【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于马铃薯育种，尤其涉及一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法。
技术介绍
1、我国是马铃薯生产大国，栽种面积和产量居世界首位。但我国的马铃薯没有形成多样的优质品种，选育出抗病虫害等特殊品种的马铃薯尤为重要。我国马铃薯育种起步较晚，研发经费支持不足，由于育种试验中马铃薯收获为单株收获，人工收获费时费力且工作效率低，且在机械化收获过程中马铃薯块茎-根系-土壤团聚体的运动及碎裂等因素的分析欠缺，阻碍了育种试验马铃薯收获机械化技术的进步。在育种试验马铃薯收获方面，一些专家相继进行了研究，主要为收获装置外观的设计，对于机械作业参数的获取没有相关研究，缺乏一种育种试验马铃薯单株完整性建模与机械收获参数获取分析方法，为育种试验马铃薯机械化收获提供理论参考。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出了一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，包括以下过程：
2、步骤1，建立挖掘过程中团聚体-挖掘铲入土角模型；模型自变量为挖掘铲倾角δ1，因变量为马铃薯根系运动状态；以匍匐茎与马铃薯粘结点q为中心点，建立xy轴直角坐标系，依据物理力学和动量定理进行团聚体在xy方向的受力分析，得出xy方向的运动加速度，依据机具额定前进速度，获取影响挖掘过程的挖掘铲入土角范围；
3、步骤2，建立升运过程团聚体振动模型；将升运装置分为团聚体升运阶段pa段、团聚体破碎主要阶段ab段和团聚体与升运链相对静止阶段bc段三个阶段，pa段倾斜角度与挖掘铲入土角δ1相同，依此建立升运
4、步骤3，获取收获作业参数，并分别输入模型；将马铃薯植株的重力、匍匐茎对块茎的拉力、土壤与挖掘铲的摩擦力、块茎与挖掘铲的摩擦力输入团聚体-挖掘铲入土角模型，获取挖掘铲入土角范围；将马铃薯允许在xy轴的允许运动距离、马铃薯质量、pa段倾斜角度和机具额定前进速度输入团聚体振动模型，获取振动装置的振动圆频率和振动幅度。
5、优选的，所述步骤1中，团聚体分别在xy方向的受力方程式如下所示：
6、x方向：
7、y方向：
8、团聚体能量分析，根据能量分析动量分析根据动量定理可得：
9、
10、其中δx∈[0,π]；m0为马铃薯的质量，单位kg；δt为挖掘铲与马铃薯块茎的作用时间，单位s；v0为机具前进速度，单位m·s-1；ax为团聚体在x方向的运动加速度，单位m·s-2；ay为团聚体在y方向的运动加速度，单位m·s-2。
11、优选的，所述步骤2中，包括pa段团聚体根系振动模型建立；团聚体在升运分离装置pa段只受a振动装置的影响，振动装置处为振幅变化最大的位置，以团聚体处于振动装置与输送皮带的接触位置为研究点，即初始位置为振动装置的最低点，当振动装置旋转60°至最高点时，旋转120°为一个周期，周期为2s，振动轴匀角速度转动δθ；输送皮带的振幅为正值，振动方程如公式(4)所示：
12、
13、其中，ωa为a振动装置的圆频率,单位hz；t为运动时间，单位s；ha为a振动装置的振幅，单位m；
14、对上式进行去绝对值处理，去掉绝对值后可得到下式：
15、
16、优选的，所述步骤2中，包括ab段团聚体根系振动模型建立；团聚体在ab段同时受a振动装置和b振动装置的影响，a振动装置与b振动装置通常选取的链轮齿数不同，两振动轴的旋转角速度不同，团聚体在ab段是同方向不同频率的运动；
17、由速度分析可以得到ab段的振动方程如下所示：
18、
19、对上式ab段的振动方程进行去绝对值处理得到下式：
20、
21、式中，ωb为b振动装置的圆频率，单位hz；hb为b振动装置的振幅，单位m。
22、优选的，对马铃薯在上抛过程y方向进行能量分析，满足能量守恒公式:
23、
24、其中，ha为马铃薯运动的高度，单位m；fj为匍匐茎对马铃薯的拉力，单位n；θj为上抛运动开始时与竖直方向的夹角；θta为马铃薯从抛起至速度为0时的夹角；当时，匍匐茎对马铃薯不存在拉力，fj＝0；
25、将y方向的速度vy带入：在k1∈r内马铃薯上升至x轴：
26、
27、匍匐茎在k1∈r内被拉伸；
28、在k1∈r内马铃薯未上升至x轴时：
29、
30、通过上述公式，求得马铃薯块茎的在y方向的抛起距离；其中g为团聚体的重力；m0为马铃薯块茎质量。
31、优选的，由于在x方向马铃薯做变减速运动,根据牛顿第二定律得：
32、gsinδ1-ff-fjsin(θjx+θta+δ1)＝m0ax1 (11)
33、单株马铃薯自身系统遵循能量守恒定律，公式如下所示：
34、
35、其中，la为马铃薯沿x方向运动的距离，单位m；当匍匐茎未被拉伸前，匍匐茎对马铃薯不存在拉力，fj＝0；
36、
37、匍匐茎在k1∈r内被拉伸：
38、
39、vs＝ωr
40、通过上述公式可求得马铃薯块茎在x方向的运动距离；其中ff为马铃薯与栅条间的摩擦力；θjx为马铃薯初始位置与竖直方向的夹角；θta1为马铃薯旋转的角度。
41、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
42、1.本专利技术解决了在育种试验马铃薯机械化收获过程中马铃薯块茎-根系-土壤团聚体的运动及碎裂等因素的分析欠缺，阻碍育种试验马铃薯收获机械化技术的进步的问题，为育种试验马铃薯机械化收获提供了理论参考。
43、2.本专利技术借助建立根系-挖掘铲入土角模型分析了马铃薯植株在收获挖掘阶段的微观运动规律，以及入土角增大时马铃薯、匍匐茎与根系间的不同运动状态，最大程度减少挖掘过程中根系团聚体易破碎、导致单株易混杂和工作效率低等问题。
44、3.本专利技术借助建立根系振动模型分析了马铃薯植株在升运不同阶段的受力、能量碰撞，确定了影响单株完整性的主要影响因素，避免马铃薯植株在升运过程根系的破碎。
45、4.本专利技术减少了由于育种试验马铃薯机械化收获过程中参数选取不当造成根系破碎现象的发生。马铃薯不同品种和收获环境对应在理论分析中的参数不同，收获作业主要参数的范围亦不相同，此方案可根据不同物理参数调节收获作业的主要参数，进一步提高了单株完整率。
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1.一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于，包括以下过程：
2.如权利要求1所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：所述步骤1中，团聚体分别在XY方向的受力方程式如下所示：
3.如权利要求1所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：所述步骤2中，包括PA段团聚体根系振动模型建立；团聚体在升运分离装置PA段只受A振动装置的影响，振动装置处为振幅变化最大的位置，以团聚体处于振动装置与输送皮带的接触位置为研究点，即初始位置为振动装置的最低点，当振动装置旋转60°至最高点时，旋转120°为一个周期，周期为2s，振动轴匀角速度转动Δθ；输送皮带的振幅为正值，振动方程如公式(4)所示：
4.如权利要求1所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：所述步骤2中，包括AB段团聚体根系振动模型建立；团聚体在AB段同时受A振动装置和B振动装置的影响，A振动装置与B振动装置通常选取的链轮齿数不同，两振动轴的旋转角速度不同，团聚体在AB段是同方向不同频率的运动；
5.如权利
6.如权利要求5所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：由于在X方向马铃薯做变减速运动,根据牛顿第二定律得：
...【技术特征摘要】
1.一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于，包括以下过程：
2.如权利要求1所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：所述步骤1中，团聚体分别在xy方向的受力方程式如下所示：
3.如权利要求1所述的一种育种马铃薯单株收获完整性机械参数获取方法，其特征在于：所述步骤2中，包括pa段团聚体根系振动模型建立；团聚体在升运分离装置pa段只受a振动装置的影响，振动装置处为振幅变化最大的位置，以团聚体处于振动装置与输送皮带的接触位置为研究点，即初始位置为振动装置的最低点，当振动装置旋转60°至最高点时，旋转120°为一个周期，周期为2s，振动轴匀角速度转动δθ；输送皮带的振幅...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨然兵，王伟静，潘志国，张健，张还，舒亚龙，石岳，胡卓凡，邓志熙，邱保华，苗一辉，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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