２０１５年１０江苏科技大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ２９ＮｏＯｃｔ．２０１５ｄｏｉ：１０．３９６９ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１５．０５．０１１测产传感器的动态称重试验分析马万里，张宏文陈明昌（石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子８３２０００）为了确定测产动态称重过程中影响因素与响应指标的具体关系，设计并制作了测产试验台．以里格尔８７工番茄为试验对象，采用正交试验的方法，完成了测产传感器的动态称重试验，分析了各影响因素对称量精度的影响，并建立了称量精度与各影响因素之间的回归方程．通过参数优化得出：最优影响参数组合为：称重皮带运行速度为０９ｍ／ｓ，皮带表面形状为大小均匀的方格状并且物料（番茄）供给量为５０ｋｇ．最后通过试验验证了优化结果的准确性与合理性．关键词：加工番茄；测产；动态称重；影响参数；正交试验；优化中图分类号：Ｓ２３１文章编号：１６７３－４８０７（２０１５）０５－０４６７－０７ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｓｅｎｓｏｒＭａＷａｎｌｉ，ＺｈａｎｇＨｏｎｇｗｅｎＣｈｅｎＭｉｎｇｃｈａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈｉｈｅｚｉＸｉｎｊｉａｎｇ８３２０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆａｃｔｏｒｓｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒ，ｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｔｅｓｔｂｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．ＴｈｅＬｉｇｅｅｒ８７ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｏｍａｔｏｔｒｉａｌｓｕｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｓｅｎｓｏｒｅａｃｈｆａｃｔｏｒｗｅｉｇｈｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｂｅｔｗｅｅｎｗｅｉｇｈｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｅａｃｈｆａｃｔｏｒａｐｐｌｙｉｎｇｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｅｉｇｈｉｎｇｂｅｌｔｓｕｒｆａｃｅｓｈａｐｅｕｎｉｆｏｒｍｓｉｚｅｓｑｕａｒｅｇｒｉｄｍａｔｅｒｉａｌ（ｔｏｍａｔｏｅｓ）ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ５０ｋｇｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｏｍａｔｏ；ｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒ；ｄｙｎａｍｉｃｗｅｉｇｈｉｎｇ；ｆａｃｔｏｒｓ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ收稿日期：２０１５－０６－０１基金项目：新疆兵团科技型中小企业技术创新资金专项（２０１４ＢＤ００５）作者简介：马万里（１９９２—），男，硕士研究生．通信作者：**文（１９６９—），男，教授，研究方向为农业机械设计及机械系统仿真．Ｅｍａｉｌ：ｚｈｗ１９６９５９＠１２６．ｃｏｍ作者简介：马万里，张宏文，陈明昌．测产传感器的动态称重试验分析［Ｊ］．江苏科技大学学报：自然科学版，２０１５，２９（５）：４６７－４７３．４９３′之间，辐射量大、阳光充足、昼夜温差大，以其独有的地缘优势和气候条件成为了我国最大的加工番茄种植和加工基农作物产量是精准农业中需要获取的重要信息之一，它集中反映了土壤理化特性、化肥施用情况、灌溉条件、病虫害等农田信息对作物产量的影响．实时获取作物产量的分布信息是进行处方农作和科学管理的重要依据目前获取农作物产量的方式有３种：人工抽样估产；根据生长条件模型或遥感模型预测作物产量；使用产量传感器实时监测，并获取产量数据目前，我国番茄收获的机械化程度在不断提高，在番茄收获机械上应用大规模番茄收获实时测产技术迫在眉睫．我国开展精准农业研究的时间较短，目前对农作物实时测产系统的研制还处于起步阶段，对于番茄收获实时测产技术的应用研究还是个空缺因此，针对用现有技术无法在番茄收获过程中实时测产的难题，设计了一套番茄收获机实时测产装置，该装置的核心部件是测产传感器，即称重传感器．工作原理分析番茄收获机实时测产装置根据称重传感器的动态连续称重原理１１］进行工作．在番茄收获机工作过程中，番茄经过色选机色选后到达称重皮带，当番茄经过两支撑托辊之间的称重皮带时（称重皮带的有效称重段），称重皮带上的番茄重力通过杠杆作用于称重传感器．称重传感器产生一个正比于皮带载荷的电压信号，并送入放大器和模／转换器进行处理，形成数字信号；速度传感器提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度；称重仪表从模／数转换器和速度传感器接收信号，通过累加法运算得出累称重值并显示出来，从而完成动态计量称重，如称重原理Ｆｉｇ．Ｗｅｉｇｈｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ在称重传感器进行动态称重时，物料（番茄）通过称重皮带有效称重段的时间ｔ为称重皮带有效称重段的长度，即两支撑托辊之间的距离；珋为整个动态称重过程中称重皮带运行的平均速度，可由速度传感器测量得到．将称重皮带有效称重段的长度和宽度均分成等间距的ｎ等份，长度间距为ΔＬ，则从测产装置开始工作起第时间段内，由左到右、由上到下每等份皮带上分布的番茄的质量分别设为ｎｎｋ，如图２．称重皮带上番茄质量分布Ｆｉｇ．Ｍａｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｉｇｈｉｎｇｂｅｌｔ第ｉｊ个质量块分布处称重皮带的番茄瞬时质量流量ｑｉｊｋ可表示为：时间段内称重皮带运行的平均速度；Δｍｉｊｋ时间段内称重皮带有效称重段上每等份皮带分布的番茄质量．时间段内称重传感器检测到称重皮带有效称重段上番茄的质量Ｍ测产试验台测产试验台是为了进行动态称重试验研究并确定影响因素与响应指标之间的关系而设计的室内专用试验设备．试验台是按照各零部件的具体结构尺寸和试验内容要求来设计的，由ＴＪＨ５型悬臂式称重传感器、ＧＳ１５０型光电式速度传感器、支撑托辊、称重托辊、称重皮带（环型同步带，扯断强度１０ＭＰａ，扯断伸长率３００％，磨耗量１江苏科技大学学报（自然科学版）２０１５ｋｍ，胶带总厚度为８ｍ，皮带的宽度为８００５ｍ／ｓ）、皮带滚筒、称重支撑架、ＶＦＧ９０系列基频２５Ｈｚ的铝合金变频电动机（额定功率为０５５ｋＷ，额定转矩为７频范围为０～７５Ｈｚ，调速范围为０ｍｉｎ）、显示仪表、固定钢板和试验台支撑架等部分组成，如测产试验台结构Ｆｉｇ．ｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒ试验材料本试验选用新疆建设兵团第８师１４３场２３连种植的番茄，品种为里格尔８７号加工番茄．该番茄田采用亨氏种植管理模式，即围绕与 机采相配套的种植和作业模式进行标准化番茄种 植管理和全程机械化采收． 试样采摘日期为２０１４ 日，共采摘试验样品１００ｋｇ，并在采摘后 ２４ 内完成试验．采摘的番茄试验样品如图４． 番茄试验样品Ｆｉｇ． Ｔｅｓｔｓａｍｐｌｅｓ 试验仪器完成动态称重试验所需的试验仪器设备有测 产试验台、电源、电插板、变压器、高精度电子秤 （精度为９９ ９％）、塑料框等，测产试验台如图５． 测产试验台Ｆｉｇ． ｙｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒ 影响因素及响应指标的选取通过理论分析和预备试验，确定动态称重试验的 各影响因素为：称重皮带运行速度（０ 料（番茄）供给量（１０～５０ｋｇ）、皮带表面的形状（横 条状、竖条状、大小均匀的方格状）． 本装置安装在 番茄收获机上，因此根据番茄收获机在田间作业时 的速度（２ 动态称重系统中，称重皮带运行速度直接影响称量精度． 称量精度是反应系统性能最重要的指标 ［１２］ 因此参照动态称重系统，将其确定为本试验的响应指标． 试验指标的测定根据 ＧＢ／ Ｔ７７２１ ［１３］，称重传感器动态称重的动态累计误差计算 如下： 为每次试验番茄的实际质量，试验前用高精度电子秤进 行称量；Ｍ 为每次试验称重仪表显示的番茄累计 质量． 称重传感器动态称重试验的称量精度计算如