CN109029906B - 一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业机械领域的一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，包括以下：穴盘苗钵体脱盘力的测定，利用力学测试系统，对穴盘苗施加准静态拉拔作用力，测定从穴盘穴孔里将穴盘苗完整取出且松脱穴盘穴孔粘附的最大作用力为穴盘苗钵体脱盘力；气体射流管径的测定，测量整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离，计算确定从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口边缘的最小内切圆直径为气体射流管径；气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定。本发明根据气体射流核心区有效作用来确定顶松穴盘苗钵体所需气压，为气力顶钵技术应用提供可靠理论依据，可用在穴盘苗高效移栽领域。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，尤其涉及一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法。
背景技术
蔬菜、花卉集约化育苗技术快速发展，仅蔬菜年产商品苗达800多亿株以上，我国每年将面临巨大的移栽任务。随着农业劳动力减少和用工成本增大的加剧，激发了机械化移栽技术发展，多种型式由人工喂苗的半自动移栽机已小规模推广应用。近年来，国内多家高校、科研院所开始了自动移栽技术的研究，但还没有成熟的产品。
穴盘幼苗规整地生长在狭小的空间内，受穴孔尺寸和形状的限制，到一定苗龄幼苗根系以穴孔壁为边界盘绕育苗基质体，形成的钵体与穴孔壁建立了粘附力作用。移栽时需要从穴盘里人工拔苗或者利用机械装置自动夹取苗钵，对穴盘苗的拔取是牵动苗钵脱离穴孔壁粘附的过程。如果幼苗盘根不良，或者拔取不当，都可能会造成断钵等取苗不完整现象，达不到育苗移栽的综合效益。Yang等人测试预先放松和未被扰动的穴盘苗，发现预先放松的穴盘苗有较好的取苗效果，取苗成功率最高可达96.3％，相比之下未被扰动的穴盘苗取苗成功率仅为50.9％，可见对待移栽穴盘苗的提前放松能显著提高成功率。基于取苗效率和质量考虑，提出气力顶钵松脱装置，申请号：201610898118.X和201621123881.7。但是我国育苗穴盘一般用聚苯乙烯材料经注塑加工制成，0.6mm～1mm厚，属于软盘。由于制造工艺差异，穴盘外形尺寸标准，但穴孔大小和排水口尺寸不一，利用气嘴直接从穴盘底部较小的排水口顶钵需要较高的定位精度，否则容易顶不出苗钵而发生顶盘现象。此外，在使用中确定需要气嘴用于气力顶钵的气流压力靠工程经验判断，没有科学依据。因此，有必要进一步研究确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，先测定穴盘苗钵体脱盘力，再测定气体射流管径，根据亚声速自由气体射流动力学原理，计算确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压。本发明根据气体射流核心区有效作用来确定顶松穴盘苗钵体所需气压，为气力顶钵技术应用提供可靠理论依据，可用在穴盘苗高效移栽领域。
本发明的技术方案是：一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，包括以下步骤：
穴盘苗钵体脱盘力的测定，利用力学测试系统，对穴盘苗施加准静态拉拔作用力，测定从穴盘穴孔里将穴盘苗完整取出且松脱穴盘穴孔粘附的最大作用力为穴盘苗钵体脱盘力；
气体射流管径的测定，测量整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离，计算确定从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口边缘的最小内切圆直径为气体射流管径；
气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定，根据亚声速自由气体射流动力学原理，计算气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压。
上述方案中，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定具体计算公式为：
FL＝MAX(F1,F2,...,Fn) 公式一
公式一中，MAX函数为求最大值函数，
FL为穴盘苗钵体脱盘力，
F1为第1个穴盘苗钵体脱盘力，
F2为第2个穴盘苗钵体脱盘力，
Fn为第n个穴盘苗钵体脱盘力，
n为测定穴盘苗钵体脱盘力的总个数。
上述方案中，所述气体射流管径的测定具体计算公式为：
公式二中，MIN函数为求最小值函数，
D0为气体射流管径，
D为穴盘穴孔底部排水口，
ρ1为第1个穴孔底部排水口偏心距离，所述偏心距离为穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离，
ρ2为第2个穴孔底部排水口偏心距离，
ρi为第i个穴孔底部排水口偏心距离，
i为测定的总个数。
上述方案中，所述气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压具体计算公式为：
公式三中，P0为气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压，
FL为穴盘苗钵体脱盘力，
D0为气体射流管径，
h为从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离。
上述方案中，所述从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离h小于气体射流初始段核心区长度，具体计算公式为：
公式四中，h为从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离；
D0为气体射流管径。
上述方案中，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定是基于随机抽样法进行的。
上述方案中，所述力学测试系统是万能试验机或质构仪中力学测试科学仪器。
上述方案中，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定中对穴盘苗施加准静态拉拔作用力是基于拉伸试验进行的。
上述方案中，所述气体射流管径的测定中对整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离的测量，是通过先绘制出穴孔对称中心点，再用定心尺标注出穴孔底部排水口圆心点位置，最后测量得到每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离。
上述方案中，所述气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定是基于亚声速自由气体射流核心区气流速度均匀一致且气流方向垂直于穴盘苗钵体底平面来推算的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.已有的气力顶钵松脱装置，采用与穴盘穴孔排水口的边缘尺寸一致的气嘴顶吹穴盘苗钵体易发生顶盘，对气嘴压力的确定依据工程经验，使得气力顶钵出现顶而不松的现象。本发明根据气体射流核心区有效作用来确定顶松穴盘苗钵体所需气压，为气力顶钵技术应用提供可靠理论依据。
2.本发明通过穴盘苗钵体脱盘力的测定，只要满足最大脱盘力顶松，其他的穴盘苗都可以顶松。
3.本发明气体射流管径的测定，是一种有效的测算方法，既能有效顶钵，又不顶盘，基于这样的原则，确定从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口边缘的最小内切圆直径为气体射流管径。
4.本发明所需气压的确定是基于亚声速自由气体射流动力学理论来推算的，计算结构更加准确。
5.本发明从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离小于气体射流初始段核心区长度，可以使气体射流冲击力有效作用穴盘苗钵体而松脱穴盘穴孔粘附。
附图说明
图1是本发明一实施方式的穴盘苗钵体脱盘试验力-位移曲线图。
图2是本发明一实施方式的第i个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离测量示意图。
图3是本发明一实施方式的气力顶钵中气体射流结构示意图。
具体实施方式
下面以确定气体射流顶松128孔黄瓜穴盘苗钵体所需气压为例，详细介绍本发明一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，包括看一下步骤：
穴盘苗钵体脱盘力的测定：128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘力的测定，将128孔黄瓜穴盘苗整盘平直紧固在WDW350005微控电子万能试验机测试平台上，利用夹具夹住待测第1个128孔黄瓜穴盘苗的幼苗植株，以准静态速度对128孔黄瓜穴盘苗施加拉拔作用力，得到从穴盘穴孔里将128孔黄瓜穴盘苗完整取出且松脱穴盘穴孔粘附的128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘试验力-位移曲线图，如图1所示，对所获试验力-位移曲线图分析，得到最大试验力Fmax为第1个128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘力F1，
如此反复，采用简单随机抽样法，测试10个从穴盘穴孔里将128孔黄瓜穴盘苗完整取出且松脱穴盘穴孔粘附的128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘试验力-位移曲线图，分析得到每个128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘力，记录为表1所示，
表1所测10个128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘力数据(单位：N)
经比较，得到所测10个128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘试验力中最大值为2.86N，于是所测128孔黄瓜穴盘苗钵体脱盘力FL为2.86N；
气体射流管径的测定：如图2所示，穴孔底部排水口是图2中划线的大圆，由于制造工艺限制，加工后一般是偏离穴孔对称中心点的，要测算出偏离距离。图2中的D是穴盘穴孔底部排水口直径。对所用128孔穴盘按行按列的每一个穴孔，先绘制出穴孔对称中心点A，再用定心尺标注出穴孔底部排水口圆心点B的位置，最后测量得到每一个穴孔上从穴孔对称中心点A到穴孔底部排水口圆心点B的距离，即穴孔底部排水口偏心距离，记为ρi，i为测定的个数，于是得到整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点A到穴孔底部排水口圆心点B的距离，记录如表2所示。
表2所测128孔穴盘穴孔底部排水口偏心距离数据(单位：mm)
经比较，得到128孔穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离的最大值为1.00mm，穴盘穴孔底部排水口直径为7mm，于是根据公式二计算确定从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口边缘的最小内切圆直径为5mm，即为气体射流管径D0，
气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定：设计气体射流口垂直于穴盘穴孔底平面且紧密接触所用128孔穴盘穴孔壁，则从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离h为所用128孔穴盘穴孔壁厚1mm，气力顶钵中气体射流结构如图3所示，O为射流极点，于是根据公式三计算气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压为：
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
穴盘苗钵体脱盘力的测定，利用力学测试系统，对穴盘苗施加准静态拉拔作用力，测定从穴盘穴孔里将穴盘苗完整取出且松脱穴盘穴孔粘附的最大作用力为穴盘苗钵体脱盘力，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定中对穴盘苗施加准静态拉拔作用力是基于拉伸试验进行的；
气体射流管径的测定，测量整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离，计算确定从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口边缘的最小内切圆直径为气体射流管径，所述气体射流管径的测定中对整个穴盘内每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离的测量，是通过先绘制出穴孔对称中心点，再用定心尺标注出穴孔底部排水口圆心点位置，最后测量得到每一个穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离；所述气体射流管径的测定具体计算公式为：
公式二中，MIN函数为求最小值函数，
D0为气体射流管径，
D为穴盘穴孔底部排水口，
ρ1为第1个穴孔底部排水口偏心距离，所述偏心距离为穴孔上从穴孔对称中心点到穴孔底部排水口圆心点的距离，
ρ2为第2个穴孔底部排水口偏心距离，
ρi为第i个穴孔底部排水口偏心距离，
i为测定的总个数；
气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定，根据亚声速自由气体射流动力学原理，计算气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压，所述气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的确定是基于亚声速自由气体射流核心区气流速度均匀一致且气流方向垂直于穴盘苗钵体底平面来推算的；
所述气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压具体计算公式为：
公式三中，P0为气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压，
FL为穴盘苗钵体脱盘力，
D0为气体射流管径，
h为从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离。
2.根据权利要求1所述一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，其特征在于，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定具体计算公式为：
FL＝MAX(F1,F2,...,Fn) 公式一
公式一中，MAX函数为求最大值函数，
FL为穴盘苗钵体脱盘力，
F1为第1个穴盘苗钵体脱盘力，
F2为第2个穴盘苗钵体脱盘力，
Fn为第n个穴盘苗钵体脱盘力，
n为测定穴盘苗钵体脱盘力的总个数。
3.根据权利要求1所述一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，其特征在于，所述从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离h小于气体射流初始段核心区长度，具体计算公式为：
公式四中，h为从气体射流口到穴盘苗底部钵体的距离；
D0为气体射流管径。
4.根据权利要求1所述一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，其特征在于，所述穴盘苗钵体脱盘力的测定是基于随机抽样法进行的。
5.根据权利要求1所述一种确定气体射流顶松穴盘苗钵体所需气压的方法，其特征在于，所述力学测试系统是万能试验机或质构仪中力学测试科学仪器。
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