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1、 畢業(yè)設計外文資料翻譯 學 院：機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 姓 名：馬云 學 號：13050167 外文出處：Research Paper: AE—Automation and (用外文寫) Emerging Technologies 附

2、 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 所選外文資料與設計課題相關性較好,對畢業(yè)設計有一定的幫助,語句比較通順,個別專業(yè)詞匯翻譯不準確。 簽名： 年 月 日 附件1：外文資料翻譯譯文 研究論文：AE自動化和新興技術 設計一種低成本氣動育苗插頭托盤播種機 B.B.蓋克瓦德 ，N.P.S. 西羅希 農業(yè)工程司，印度農業(yè)研究所，新德里110 012，印度 文章日期： 收稿2006年10

3、月26日 接受2007年10月22日 上傳2007年12月31日 文章簡要 在插頭托盤中手動放入和播種小的蔬菜種子是緩慢的勞動密集型操作，限制了印度蔬菜苗的生產能力。由于具有高成本大容量進口播種機并沒有被苗木種植者采用。這項研究的目的是開發(fā)精密插頭托盤播種機，使用現(xiàn)有材料和現(xiàn)成的可用標準組件?；谠趯嶒炇覍嶒炛蝎@得的設計參數(shù)，制造原型氣動播種機，并測試其在塞盤中播種辣椒和西紅柿的性能。播種機可以在插頭托盤中縮進一個單元格，并同時將單個種子放入縮進的單元格中。播種機可以在4.91和3.92kPa的吸入壓力以及0.46和0.49mm的噴嘴直徑下較好工作，在辣椒和番茄的情況下可實現(xiàn)超過90％

4、的單種子播種。播種機的容量取決于所使用的托盤尺寸，托盤尺寸在38,000和60,000cells -1之間。使用原型精密插塞播種機播種1000個種子的總成本是1.56盧比（0.034美元），這只是手工播種估計成本的15.27％。 1 引言 印度是世界上第二大蔬菜生產國，估計630萬公頃土地年產量為9940萬噸，約占世界蔬菜生產總產量的12％（經濟調查 - 印度2005-06）。蔬菜栽培區(qū)域的主要方式是昂貴的撒播，但是產量更高，質量較好大部分（83％）的植物移植來自三個作物，即番茄（45％），辣椒（28％）和卷心菜（10％）（Vavrina和Summer- hill，1992）。鑒于這些種子

5、的高成本，有必要在空曠田地中實現(xiàn)最大化的育秧和無病苗移植。在插盤（或托盤）中育苗是實現(xiàn)這一要求的一種技術。因為它對種植者和企業(yè)家都有明顯的優(yōu)點這種技術在印度的農業(yè)企業(yè)正迅速崛起。塞盤裝有無土基質，由可可泥和蛭石組成，一個種子被手動放置在每個格子中。 然而，在每個單元格中放置單個種子是勞動密集型的操作。需要大約8個工時來播種100個插頭托盤用于培植9800個苗。因為缺少勞動力這限制了大多數(shù)蔬菜苗圃的生產能力。在旺季，體力勞動幾乎不能滿足培育蔬菜苗的要求。因此，插塞盤的接種操作的機械化是增強印度迅速擴大的苗圃工業(yè)的能力所必需的。 塞子托盤的精確播種需要從料斗中挑取單個種子并且單獨放置在每個單元中

6、。 世界各地的研究人員已經廣泛研究了種子的單種化，并且已經為不同作物開發(fā)了具有設計變化的大量精確播種系統(tǒng)。Hanacek等人（1984）設計了一種用于高密度塞盤的單粒種子器，能夠分離橢球形種子，但是它不能分割不規(guī)則形狀的種子?，斎穑?991）開發(fā)了一種用于插頭平板的真空種植模板，其包括兩片3mm-mm丙烯酸塑料，切割成種子平面的矩形尺寸，并且在其上鉆出孔以拾取種子。陳等人（1993）開發(fā)了一種適用于扁平和球形種子的蔬菜作物種植的多用途真空種植機。 據報道，多用途真空種子種植機比人工種植快36倍。 Zigmanov（1997）研究了將18個蔬菜作物的種子機械播種到容器中的效率，并且得出結論，影響

7、播種效率的因素是真空度，噴嘴直徑，將噴嘴插入容納種子的容器中的方法 ，種子的形狀以及種子整理的程度，例如清潔度，施膠，表面拋光和造粒。金等人 （2003）開發(fā)了一種用于播種水果，蔬菜和砧木的大種子的自動化真空噴嘴播種機。 他們報道，獲得高播種速率的重要操作因素通常是噴嘴直徑和吸入真空壓力。胡等人（2003）開發(fā)了一種用于插播幼苗的磁性精確播種機，其拾取用磁粉涂覆的種子。 通過調整磁場來控制通過磁頭拾取的種子的數(shù)量以及進行種子分離。Rathinakumari 等人（2005）專門為小蔬菜苗木種植者開發(fā)了一種其容量為50-100plug-traysh -1盤式真空播種機。據報道49.03kPa的抽

8、吸壓力足以將種子分離。他們還開發(fā)了一種旋轉真空滾筒播種機，噴嘴孔直徑為0.5mm，吸入壓力為49.03kPa。 迄今為止，在印度沒有提供用于苗圃插盤的本地生產的機械播種機。 苗圃種植者因為成本高并且不經濟的生產規(guī)模沒有采用進口播種機。 為了提高苗圃的能力，減少高峰時期人力的依賴，需要開發(fā)一種低成本的精確播種機，可以在高播種率下精確播種單一種子。鑒于上述，本研究旨在使用本地材料和現(xiàn)成的標準組件來開發(fā)精確播種機，用于在一個完整托盤或其一部分中一次或批次精確播種蔬菜種子。 由于小種子更難以單?；谌P中手工播種，因此選擇辣椒和番茄種子來建立設計實驗并測試。 2 材料和方法 2.1 實驗室實驗

9、 實驗首先在實驗室中進行，以確定辣椒和番茄種子的相關物理性質，即大小，形狀，重量，末端速度和最小攜帶速度。 開發(fā)了基于真空的實驗種子單元化單元，以獲得辣椒和番茄種子單個種子拾取的設計和操作參數(shù)。 實驗室研究的實驗計劃在表2中給出。 建立噴嘴組件用于接種的最小停留時間（MRT）。 MRT是噴嘴在種子托盤上方保持靜止以拾取單個種子的最小時間。使用數(shù)字照相機以25幀/1s的速率捕獲噴嘴從種子托盤拾取單個種子的動作，并且分析確定種子從托盤移動到噴嘴尖端所需的時間。 2.2 設計注意事項 基于在實驗室實驗中獲得的吸入壓力，噴嘴尺寸和MRT的最佳值，設計和制造插塞播種機的原型。 種子設計的基本考慮

10、因素是成本，操作的簡便性，便攜性以及現(xiàn)成組件的使用以及當?shù)胤N子的能力，種子單粒化的方法，功能部件的運動學和人體工程學。 一些商業(yè)苗圃的調查顯示，來自平均規(guī)模苗圃的蔬菜幼苗旺季需求量為每天約10萬株幼苗，但預計在不久的將來將增加一倍。 通過假設每天運行4小時接種總共有20萬個單元格的塞子盤來確定播種機的輸出容量。 基于文獻綜述，選擇使用適當尺寸的噴嘴針對單個種子的氣動單?；鳛樵O計原理。 為了最小化成本，選擇現(xiàn)成的機電組件，如真空泵，電磁閥，驅動系統(tǒng)，噴嘴，種子管，分度帶等。設計并制造非現(xiàn)有的組件?；诓僮鞯娜菀仔哉{整不同組件的布置和匹配獲得匹配兼容性。 在完成設計之前，先考慮人體工程學方面的

11、問題。 托盤平臺的總高度保持為770mm，使得托盤可以由坐在椅子上或可能站立的平均印度身高男性放置在分度帶上。 不同的控制開關和閥安裝在操作者可觸及的范圍內。 不同功能部件的時間和運動同步按以下順序進行： （a） 將第一排插頭托盤單元正好放置在縮進組件的下方。 （b） 一次縮進一排托盤單元。 （c） 提供機器和操作設計參數(shù)的組合，即噴嘴尺寸，吸入壓力，種子拾取高度，最小停留時間和用于單個種子拾取的種子托盤的振動。 （d） 從種子盤中挑出種子并將其從噴嘴釋放到種子管中以放置在塞盤式單元中。 （e） 索引穴盤至穴盤中只有一個行寬。 （f） 確保當插頭托盤未放置在種子托盤組件下方時，不會

12、取出種子。 從（b）到（e）的活動順序是在以60轉/分鐘的速度運行的驅動電動機的一次旋轉中完成的，其中此生產能力的播種機可用于接種一排插塞盤持續(xù)時間僅為1.08s。 所有功能元件的運動動畫使用“ProE Mechanica”軟件（PTC，USA）進行，以在制造播種機之前檢查功能部件的時間同步。 2.3 功能元件的設計 播種機包括不同元件，其功能相互進行協(xié)調，以實現(xiàn)期望的輸出。 這些是蘇格蘭軛機構（SYM），壓印組件（IA），噴嘴組件（NA），振動種子盤（VST），種子管組件（STA）和托盤分度機構（TIM）。通過改變噴嘴直徑，吸入壓力方便的改變種子拾取高度和種子托盤的振動頻率。

13、播種機的裝配圖如圖1所示，完成播種機在圖2的照片。表1給出了零件清單。 2.3.1 蘇格蘭軛機構 這種機制的目的是要獲得一個精確的正弦，在軛輸入恒量旋轉使曲柄臂獲得穩(wěn)定往復的諧波運動。 它由驅動軸，曲柄臂，曲軸，軛，連桿，襯套，連接臂和外殼組成。 選擇旋轉臂和軛的尺寸以獲得60mm的垂直行程長度。這是為了在曲柄臂的半圈中實現(xiàn)噴嘴組件的40mm的對角運動。 剩余的20mm移動提供4 / 12s的停留時間以便于從托盤拾取種子，并且在曲柄臂2 / 12s一轉中從噴嘴釋放種子。 兩個SYM設置在播種機的兩側并通過軸連接以傳遞旋轉運動，以便將平衡的驅動力傳遞到縮進組件。在兩個SYM中，擁有一個具有

14、彼此平行另一個垂直放置的兩個磁軛，使得它提供具有901的相位差的垂直和水平往復諧波運動。水平往復運動操作托盤分度機構。由60毫伏/ min -1，2Nm直接耦合的同步電動機給出對SYM的旋轉輸入運動。 2.3.2 縮進機制 這種機制在單位時間作出插頭托盤的一個行的單元格縮進。 SYM連桿的垂直往復運動用于制造縮進的縮進機構。 將由20mm直徑的尼龍棒制成的縮進釘以與插塞盤單元相同的間距安裝在木制棒上。不用使用用于不同托盤尺寸的工具就可以很容易的替換AI。確定縮進釘進入生長培養(yǎng)基中至最大播種深度為15mm所需的力。 將靜態(tài)重物添加在縮進組件上，直到縮進釘在塞盤托盤單元中的基底介質中穿透到1

15、5mm的深度。確定同時縮進15個單元需要23N的總力。 這些數(shù)據用于計算SYM驅動軸上的扭矩需求。 正視圖 側視圖 所有尺寸是mm 圖1 原型穴盤播種機示意圖。 2.3.3 噴嘴組件 這種組件是通過24個噴嘴以所需間距安裝在20*20mm 2的鋁空心桿上而制成的。 在市場上可獲得的整個托盤尺寸中，一次播種的288個單

16、元（24×12）的噴射器延其長度最大具有21.25mm的間距。 因此，噴嘴的間距保持等于21.25mm。此外還安裝了用于噴 圖2 原型穴盤精密播種機。 表1 原型穴盤精密播種機的零件 序號 零件名稱 1 交流同步電機 2 縮進總成（IA） 3 蘇格蘭軛機構（SYM） 4 噴嘴組件（NA） 5 電磁操作氣流方向控制閥 6 種子收集單元 7 控制面板 8 手推車總成 9

17、 振動種子托盤（VST） 10 SYM的軛和手臂 11 輸送帶 12 噴嘴裝配導軌 13 縮進裝配指南 14 種子管組件（STA） 15 托盤分度機構（TIM） 16 車輪 嘴組件的定位系統(tǒng)，以便于噴嘴從種子托盤拾取的種子移動到種子管。 通過在滑輪上滑動的柔性尼龍繩的幫助，將壓縮組件的垂直向下運動轉換為噴嘴組件的對角向上運動。噴嘴組件安裝彈簧以便于其縮回到初始位置。 2.3.4 種子分離和拾取系統(tǒng) 通過基于真空的

18、氣動系統(tǒng)實現(xiàn)種子的分離和通過噴嘴的拾取。 它由抽吸泵，壓力調節(jié)閥，電磁操作的氣流方向閥和空氣管組成。 氣動系統(tǒng)被設計為在噴嘴處獲得7.84kPa的最大吸力。 通過應用氣流平衡方程和伯努利定律來確定端口直徑設計具有兩個入口和三個出口的五端口雙向閥。 2.3.5 振動種子托盤 設計種子托盤應考慮到播種機的輸出能力，種子的物理性質，托盤材料的振動特性并方便種子的拾取。 它由粉末涂覆的金屬片制成，其尺寸足以儲存用于播種機連續(xù)操作15分鐘的單層小種子，例如辣椒和番茄。托盤的頸圈與水平面彎曲成441°的角度，使得種子可以容易地被噴嘴尖端拾取而不受種子管的阻礙。 不穩(wěn)定12V直流電機用于在托盤中產生振動

19、。 種子托盤的振動頻率通過使用振動控制單元調節(jié)電機軸的旋轉速度來控制。 托盤可以以期望的角度傾斜，有助于種子向種子拾取位置緩慢移動。 2.3.6 托盤分度機構 這種機制被設計為自動索引穴盤對準單元行下的種子管和縮進釘?shù)臋C構。它由一個，安裝在50mm公稱內徑，間隔1100mm的管輥上的環(huán)形交織塑料帶式輸送機組成。 惰輥是彈簧加載的，以保持皮帶處于適當?shù)膹埩Α?用一塊堅固的G.I.板支撐傳送帶并且在穴盤的重量下檢查其偏轉。單向軸承安裝在驅動輥軸上，以使托盤實現(xiàn)僅在前進方向上的預定移動。 索引的長度可以通過改變在水平連桿的托盤分度器的位置而變化。 驅動輥和單向軸承套的尺寸設計成對于SYM的水平連

20、接桿的60mm行程長度50mm的最大分度長度。 這樣做是為了將扭矩負載均勻地分布在驅動電機上。 2.4 進行播種機試驗 插塞播種機的操作順序如圖3所示。調整穴盤所用種子管組件，導軌和插頭托盤分度長度。 針對種子類型優(yōu)化噴嘴壓合在注射器尖端上的尺寸。 將足夠覆蓋完整單層的種子撒在種子托盤上。將精密插頭播種機連接到230V交流電源。使用放置在控制面板中的振動控制單元來調節(jié)種子托盤振動的頻率，直到獲得均勻的種子層。 調節(jié)吸力壓力控制閥以獲得所使用的種子的指定最佳吸入壓力。填充有無土基材的塞盤放置在傳送帶上，其第一排正好在縮進組件下方。 然后打開控制面板上的電源開關，開始穴盤的播種。 將塞盤一個接

21、一個地放置，其間沒有任何間隙以用于連續(xù)接種。 從機器的另一端收集接種的盤 通過在具有345個單元（15*23）的塞盤中播種番茄和辣椒的單個種子來進行播種機的性能評價。 使用在實驗室研究中優(yōu)化的吸入壓力和噴嘴尺寸用于番茄和辣椒種子的播種。索引長度保持等于30.5毫米的插頭單元間距。 計數(shù)置于每個單元中的種子數(shù)，以計算單粒，雙粒百分比和多粒百分比。 使用統(tǒng)計軟件包SAS進行數(shù)據分析。 將計算的F值與5％顯著性水平的表值進行比較，并在表6中給出。丟失的F值未計算，因為它們是單粒百分比，雙粒百分比和多粒百分比的函數(shù)。 還評估了辣椒和番茄的單?；?，種子利用效率和接種效率方面的性能。 單粒效率是單粒

22、百分比與接種的總細胞百分比的比率。 種子利用效率定義為所有細胞中接種的總細胞與總種子的比率。 播種效率也是挑選的單粒，雙粒和多粒的總百分比。 容量根據每小時播種的活塞盤單元的數(shù)量來確定。 3.結果與討論 實驗室實驗的計劃見表2。在實驗室測試期間，獲得了吸取超過90％辣椒和番茄的單粒種子的吸入壓力和噴嘴尺寸的最佳值（表3）。 發(fā)現(xiàn)用于從種子托盤拾取種子的噴嘴組件的平均MRT小于0.2s。 這些優(yōu)化值用于原型播種機的設計和性能評估。辣椒和番茄種子的P4D3和P3D4設置分別獲得最大效率種子分離。 使用具有345個單元的塞盤，這些優(yōu)化設置下分別操作辣椒和番茄種子的原型播種機。 辣椒和番茄的優(yōu)化

23、處理的性能結果在表4和5中給出。發(fā)現(xiàn)穴盤尺寸為15*23個單元的插塞播種機的接種能力為38,800cells -1。 吸入壓力和噴嘴直徑影響單粒百分比，雙粒百分比和多粒百分比。吸入壓力影響單粒百分比最多，其次是辣椒和番茄種子的噴嘴直徑，從F值可以看出（表6）。 番茄吸入壓力的F值高于辣椒表示這種影響隨著種子尺寸的減小而增加。 因此，為了獲得小種子的最大分離，需要在每次拾取期間以最小波動精確地控制所需的吸入壓力。雙粒的百分比受噴嘴直徑的影響最大，隨后是辣椒的吸入壓力。 在番茄的情況下，雙粒百分比顯著地受到噴嘴直徑的影響。 因此，所有噴嘴的直徑應相同，以使雙粒百分比最小。節(jié)省昂貴的種子用量和減小發(fā)

24、芽后額外植物群體所需的勞力應使多粒種子百分比應最小。吸入壓力對番茄的多粒倍率影響大，但辣椒沒有被明顯影響到。 這可能是由于番茄種子表面上的毛狀涂層導致種子聚集因此挑選了多個種子而不是單個或雙個種子。 噴嘴直徑不顯著影 開始 a b c d 是 否 停止機器 從輸送帶上取下種子塞盤 所有行都下來？ 電磁閥驅動/壓力反轉/種子從噴嘴釋放到種子管中以 放置在插塞盤單元中 穴盤索引準確一行寬度 使得縮進一行來準確地 低于STA 吸引壓力/噴嘴從種子 托盤拾取種子 一次縮進一行托盤單元格 啟動機器 插塞托盤放置在輸送帶上 第一排單元正好 位于壓縮

25、釘下方 噴嘴尺寸，吸入壓力 種子拾取高度，單個種子拾取的種子托盤振動 托盤分度長度等的初始調整 插塞托盤放置在輸送帶上 第一排單元正好位于壓縮釘下方 啟動機器 一次縮進一行托盤單元格 吸引壓力/噴嘴從種子 托盤拾取種子 穴盤索引準確一行寬度 使得縮進一行來準確地低于STA 電磁閥驅動/壓力反轉/種子從 噴嘴釋放到種子管中以放置 在插塞盤單元中 所有行都下來？ 從輸送帶上取下種子塞盤 停止機器

26、 曲柄旋轉（deg） NA IA 托盤 位移（mm） 壓力電磁閥 圖. 3 - 插塞播種機的操作順序; IA，壓縮裝配; NA， 噴嘴組件; STA，種子管組件。 響辣椒和番茄的挑選多粒種子百分比。觀察顯示分離出多粒種子的種子大小低于平均種子大小。還觀察到這些是因為（a）在拾取循

27、環(huán)期間種子托盤中沒有足夠的種子，（b）噴嘴被尺寸不足的種子，灰塵或任何外來物質堵塞，噴嘴不拾取任何種子（c）吸入壓力在吸取循環(huán)期間變化造成的。 因此，通過（a）放置足夠的種子以完全覆蓋種子托盤，（b）設計自清潔噴嘴機構和（c）用機械系統(tǒng)替換螺線管以操作氣流方向閥，可以減少漏失百分比。因此觀察到，讓種子達到期望性能，應具有均勻的尺寸并涂上包被。 表5-精密插頭托盤播種機獲得的效率 序號 種子 單粒效率 種子利用率 播種率 1 辣椒 0.95 0.95 0.98 2 番茄 0.93 0.90

28、 0.97 表2 - 實驗室研究的實驗計劃 序號 名稱 數(shù)據 1 種子類型 s1=辣椒 ，s2=番茄 2 噴嘴內徑，D,mm D1=0.61 ，D2=0.51 D3=0.49， D4=0.46 3 吸入壓力，P，kPa P1 = 1.96, P2 =2.94, P3 =3.92, P4 = 4.90

29、4 重復次數(shù) 3 表3 - 辣椒和番茄種子的吸入壓力和噴嘴尺寸的最佳值 種子類型 吸入壓力（Kpa） 噴嘴尺寸（內徑，mm） 辣椒 4.90 0.49 番茄 3.92 0.46 表4 - 辣椒和番茄種子的原型精密插頭托盤播種機的性能 序號 種子 處理 單粒率% 雙粒率% 多粒率% 丟失率 % 種子覆蓋率% 1 辣椒 P4D3 92.46 5.23

30、 0.00 2.31 97.69 2 番茄 P3D4 90.12 3.75 3.46 3.48 97.33 表6-辣椒和番茄的單粒率，雙粒率和多粒率的F值 相關參數(shù) 種子 變 換 類 型 吸入壓力 噴嘴內徑 單粒率 辣椒 10.57* 5.32*

31、 番茄 14.29* 2.65* 雙粒率 辣椒 4.13* 6.37* 番茄 1.68 3.73* 多粒率 辣椒 0.76 2.29 番茄 12.47* 1.06 有效率5% (F

32、 calc .4F tab. ? (2.84)). 3.1.成本的經濟分析 計算使用精密插塞播種機播種的成本并與相同塔盤的手動播種的成本進行比較。 精密插盤播種機的總成本估計為22,000盧比（476美元）。 對于15?23個單元格的插座盤尺寸，手動和使用精密插塞播種機接種插塞盤價格分別為1225和38,800單元/時。因為用生長介質初始填充塞盤和用蛭石覆蓋種晶盤的所需時間在塞盤的手動播種和機器播種中是常見的，不用于計算該平均性能。人工日工資是100盧比（2.16美元）手工播種工資是每一千單元格10204盧比（22美元）。用精密插頭播種機播種10

33、00個細胞的總成本為1.558盧比（0.034美元），只是人工播種成本的15.27％。 因此，使用精密插頭播種機的播種操作可以每1000個細胞播種節(jié)省8.65盧比（0.187美元）。經計算38,800單元/時效率精密播種機為苗木種植者在69.6小時節(jié)省22,000 盧比(476美元)。 4.結論 （1）設定為P4D3和P3D4分別獲得辣椒和番茄種子最大種子分離。 （2）吸入壓力影響拾取的單粒的百分比明顯大于雙粒的百分比和多粒的百分比。 噴嘴直徑影響拾取的雙粒百分比多于單粒百分比。 使用種子大小分級和種子包被是實現(xiàn)較高的播種單株百分比所必需的。 （3）播種機的輸出容量對于具有24

34、?12個單元的穴盤為38,800單元/時到60,000單元/時。 這一能力足以滿足目前在印度經營的育苗圃的要求。 （4）播種機能夠提高蔬菜苗的產量，節(jié)省勞動力成本。 同樣重要的是，播種機可以用比進口播種機低得多的成本在本地制造。 通過改變噴嘴尺寸和吸入壓力，它也可以適用于其它種子。 致謝 感謝印度農業(yè)研究委員會為進行精確播種機的設計和開發(fā)所提供的資金。 參考文獻 1 蔬菜作物種植用多用途真空種植機. 農業(yè)與林業(yè)學報，42（1），1-18.陳 J M; 余 C C; 雷 J H; 余 J M; 常 C F (1993) 2 美國專利. 專利號4,466,554 漢斯

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