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毕业设计外文资料翻译学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 姓 名：马云 学 号：13050167 外文出处：Research Paper: AEAutomation and (用外文写) Emerging Technologies 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：所选外文资料与设计课题相关性较好,对毕业设计有一定的帮助,语句比较通顺,个别专业词汇翻译不准确。 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文研究论文：AE自动化和新兴技术设计一种低成本气动育苗插头托盘播种机B.B.盖克瓦德 ，N.P.S. 西罗希农业工程司，印度农业研究所，新德里110 012，印度文章日期：收稿2006年10月26日接受2007年10月22日上传2007年12月31日文章简要在插头托盘中手动放入和播种小的蔬菜种子是缓慢的劳动密集型操作，限制了印度蔬菜苗的生产能力。由于具有高成本大容量进口播种机并没有被苗木种植者采用。这项研究的目的是开发精密插头托盘播种机，使用现有材料和现成的可用标准组件。基于在实验室实验中获得的设计参数，制造原型气动播种机，并测试其在塞盘中播种辣椒和西红柿的性能。播种机可以在插头托盘中缩进一个单元格，并同时将单个种子放入缩进的单元格中。播种机可以在4.91和3.92kPa的吸入压力以及0.46和0.49mm的喷嘴直径下较好工作，在辣椒和番茄的情况下可实现超过90的单种子播种。播种机的容量取决于所使用的托盘尺寸，托盘尺寸在38,000和60,000cells -1之间。使用原型精密插塞播种机播种1000个种子的总成本是1.56卢比（0.034美元），这只是手工播种估计成本的15.27。1 引言印度是世界上第二大蔬菜生产国，估计630万公顷土地年产量为9940万吨，约占世界蔬菜生产总产量的12（经济调查 - 印度2005-06）。蔬菜栽培区域的主要方式是昂贵的撒播，但是产量更高，质量较好大部分（83）的植物移植来自三个作物，即番茄（45），辣椒（28）和卷心菜（10）（Vavrina和Summer- hill，1992）。鉴于这些种子的高成本，有必要在空旷田地中实现最大化的育秧和无病苗移植。在插盘（或托盘）中育苗是实现这一要求的一种技术。因为它对种植者和企业家都有明显的优点这种技术在印度的农业企业正迅速崛起。塞盘装有无土基质，由可可泥和蛭石组成，一个种子被手动放置在每个格子中。 然而，在每个单元格中放置单个种子是劳动密集型的操作。需要大约8个工时来播种100个插头托盘用于培植9800个苗。因为缺少劳动力这限制了大多数蔬菜苗圃的生产能力。在旺季，体力劳动几乎不能满足培育蔬菜苗的要求。因此，插塞盘的接种操作的机械化是增强印度迅速扩大的苗圃工业的能力所必需的。塞子托盘的精确播种需要从料斗中挑取单个种子并且单独放置在每个单元中。 世界各地的研究人员已经广泛研究了种子的单种化，并且已经为不同作物开发了具有设计变化的大量精确播种系统。Hanacek等人（1984）设计了一种用于高密度塞盘的单粒种子器，能够分离椭球形种子，但是它不能分割不规则形状的种子。玛瑞（1991）开发了一种用于插头平板的真空种植模板，其包括两片3mm-mm丙烯酸塑料，切割成种子平面的矩形尺寸，并且在其上钻出孔以拾取种子。陈等人（1993）开发了一种适用于扁平和球形种子的蔬菜作物种植的多用途真空种植机。 据报道，多用途真空种子种植机比人工种植快36倍。 Zigmanov（1997）研究了将18个蔬菜作物的种子机械播种到容器中的效率，并且得出结论，影响播种效率的因素是真空度，喷嘴直径，将喷嘴插入容纳种子的容器中的方法 ，种子的形状以及种子整理的程度，例如清洁度，施胶，表面抛光和造粒。金等人 （2003）开发了一种用于播种水果，蔬菜和砧木的大种子的自动化真空喷嘴播种机。 他们报道，获得高播种速率的重要操作因素通常是喷嘴直径和吸入真空压力。胡等人（2003）开发了一种用于插播幼苗的磁性精确播种机，其拾取用磁粉涂覆的种子。 通过调整磁场来控制通过磁头拾取的种子的数量以及进行种子分离。Rathinakumari 等人（2005）专门为小蔬菜苗木种植者开发了一种其容量为50-100plug-traysh -1盘式真空播种机。据报道49.03kPa的抽吸压力足以将种子分离。他们还开发了一种旋转真空滚筒播种机，喷嘴孔直径为0.5mm，吸入压力为49.03kPa。迄今为止，在印度没有提供用于苗圃插盘的本地生产的机械播种机。 苗圃种植者因为成本高并且不经济的生产规模没有采用进口播种机。 为了提高苗圃的能力，减少高峰时期人力的依赖，需要开发一种低成本的精确播种机，可以在高播种率下精确播种单一种子。鉴于上述，本研究旨在使用本地材料和现成的标准组件来开发精确播种机，用于在一个完整托盘或其一部分中一次或批次精确播种蔬菜种子。 由于小种子更难以单粒化在塞盘中手工播种，因此选择辣椒和番茄种子来建立设计实验并测试。2 材料和方法2.1 实验室实验实验首先在实验室中进行，以确定辣椒和番茄种子的相关物理性质，即大小，形状，重量，末端速度和最小携带速度。 开发了基于真空的实验种子单元化单元，以获得辣椒和番茄种子单个种子拾取的设计和操作参数。 实验室研究的实验计划在表2中给出。建立喷嘴组件用于接种的最小停留时间（MRT）。 MRT是喷嘴在种子托盘上方保持静止以拾取单个种子的最小时间。使用数字照相机以25帧/1s的速率捕获喷嘴从种子托盘拾取单个种子的动作，并且分析确定种子从托盘移动到喷嘴尖端所需的时间。2.2 设计注意事项基于在实验室实验中获得的吸入压力，喷嘴尺寸和MRT的最佳值，设计和制造插塞播种机的原型。 种子设计的基本考虑因素是成本，操作的简便性，便携性以及现成组件的使用以及当地种子的能力，种子单粒化的方法，功能部件的运动学和人体工程学。一些商业苗圃的调查显示，来自平均规模苗圃的蔬菜幼苗旺季需求量为每天约10万株幼苗，但预计在不久的将来将增加一倍。 通过假设每天运行4小时接种总共有20万个单元格的塞子盘来确定播种机的输出容量。 基于文献综述，选择使用适当尺寸的喷嘴针对单个种子的气动单粒化作为设计原理。 为了最小化成本，选择现成的机电组件，如真空泵，电磁阀，驱动系统，喷嘴，种子管，分度带等。设计并制造非现有的组件。基于操作的容易性调整不同组件的布置和匹配获得匹配兼容性。 在完成设计之前，先考虑人体工程学方面的问题。 托盘平台的总高度保持为770mm，使得托盘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带上。 不同的控制开关和阀安装在操作者可触及的范围内。 不同功能部件的时间和运动同步按以下顺序进行：（a） 将第一排插头托盘单元正好放置在缩进组件的下方。（b） 一次缩进一排托盘单元。（c） 提供机器和操作设计参数的组合，即喷嘴尺寸，吸入压力，种子拾取高度，最小停留时间和用于单个种子拾取的种子托盘的振动。（d） 从种子盘中挑出种子并将其从喷嘴释放到种子管中以放置在塞盘式单元中。（e） 索引穴盘至穴盘中只有一个行宽。（f） 确保当插头托盘未放置在种子托盘组件下方时，不会取出种子。从（b）到（e）的活动顺序是在以60转/分钟的速度运行的驱动电动机的一次旋转中完成的，其中此生产能力的播种机可用于接种一排插塞盘持续时间仅为1.08s。 所有功能元件的运动动画使用“ProE Mechanica”软件（PTC，USA）进行，以在制造播种机之前检查功能部件的时间同步。 2.3 功能元件的设计播种机包括不同元件，其功能相互进行协调，以实现期望的输出。 这些是苏格兰轭机构（SYM），压印组件（IA），喷嘴组件（NA），振动种子盘（VST），种子管组件（STA）和托盘分度机构（TIM）。通过改变喷嘴直径，吸入压力方便的改变种子拾取高度和种子托盘的振动频率。播种机的装配图如图1所示，完成播种机在图2的照片。表1给出了零件清单。2.3.1 苏格兰轭机构这种机制的目的是要获得一个精确的正弦，在轭输入恒量旋转使曲柄臂获得稳定往复的谐波运动。 它由驱动轴，曲柄臂，曲轴，轭，连杆，衬套，连接臂和外壳组成。 选择旋转臂和轭的尺寸以获得60mm的垂直行程长度。这是为了在曲柄臂的半圈中实现喷嘴组件的40mm的对角运动。 剩余的20mm移动提供4 / 12s的停留时间以便于从托盘拾取种子，并且在曲柄臂2 / 12s一转中从喷嘴释放种子。 两个SYM设置在播种机的两侧并通过轴连接以传递旋转运动，以便将平衡的驱动力传递到缩进组件。在两个SYM中，拥有一个具有彼此平行另一个垂直放置的两个磁轭，使得它提供具有901的相位差的垂直和水平往复谐波运动。水平往复运动操作托盘分度机构。由60毫伏/ min -1，2Nm直接耦合的同步电动机给出对SYM的旋转输入运动。2.3.2 缩进机制这种机制在单位时间作出插头托盘的一个行的单元格缩进。 SYM连杆的垂直往复运动用于制造缩进的缩进机构。 将由20mm直径的尼龙棒制成的缩进钉以与插塞盘单元相同的间距安装在木制棒上。不用使用用于不同托盘尺寸的工具就可以很容易的替换AI。确定缩进钉进入生长培养基中至最大播种深度为15mm所需的力。 将静态重物添加在缩进组件上，直到缩进钉在塞盘托盘单元中的基底介质中穿透到15mm的深度。确定同时缩进15个单元需要23N的总力。 这些数据用于计算SYM驱动轴上的扭矩需求。 正视图 侧视图 所有尺寸是mm 图1 原型穴盘播种机示意图。2.3.3 喷嘴组件这种组件是通过24个喷嘴以所需间距安装在20*20mm 2的铝空心杆上而制成的。 在市场上可获得的整个托盘尺寸中，一次播种的288个单元（2412）的喷射器延其长度最大具有21.25mm的间距。 因此，喷嘴的间距保持等于21.25mm。此外还安装了用于喷 图2 原型穴盘精密播种机。 表1 原型穴盘精密播种机的零件 序号 零件名称1 交流同步电机2 缩进总成（IA）3 苏格兰轭机构（SYM）4 喷嘴组件（NA）5 电磁操作气流方向控制阀6 种子收集单元7 控制面板8 手推车总成9 振动种子托盘（VST）10 SYM的轭和手臂11 输送带12 喷嘴装配导轨13 缩进装配指南14 种子管组件（STA）15 托盘分度机构（TIM）16 车轮嘴组件的定位系统，以便于喷嘴从种子托盘拾取的种子移动到种子管。 通过在滑轮上滑动的柔性尼龙绳的帮助，将压缩组件的垂直向下运动转换为喷嘴组件的对角向上运动。喷嘴组件安装弹簧以便于其缩回到初始位置。2.3.4 种子分离和拾取系统通过基于真空的气动系统实现种子的分离和通过喷嘴的拾取。 它由抽吸泵，压力调节阀，电磁操作的气流方向阀和空气管组成。 气动系统被设计为在喷嘴处获得7.84kPa的最大吸力。 通过应用气流平衡方程和伯努利定律来确定端口直径设计具有两个入口和三个出口的五端口双向阀。2.3.5 振动种子托盘设计种子托盘应考虑到播种机的输出能力，种子的物理性质，托盘材料的振动特性并方便种子的拾取。 它由粉末涂覆的金属片制成，其尺寸足以储存用于播种机连续操作15分钟的单层小种子，例如辣椒和番茄。托盘的颈圈与水平面弯曲成441的角度，使得种子可以容易地被喷嘴尖端拾取而不受种子管的阻碍。 不稳定12V直流电机用于在托盘中产生振动。 种子托盘的振动频率通过使用振动控制单元调节电机轴的旋转速度来控制。 托盘可以以期望的角度倾斜，有助于种子向种子拾取位置缓慢移动。2.3.6 托盘分度机构这种机制被设计为自动索引穴盘对准单元行下的种子管和缩进钉的机构。它由一个，安装在50mm公称内径，间隔1100mm的管辊上的环形交织塑料带式输送机组成。 惰辊是弹簧加载的，以保持皮带处于适当的张力。 用一块坚固的G.I.板支撑传送带并且在穴盘的重量下检查其偏转。单向轴承安装在驱动辊轴上，以使托盘实现仅在前进方向上的预定移动。 索引的长度可以通过改变在水平连杆的托盘分度器的位置而变化。 驱动辊和单向轴承套的尺寸设计成对于SYM的水平连接杆的60mm行程长度50mm的最大分度长度。 这样做是为了将扭矩负载均匀地分布在驱动电机上。2.4 进行播种机试验插塞播种机的操作顺序如图3所示。调整穴盘所用种子管组件，导轨和插头托盘分度长度。 针对种子类型优化喷嘴压合在注射器尖端上的尺寸。 将足够覆盖完整单层的种子撒在种子托盘上。将精密插头播种机连接到230V交流电源。使用放置在控制面板中的振动控制单元来调节种子托盘振动的频率，直到获得均匀的种子层。 调节吸力压力控制阀以获得所使用的种子的指定最佳吸入压力。填充有无土基材的塞盘放置在传送带上，其第一排正好在缩进组件下方。 然后打开控制面板上的电源开关，开始穴盘的播种。 将塞盘一个接一个地放置，其间没有任何间隙以用于连续接种。 从机器的另一端收集接种的盘通过在具有345个单元（15*23）的塞盘中播种番茄和辣椒的单个种子来进行播种机的性能评价。 使用在实验室研究中优化的吸入压力和喷嘴尺寸用于番茄和辣椒种子的播种。索引长度保持等于30.5毫米的插头单元间距。 计数置于每个单元中的种子数，以计算单粒，双粒百分比和多粒百分比。 使用统计软件包SAS进行数据分析。 将计算的F值与5显着性水平的表值进行比较，并在表6中给出。丢失的F值未计算，因为它们是单粒百分比，双粒百分比和多粒百分比的函数。 还评估了辣椒和番茄的单粒化效率，种子利用效率和接种效率方面的性能。 单粒效率是单粒百分比与接种的总细胞百分比的比率。 种子利用效率定义为所有细胞中接种的总细胞与总种子的比率。 播种效率也是挑选的单粒，双粒和多粒的总百分比。 容量根据每小时播种的活塞盘单元的数量来确定。3.结果与讨论实验室实验的计划见表2。在实验室测试期间，获得了吸取超过90辣椒和番茄的单粒种子的吸入压力和喷嘴尺寸的最佳值（表3）。 发现用于从种子托盘拾取种子的喷嘴组件的平均MRT小于0.2s。这些优化值用于原型播种机的设计和性能评估。辣椒和番茄种子的P4D3和P3D4设置分别获得最大效率种子分离。 使用具有345个单元的塞盘，这些优化设置下分别操作辣椒和番茄种子的原型播种机。 辣椒和番茄的优化处理的性能结果在表4和5中给出。发现穴盘尺寸为15*23个单元的插塞播种机的接种能力为38,800cells -1。 吸入压力和喷嘴直径影响单粒百分比，双粒百分比和多粒百分比。吸入压力影响单粒百分比最多，其次是辣椒和番茄种子的喷嘴直径，从F值可以看出（表6）。 番茄吸入压力的F值高于辣椒表示这种影响随着种子尺寸的减小而增加。 因此，为了获得小种子的最大分离，需要在每次拾取期间以最小波动精确地控制所需的吸入压力。双粒的百分比受喷嘴直径的影响最大，随后是辣椒的吸入压力。 在番茄的情况下，双粒百分比显著地受到喷嘴直径的影响。 因此，所有喷嘴的直径应相同，以使双粒百分比最小。节省昂贵的种子用量和减小发芽后额外植物群体所需的劳力应使多粒种子百分比应最小。吸入压力对番茄的多粒倍率影响大，但辣椒没有被明显影响到。 这可能是由于番茄种子表面上的毛状涂层导致种子聚集因此挑选了多个种子而不是单个或双个种子。 喷嘴直径不显著影开始abcd是否停止机器从输送带上取下种子塞盘所有行都下来？电磁阀驱动/压力反转/种子从喷嘴释放到种子管中以放置在插塞盘单元中穴盘索引准确一行宽度使得缩进一行来准确地 低于STA吸引压力/喷嘴从种子托盘拾取种子一次缩进一行托盘单元格启动机器插塞托盘放置在输送带上第一排单元正好位于压缩钉下方喷嘴尺寸，吸入压力种子拾取高度，单个种子拾取的种子托盘振动托盘分度长度等的初始调整插塞托盘放置在输送带上第一排单元正好位于压缩钉下方启动机器一次缩进一行托盘单元格吸引压力/喷嘴从种子托盘拾取种子穴盘索引准确一行宽度使得缩进一行来准确地低于STA电磁阀驱动/压力反转/种子从喷嘴释放到种子管中以放置在插塞盘单元中所有行都下来？从输送带上取下种子塞盘停止机器 曲柄旋转（deg）NAIA托盘位移（mm）压力电磁阀 图. 3 - 插塞播种机的操作顺序; IA，压缩装配; NA， 喷嘴组件; STA，种子管组件。 响辣椒和番茄的挑选多粒种子百分比。观察显示分离出多粒种子的种子大小低于平均种子大小。还观察到这些是因为（a）在拾取循环期间种子托盘中没有足够的种子，（b）喷嘴被尺寸不足的种子，灰尘或任何外来物质堵塞，喷嘴不拾取任何种子（c）吸入压力在吸取循环期间变化造成的。 因此，通过（a）放置足够的种子以完全覆盖种子托盘，（b）设计自清洁喷嘴机构和（c）用机械系统替换螺线管以操作气流方向阀，可以减少漏失百分比。因此观察到，让种子达到期望性能，应具有均匀的尺寸并涂上包被。表5-精密插头托盘播种机获得的效率序号 种子 单粒效率 种子利用率 播种率1 辣椒 0.95 0.95 0.982 番茄 0.93 0.90 0.97表2 - 实验室研究的实验计划序号 名称 数据1 种子类型 s1=辣椒 ，s2=番茄2 喷嘴内径，D,mm D1=0.61 ，D2=0.51 D3=0.49， D4=0.463 吸入压力，P，kPa P1 = 1.96, P2 =2.94, P3 =3.92, P4 = 4.904 重复次数 3表3 - 辣椒和番茄种子的吸入压力和喷嘴尺寸的最佳值种子类型 吸入压力（Kpa） 喷嘴尺寸（内径，mm）辣椒 4.90 0.49番茄 3.92 0.46表4 - 辣椒和番茄种子的原型精密插头托盘播种机的性能序号 种子 处理 单粒率% 双粒率% 多粒率% 丢失率 % 种子覆盖率%1 辣椒 P4D3 92.46 5.23 0.00 2.31 97.692 番茄 P3D4 90.12 3.75 3.46 3.48 97.33表6-辣椒和番茄的单粒率，双粒率和多粒率的F值相关参数 种子 变 换 类 型 吸入压力 喷嘴内径 单粒率 辣椒 10.57* 5.32* 番茄 14.29* 2.65*双粒率 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 calc .4F tab. (2.84).3.1.成本的经济分析计算使用精密插塞播种机播种的成本并与相同塔盘的手动播种的成本进行比较。 精密插盘播种机的总成本估计为22,000卢比（476美元）。 对于1523个单元格的插座盘尺寸，手动和使用精密插塞播种机接种插塞盘价格分别为1225和38,800单元/时。因为用生长介质初始填充塞盘和用蛭石覆盖种晶盘的所需时间在塞盘的手动播种和机器播种中是常见的，不用于计算该平均性能。人工日工资是100卢比（2.16美元）手工播种工资是每一千单元格10204卢比（22美元）。用精密插头播种机播种1000个细胞的总成本为1.558卢比（0.034美元），只是人工播种成本的15.27。 因此，使用精密插头播种机的播种操作可以每1000个细胞播种节省8.65卢比（0.187美元）。经计算38,800单元/时效率精密播种机为苗木种植者在69.6小时节省22,000 卢比(476美元)。4.结论（1）设定为P4D3和P3D4分别获得辣椒和番茄种子最大种子分离。（2）吸入压力影响拾取的单粒的百分比明显大于双粒的百分比和多粒的百分比。 喷嘴直径影响拾取的双粒百分比多于单粒百分比。 使用种子大小分级和种子包被是实现较高的播种单株百分比所必需的。（3）播种机的输出容量对于具有2412个单元的穴盘为38,800单元/时到60,000单元/时。 这一能力足以满足目前在印度经营的育苗圃的要求。（4）播种机能够提高蔬菜苗的产量，节省劳动力成本。 同样重要的是，播种机可以用比进口播种机低得多的成本在本地制造。 通过改变喷嘴尺寸和吸入压力，它也可以适用于其它种子。致谢感谢印度农业研究委员会为进行精确播种机的设计和开发所提供的资金。参考文献1 蔬菜作物种植用多用途真空种植机. 农业与林业学报，42（1），1-18.陈 J M; 余 C C; 雷 J H; 余 J M; 常 C F (1993)2 美国专利. 专利号4,466,554 汉斯科瓦等人（1984）3 插桩幼苗播种机的开发和试验. 中国农业工程学报，19（6），122-125 .Hu J; Hou J; Mao H (2003)4 开发用于黄瓜种子的真空喷嘴播种机（I） - 用于真空播种大尺寸种子的设计因素. 韩国农业机械学报，28（6），525-530。金D E; 常Y S; 金S H; 李G I (2003)5 插头单位的种植模板. 园艺技术，120-121。玛瑞 C W (1991).6 设计开发托盘式真空播种机和托盘式灌装机.应用园艺，勒克瑙，7（1），49-51。瑞斯可玛丽A C; 库马瑞G S; 曼达哈姆S C (2005).7 佛罗里达蔬菜转基因生产者调查，1989 - 1990年.园艺工艺，2（4），480-483。维瑞纳C S; 夏赫尔W (1992)8 机器播种植物种子到容器中的效率（p 92）. 诺维萨德，南斯拉夫.基格马诺P (1997).通讯作者：电子邮件地址：bhaskargaikwad（B.B. 盖克瓦德）。缩写：a.c.，交流;d.c.，直流; G.I.镀锌铁 IA，压痕装配; NA，喷嘴组件; STA，种子管组件; SYM，苏格兰轭机构; TIM，托盘分度机构; VST，振动种子托盘; MRT，最短停留时间。1537-5110 / $ - see front matter2007 IAgrE。发布者爱思唯尔公司对本文章保留所有权利。doi:10.1016/j.biosystemseng.2007.10.017& 2007 IAgrE.。 发布者爱思唯尔公司对本文章保留所有权利。 13
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