興田，1999）。4. 小結(jié)一個(gè)比較先進(jìn)的播種機(jī)主要取決于其幾個(gè)關(guān)鍵的部件，如：開溝器、仿形機(jī)構(gòu)、覆土器以及排種器。尤其是排種器在整個(gè)播種機(jī)結(jié)構(gòu)中顯得尤為重要，排種器的好壞直接關(guān)系到播種機(jī)的播種效率，因此，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外播種機(jī)研制的重點(diǎn)依舊是放在排種器的研制上。我國(guó)在這方面也有不少的研究，尤其在氣吸式排種器，窩眼式排種器還有氣力式排種器的研究上有了一定的突破，但是和國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距，因此，我國(guó)還必須加大研制的力度。新型馬鈴薯已經(jīng)研制成功并將實(shí)現(xiàn)大力推廣，在將來(lái)的幾年內(nèi)，相應(yīng)的馬鈴薯播種機(jī)將對(duì)這種新型馬鈴薯的推廣起到極大的推動(dòng)作用。新型的馬鈴薯將徹底改變傳統(tǒng)的馬鈴薯塊莖式播種方式，其播種方式將和玉米，油菜籽等顆粒的播種方式更為相似，但還是存在很多不同的地方，因此不能直接選用像玉米播種機(jī)或者油菜籽播種機(jī)這些現(xiàn)成的播種機(jī)型。由于現(xiàn)目前新型馬鈴薯還沒有開始實(shí)現(xiàn)大面積推廣，相應(yīng)的馬鈴薯播種機(jī)具還是一片空白?；诖耍瑢?duì)現(xiàn)有的馬鈴薯播種機(jī)和其余各類顆粒式播種機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種適合新型馬鈴薯的機(jī)械式或者氣吸式播種機(jī)就成了當(dāng)前以及未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)播種機(jī)的研制方向，同時(shí)研制的重點(diǎn)也將放在馬鈴薯播種機(jī)的排種器的研制上。參考文獻(xiàn)：1 李寶筏農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 20032 朱秉蘭簡(jiǎn)明農(nóng)機(jī)手冊(cè)鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，20013 張波屏編譯播種機(jī)械設(shè)計(jì)原理北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19824 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王廣勝，王玉忠，樊文憲2BXSMIB型馬鈴薯施肥播種機(jī)的研究農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械 ，1999，(3)：l51720 國(guó)委文播種機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化，2007，5：3421 KACHMAN S DActernative Measures of Accuracy in Plant Spacing for Planters Using Single Seed MeteringTranslation of the ASAE，1995,38(2),pp.37137522 EUOdigbohandCOAkubuo A tworow automatic cassava cuttings planter：Development、Design and Prototype constructionJournal of Agricultural Engineering Research，Volume 50，SeptemberDecember50(1991),pp.1318 23 Tao et al., 1995 Y. Tao, C.T. Morrow, P.H. Heinemann and H.J.S. Ill, Fourier based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision, Transactions of the ASAE 38 (1995), pp. 949957. 24 H Buitenwerf，WBHoogmoed，PLerink and JMller Assessment of the Behavior of Potato in a Cupbelt PlanterBiosystems Eigineering，95 (2006),354125Siecska et al., 1986 J.B. Sieczka, E.E. Ewing and E.D. Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25374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 馬鈴薯播種機(jī)的性能評(píng)估 原文來(lái)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(guò)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(guò)程的容量就相當(dāng)?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(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?zhǔn)今R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(lái)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(lái)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(shuō)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(guò)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)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?zhǔn)椒N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(guò)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(lái)了：（1）播種精度和輸送帶速度無(wú)關(guān)；（2）播種精度和篩選后的種薯形狀（尤其是尺寸）無(wú)關(guān)。這兩種假設(shè)都通過(guò)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(lái)都已被用于升運(yùn)鏈?zhǔn)讲シN機(jī)測(cè)試，因?yàn)樗鼈冇胁煌男螤钐卣鳌?duì)于種薯的處理和輸送來(lái)說(shuō)，種薯塊莖的形狀無(wú)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(guò)程中都能被區(qū)分出來(lái)(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(lái)決定的。種薯在播種機(jī)內(nèi)部的整個(gè)輸送過(guò)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hw001 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(guò)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(lái) 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。球狀馬鈴薯的這種結(jié)果是因?yàn)榍蚩梢砸圆煌姆绞皆谌∈砩妆巢慷ㄎ?。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(lái)的精度高。通過(guò)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(lái)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(lái)。起始點(diǎn)出現(xiàn)在馬鈴薯開始經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)測(cè)量獲得，同時(shí)記錄了馬鈴薯的數(shù)量。測(cè)量過(guò)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(guò)程將阿玲達(dá)與麻佛來(lái)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(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和模型計(jì)算出來(lái)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(lái) 175 6.96 4.404. 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. Entz and L.J. LaCroix, A survey of planting accuracy of commercial potato planters, American Potato Journal 60 (1983),pp. 617623.3 Koning de et al., 1994 C.T.J. Koning de, L. Speelman and H.C.P. Vries de, Size grading of potatoes: development of a new characteristic parameter, Journal of Agricultural Engineering Research 57 (1994), pp. 1191284 Kutzbach H D (1989). Influence of crop properties on the efficiency of agricultural machines and equipment. 4th International Conference on Physical Properties of Agricultural Materials, Rostock, Germany, September 48, pp 447455.5 McPhee et al., 1996 J.E. McPhee, B.M. Beattie, R. Corkrey and J.F.M. Fennell, Spacing uniformityyield effects and in-field measurement, American Potato Journal 73 (1996) (1), pp. 1671716 Misener, (1982) Misener GC (1982). Potato plantersuniformity of spacing. Transactions of the ASAE, 25, 15041505, 15117 Pavek M; Thornton R (2003). Poor planter performance: whats it costing the average Washington potato grower? Proceedings of the Washington State Potato Conference, Moses Lake, WA, USA, pp 13218 Siecska et al., 1986 J.B. Sieczka, E.E. Ewing and E.D. Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25379 Tao et al., 1995 Y. Tao, C.T. Morrow, P.H. Heinemann and H.J.S. Ill, Fourier based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision, Transactions of the ASAE 38 (1995), pp. 949957.10 Zdler, 1969 H. Zdler, Ermittlung des Formindex von Kartoffelknollen bei Legemachinenuntersuchungen, Determination of the shape index of potato tubers in potato planter research. Grundlagen der Landtechnie 15 (1969) (5), p. 170. 9 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述 馬鈴薯播種機(jī)具的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：綜述了國(guó)內(nèi)外播種機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，并通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種典型播種機(jī)的各種參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比并加以分析，從中發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)播種機(jī)與國(guó)外播種機(jī)的差距，并在此基礎(chǔ)上去闡述我國(guó)播種機(jī)在研發(fā)和應(yīng)用上所存在問(wèn)題并展望未來(lái)播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)明確馬鈴薯播種機(jī)的設(shè)計(jì)方向。關(guān)鍵詞：播種機(jī)具 馬鈴薯 精量播種機(jī) 排種器 1. 馬鈴薯在我國(guó)的生產(chǎn)現(xiàn)狀 馬鈴薯是一種高蛋白農(nóng)作物，在我國(guó)得到大面積的栽種，盡管我國(guó)年產(chǎn)量早已躍居世界第一，然而和世界除非洲以外的其他國(guó)家和地區(qū)比起來(lái)，單產(chǎn)量卻很低，因此在提高單產(chǎn)的措施上除了提高機(jī)械化生產(chǎn)水平外，還應(yīng)該改進(jìn)馬鈴薯的種子質(zhì)量以及種植方式。 1.1我國(guó)馬鈴薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀300多年前，原產(chǎn)自美洲的馬鈴薯被引進(jìn)中國(guó)并且逐漸成為僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物。目前，我國(guó)的馬鈴薯無(wú)論是種植面積還是總產(chǎn)量都處于全球領(lǐng)先地位。從中國(guó)馬鈴薯網(wǎng)上獲得的資訊：2007年我國(guó)馬鈴薯種植面積約8000萬(wàn)畝，預(yù)計(jì)總產(chǎn)量將超過(guò)6800萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的22%左右。單從總產(chǎn)量來(lái)說(shuō)我國(guó)已經(jīng)是世界第一，但是單產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美、澳洲的水平。例如，2003年，我國(guó)馬鈴薯的單產(chǎn)量是每公頃14842公斤，低于世界平均水平的每公頃16448 公斤，還不到單產(chǎn)量最大的國(guó)家新西蘭的每公頃44248 公斤的三分之一。1.2國(guó)外馬鈴薯的生產(chǎn)水平單產(chǎn)量排名前六位的國(guó)家：新西蘭、比利時(shí)、丹麥、美國(guó)、英國(guó)、荷蘭等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，他們的單產(chǎn)量都超過(guò)了每公頃40000 公斤（中國(guó)馬鈴薯網(wǎng)，2007）。除了地域、氣候方面外，更重要的是栽培技術(shù)以及機(jī)械化生產(chǎn)水平的影響。顯然，這些國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)我國(guó)。反觀我國(guó)，大部分地區(qū)的馬鈴薯生產(chǎn)都還停留在人工或者半機(jī)械化生產(chǎn)的水平上，因此單產(chǎn)量低也就不足為奇。1.3目前急需解決的措施以及會(huì)遇到的困難要想提高單產(chǎn)量，首要的就是提高機(jī)械化生產(chǎn)水平。我國(guó)地域廣闊，擁有多種地型，因此不可能同時(shí)提高生產(chǎn)機(jī)械化，所以應(yīng)該根據(jù)不同的地形，不同的氣候和種植方式，從而設(shè)計(jì)符合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械，盡量推廣播種機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。其次應(yīng)該改進(jìn)種植方式，我國(guó)的馬鈴薯種植方式一直停留在傳統(tǒng)種植的水平上，這是急需改變的。先進(jìn)的種植方式應(yīng)該從改進(jìn)種子質(zhì)量，改進(jìn)播種方式等方面進(jìn)行，同時(shí)在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械也就顯得至關(guān)重要。2. 國(guó)內(nèi)外播種機(jī)發(fā)展及應(yīng)用的現(xiàn)狀2.1我國(guó)播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)目前，我國(guó)大約有500家播種機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，但是這些企業(yè)中能夠生產(chǎn)與大中型拖拉機(jī)配套的播種機(jī)的企業(yè)只有西安農(nóng)業(yè)機(jī)械廠、石家莊市農(nóng)業(yè)機(jī)械廠等區(qū)區(qū)10多家，其余的企業(yè)生產(chǎn)的都是與小型拖拉機(jī)和畜力配套的拖拉機(jī)。這種與小型拖拉機(jī)和畜力配套的播種機(jī)機(jī)的產(chǎn)量占全國(guó)播種機(jī)總產(chǎn)量的90%以上（國(guó)委文，2007）。由此可以看出當(dāng)前我國(guó)已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化播種的大部分地區(qū)的播種機(jī)仍以小型播種機(jī)進(jìn)行傳統(tǒng)的谷物條播為主，大中型播種機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且大中型生產(chǎn)機(jī)械（包括播種機(jī)）的研制和生產(chǎn)水平也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。2.2國(guó)外播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀相對(duì)我國(guó)而言，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家在第二次世界大戰(zhàn)前后，先后完成了由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的過(guò)度和轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平已經(jīng)相當(dāng)完善，現(xiàn)在正朝著大型化、智能化、精量化以及多功能聯(lián)合型方向發(fā)展（陶衛(wèi)民，2001）。美國(guó)，德國(guó)，英國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展水平已經(jīng)走在世界的前列。在國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家，精密播種機(jī)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和應(yīng)用，其技術(shù)水平應(yīng)經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)完善的程度，無(wú)論是工作速度、生產(chǎn)效率、工作性能、播種質(zhì)量以及播種機(jī)具的通用性和適應(yīng)性上都做得比較好。這對(duì)減少播種過(guò)程中的漏種率、種子損傷率和提高單產(chǎn)量都有很大的促進(jìn)作用。現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家正把不斷更新播種機(jī)的工作原理、盡量完善其結(jié)構(gòu)、延長(zhǎng)機(jī)具使用壽命、降低制造價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)提高其工作效率以及提高播種機(jī)的通用性和適應(yīng)性作為未來(lái)更先進(jìn)的播種機(jī)研制的發(fā)展方向。2.3與國(guó)外播種機(jī)相比，我國(guó)播種機(jī)存在的不足 和國(guó)外如美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的播種機(jī)比起來(lái)，我國(guó)的播種機(jī)工作效率低，工作幅寬小，通用性和適應(yīng)性低，使用可靠性不高，生產(chǎn)率也遠(yuǎn)較國(guó)外的低。另外，由于我國(guó)工業(yè)起步晚，因此在新技術(shù)的研制和在播種機(jī)上的應(yīng)用上依舊落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。下面以我國(guó)幾種典型的播種機(jī)和國(guó)外的播種機(jī)作一個(gè)對(duì)比，以便從中發(fā)現(xiàn)我國(guó)播種機(jī)和國(guó)外先進(jìn)播種機(jī)的不足。 首先，從工作效率方面來(lái)看，我國(guó)播種機(jī)的工作速度低。國(guó)外播種機(jī)的工作速度大都要求達(dá)到15h，有的甚至達(dá)到20h，受到土地，氣候和一些其它因素的影響，工作速度大多采用812h，而我國(guó)工作速度大約為47h，一般工作速度為56h。比如德國(guó)早期生產(chǎn)的GL34T和GL36T兩種機(jī)型的工作速度為7.5h(韓文鋒等，2006），而我國(guó)普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都達(dá)不到德國(guó)這兩種機(jī)型的水平。 其次，我國(guó)播種機(jī)的工作幅寬小。和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比起來(lái)這個(gè)環(huán)節(jié)顯得非常薄弱。例如西歐一些國(guó)家的生產(chǎn)的播種機(jī)的工作幅寬一般為56m，美國(guó)，加拿大等國(guó)家的現(xiàn)用機(jī)型大多可以達(dá)到1015m（陳興田，1999）。而我國(guó)所使用的播種機(jī)的工作幅寬絕大多數(shù)低于3.5m，例如較先進(jìn)的2BF-24A谷物條播機(jī)的工作幅寬為3.6m，其余的大都低于這個(gè)水平，工作幅寬低這個(gè)瓶頸在很大程度上限制了播種機(jī)的工作效率。 再次，排種器的排種效率低。我國(guó)很多使用播種機(jī)的地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中依舊使用傳統(tǒng)的排種方式即“一器一行”，一個(gè)排種器只能播一行種子，顯然這樣的效率是非常低的，即使有較先進(jìn)的“一器多行”的排種器，但是技術(shù)上也表現(xiàn)得不夠成熟，也沒能進(jìn)行大規(guī)模的推廣及應(yīng)用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)就比我國(guó)先進(jìn)得多，而且許多新技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，許多核心部件尤其是排種器無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是工作原理都還有很多值得我國(guó)學(xué)習(xí)和借鑒的地方。 最后，我國(guó)的播種機(jī)的通用性和適應(yīng)性和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比起來(lái)也還有很大的差距。在通用性方面，國(guó)外發(fā)展得比較早，技術(shù)也比較成熟，一套設(shè)備只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的更換即可實(shí)現(xiàn)不同種子的播種，而我國(guó)大部分播種機(jī)還都是“一機(jī)一種”，一種播種機(jī)只能夠播撒一種種子，這樣既浪費(fèi)制造材料，又沒能使播種機(jī)得到充分利用。另外，我國(guó)地域遼闊，不同的土壤條件和氣候條件嚴(yán)重限制了播種機(jī)的適應(yīng)性，在保證適應(yīng)性方面的技術(shù)還很落后，而且我國(guó)研制生產(chǎn)的播種機(jī)很少考慮到適應(yīng)性這一方面的影響。3. 我國(guó)播種機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 雖然可以通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的播種機(jī)可以暫時(shí)彌補(bǔ)我國(guó)播種機(jī)的不足之處，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)，我國(guó)必須走自主研發(fā)的道路，通過(guò)不斷吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)再結(jié)合我國(guó)的國(guó)情走出一條自主創(chuàng)新的路子，研制出具有我國(guó)特色的先進(jìn)播種機(jī)。3.1加大大中型播種機(jī)的研制和開發(fā) 要想盡快縮小我國(guó)馬鈴薯等農(nóng)作物的單產(chǎn)與國(guó)外水平的差距，大中型播種機(jī)將起到至關(guān)重要的作用。我國(guó)的幾大平原地勢(shì)平坦，比較適合大中型播種機(jī)的推廣和應(yīng)用。大中型播種機(jī)械除了可以節(jié)約人力，提高工作效率外還能減少種子的損傷率和漏種率，而且大中型播種機(jī)都是朝著聯(lián)合作業(yè)和直接播種技術(shù)的方向發(fā)展，這種機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)在于：一次可以完成多項(xiàng)作業(yè)，作業(yè)效率高；保證及時(shí)播種，提高產(chǎn)量；節(jié)約能源，降低成本。3.2采用新的排種原理和排種裝置 排種裝置是播種機(jī)最關(guān)鍵的部件，先進(jìn)的排種器和排種原理對(duì)播種機(jī)的效率的提高有著很重要的作用，迄今為止，我國(guó)學(xué)者幾乎涉獵了世界上所有的排種器：如外槽輪式排種器、離心式排種器、各種圓盤式排種器等，而具有我國(guó)獨(dú)創(chuàng)特色的窩眼輪式排種器、紋盤式排種器、錐盤式精量排種器也獲得了廣泛的應(yīng)用，但是在馬鈴薯播種機(jī)上，先進(jìn)的排種器和排種方式依然制約播種機(jī)效率的一個(gè)瓶頸。因此在已經(jīng)解決種子和播種方式的情況下研制相應(yīng)的播種機(jī)顯得是關(guān)重要。顯然，在排種器方面，我國(guó)應(yīng)該朝著氣流輸送式條播排種器、孔帶式精密排種器、氣力式精密排種器以及傾斜圓盤指夾式排種器的方向發(fā)展。新的排種原理包括氣力式排種原理和機(jī)械式排種原理也應(yīng)得到廣泛的采用（陳興田，1999）。4. 小結(jié)一個(gè)比較先進(jìn)的播種機(jī)主要取決于其幾個(gè)關(guān)鍵的部件，如：開溝器、仿形機(jī)構(gòu)、覆土器以及排種器。尤其是排種器在整個(gè)播種機(jī)結(jié)構(gòu)中顯得尤為重要，排種器的好壞直接關(guān)系到播種機(jī)的播種效率，因此，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外播種機(jī)研制的重點(diǎn)依舊是放在排種器的研制上。我國(guó)在這方面也有不少的研究，尤其在氣吸式排種器，窩眼式排種器還有氣力式排種器的研究上有了一定的突破，但是和國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距，因此，我國(guó)還必須加大研制的力度。新型馬鈴薯已經(jīng)研制成功并將實(shí)現(xiàn)大力推廣，在將來(lái)的幾年內(nèi)，相應(yīng)的馬鈴薯播種機(jī)將對(duì)這種新型馬鈴薯的推廣起到極大的推動(dòng)作用。新型的馬鈴薯將徹底改變傳統(tǒng)的馬鈴薯塊莖式播種方式，其播種方式將和玉米，油菜籽等顆粒的播種方式更為相似，但還是存在很多不同的地方，因此不能直接選用像玉米播種機(jī)或者油菜籽播種機(jī)這些現(xiàn)成的播種機(jī)型。由于現(xiàn)目前新型馬鈴薯還沒有開始實(shí)現(xiàn)大面積推廣，相應(yīng)的馬鈴薯播種機(jī)具還是一片空白?；诖耍瑢?duì)現(xiàn)有的馬鈴薯播種機(jī)和其余各類顆粒式播種機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種適合新型馬鈴薯的機(jī)械式或者氣吸式播種機(jī)就成了當(dāng)前以及未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)播種機(jī)的研制方向，同時(shí)研制的重點(diǎn)也將放在馬鈴薯播種機(jī)的排種器的研制上。參考文獻(xiàn)：1 李寶筏農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 20032 朱秉蘭簡(jiǎn)明農(nóng)機(jī)手冊(cè)鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，20013 張波屏編譯播種機(jī)械設(shè)計(jì)原理北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19824 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