煙草缽苗栽植機(jī)直立率影響因素試驗(yàn)

姬江濤，張 冕，劉劍君，杜新武，賀智濤

(1.河南科技大學(xué)車輛與動(dòng)力工程學(xué)院，河南洛陽(yáng)471003;2.河南煙草公司鄭州市公司，河南鄭州450106)

0 前言

煙草作為中國(guó)種植歷史悠久的主要經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。煙草是以育苗移栽為主的作物，移栽技術(shù)的水平直接影響煙草種植的經(jīng)濟(jì)效益。目前，中國(guó)移栽機(jī)械型號(hào)眾多、款式多樣，但大多是引進(jìn)和仿制國(guó)外的先進(jìn)機(jī)型，符合中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求的機(jī)器較少，且可靠性較差、移栽效果不如農(nóng)民預(yù)期，使得中國(guó)機(jī)械化移栽一直處于較低水平。近年來(lái)，中國(guó)煙草種植面積在不斷增加，但由于城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口的逐漸減少，當(dāng)前的煙草移栽技術(shù)水平已經(jīng)嚴(yán)重的制約了中國(guó)煙草行業(yè)的發(fā)展。因此，發(fā)展高質(zhì)、高效的煙草移栽機(jī)已成為中國(guó)煙農(nóng)最迫切的需求［1-5］。

近年由于在缽?fù)僚渲?、機(jī)械化制缽工藝和煙苗培育等方面取得很大進(jìn)展，為大面積應(yīng)用移栽創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。因此，研發(fā)出適合中國(guó)煙草種植習(xí)慣的、中國(guó)農(nóng)民能夠承受的新一代煙草栽植機(jī)械，具有很大的實(shí)用價(jià)值和重要的經(jīng)濟(jì)意義［6-7］。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)中，未見(jiàn)到關(guān)于煙草缽苗移栽機(jī)械移栽性能的研究。本文利用自制的缽苗栽植機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析試驗(yàn)結(jié)果，得出了影響缽苗直立率的最佳參數(shù)組合，為提高缽苗栽直率及移栽機(jī)具的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)［8-12］。

1 試驗(yàn)機(jī)具與條件

試驗(yàn)樣機(jī)主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、喂苗盤、移栽機(jī)構(gòu)、變速箱、鎮(zhèn)壓輪及灑水機(jī)構(gòu)等組成。主要參數(shù)為:栽植行數(shù)1行，幅寬1.3 m，地輪驅(qū)動(dòng)，株距600 mm，配套動(dòng)力22.1 kW。機(jī)具的送料機(jī)構(gòu)與車架平行連接，隨著機(jī)器的前進(jìn)，座椅上的栽植手將煙草缽苗依次喂入苗杯中，每個(gè)苗杯中1棵。缽苗隨同苗杯在特定的封閉軌道上勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到移栽器上方時(shí)，閉合的苗杯底部在重力和彈簧的共同作用下快速打開(kāi)。缽苗自由落入正下方的栽植機(jī)構(gòu)中，隨同栽植器一起運(yùn)動(dòng)。栽植機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由連接在變速箱上的多連桿機(jī)構(gòu)和主拉線機(jī)構(gòu)共同控制，當(dāng)栽植機(jī)構(gòu)插入土中并迅速?gòu)堥_(kāi)時(shí)，缽苗被完全植入穴內(nèi)。一對(duì)向內(nèi)側(cè)傾斜的鎮(zhèn)壓輪由兩側(cè)以擠壓的形式壓實(shí)苗帶兩側(cè)土壤，其后面的一對(duì)刮板式覆土器進(jìn)一步覆上浮土，以利保墑。與此同時(shí)，給水機(jī)構(gòu)對(duì)苗穴進(jìn)行澆水，提高缽苗的成活率。

圖1 試驗(yàn)樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［13-16］，確定栽植機(jī)工作速度、移栽器入土角、鎮(zhèn)壓輪夾角3個(gè)參數(shù)作為試驗(yàn)因素;煙苗的直立率為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

試驗(yàn)材料為帶營(yíng)養(yǎng)基的煙苗，高度為150 mm左右，直徑為15～30 mm;栽植前用起壟機(jī)進(jìn)行起壟，壟高300 mm，寬6 000 mm。按照煙草種植的農(nóng)藝要求，在壟上覆膜。

2 試驗(yàn)方案

通過(guò)預(yù)試驗(yàn)確定各因素主次關(guān)系為:前進(jìn)速度、移栽器入土角、鎮(zhèn)壓輪夾角。為了建立煙苗缽苗直立率與各參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行回歸試驗(yàn)。試驗(yàn)因素為:栽植器入土角x1，(°);栽植機(jī)工作前進(jìn)速度x2，m/s;鎮(zhèn)壓輪傾角x3，(°)。試驗(yàn)指標(biāo)為直立率y，%。采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)［17］，因素水平編碼表如表1 所示［14-18］。

試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2，每組試驗(yàn)做5次，取平均值計(jì)入表中。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 數(shù)學(xué)模型建立

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立缽苗直立率的回歸方程。通過(guò)對(duì)回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。計(jì)算結(jié)果與(4，15)=14.20比較可以看出:回歸方程是高度顯著的，其顯著性水平為零，即回歸模型能夠很好的反映實(shí)際情況［19-20］。

缽苗直立率回歸方程為

表1 因素水平編碼表

表2 試驗(yàn)方案與結(jié)果

表3 回歸方程檢驗(yàn)表

3.2 因子效應(yīng)分析

3.2.1 主效應(yīng)分析

由于式(1)中應(yīng)用無(wú)量綱線性編碼代換，偏回歸系數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化。固定兩個(gè)因子為零水平，得到另一個(gè)因子與直立率的關(guān)系為

各因子與缽苗直立率之間的主效應(yīng)圖如圖2所示。從圖2中可以看出:在試驗(yàn)范圍內(nèi)，直立率隨機(jī)組前進(jìn)速度的增加呈下降趨勢(shì);隨栽植器入土角的增加而增加，當(dāng)入土角達(dá)到13°時(shí)，栽植率到達(dá)最高點(diǎn);鎮(zhèn)壓輪夾角的增加會(huì)造成直立率的下降，但影響較緩慢。

由圖2單因素對(duì)缽苗直立率的影響圖形分析可知:機(jī)組前進(jìn)速度和栽植器入土角對(duì)直立率影響比較大，這是因?yàn)樵诶徝缭灾策^(guò)程中，喂苗盤和栽植器都是由地輪運(yùn)動(dòng)所帶動(dòng)的，而地輪與喂苗盤和地輪與栽植器的傳動(dòng)比不同，在同一前進(jìn)速度下，喂苗盤的喂苗時(shí)間與移栽器的接苗時(shí)間都是獨(dú)立的某一數(shù)值，而隨著機(jī)組前進(jìn)速度的提高，地輪運(yùn)動(dòng)加快，傳動(dòng)到喂苗盤及栽植器的速度不同，會(huì)造成喂苗時(shí)間與接苗時(shí)間之間的誤差越來(lái)越大，導(dǎo)致缽苗無(wú)法順利的落入移栽器，從而造成漏苗、漏栽、栽直率低，使得缽苗無(wú)法成活，造成機(jī)器栽直率的降低。而栽植器的入土角直接決定缽苗入土?xí)r的形態(tài)，當(dāng)入土角在合理的范圍內(nèi)(9°～13°)不斷增大時(shí)，缽苗入穴后形態(tài)越好，即直立度越高。

3.2.2 交互效應(yīng)分析

在式(1)中，將試驗(yàn)參數(shù)中的一個(gè)因子固定為零水平，得到其他兩個(gè)因子的二元二次方程。得到雙因素交互作用對(duì)直立率的交互效應(yīng)方程如下

圖2 各因素與直立率的主效應(yīng)圖

根據(jù)交互效應(yīng)方程作出因素交互作用效應(yīng)圖，如圖3和圖4所示。從圖3和圖4可以看出:各因素對(duì)直立率的交互影響都很明顯。尤其是機(jī)組前進(jìn)速度和鎮(zhèn)壓輪夾角的交互影響。交互作用主次順序?yàn)?機(jī)組前進(jìn)速度與鎮(zhèn)壓輪夾角的交互影響，其次是機(jī)組前進(jìn)速度與栽植器入土角的交互影響。

圖3 機(jī)組前進(jìn)速度與栽植器入土角交互作用對(duì)直立率的影響

圖4 機(jī)組前進(jìn)速度與鎮(zhèn)壓輪夾角交互作用對(duì)直立率的影響

4 結(jié)論

(1)建立了移栽機(jī)前進(jìn)速度、移栽器傾角、鎮(zhèn)壓輪夾角三因素對(duì)缽苗直立率影響的數(shù)學(xué)模型。

(2)隨著機(jī)組前進(jìn)速度的減小、栽植器入土角的增大以及鎮(zhèn)壓輪夾角的減小，缽苗栽植直立率增大;當(dāng)機(jī)組前進(jìn)速度為0.23 m/s，栽植器入土角為11°，鎮(zhèn)壓輪夾角為18°時(shí)，栽植效果最好，且直立率為97.31%。

(3)各因素交互作用對(duì)直立率影響都很明顯;其中，機(jī)組前進(jìn)速度與鎮(zhèn)壓輪夾角的交互影響比機(jī)組前進(jìn)速度與栽植器入土角的交互影響更為顯著。

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