煙草拔稈機拔稈切蔸裝置的設(shè)計與試驗

楊彪，孫松林,2*，李軍政,2，張武金，尋真福

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128)

據(jù)統(tǒng)計，中國南方煙區(qū)每年煙草種植面積約為 7.95×105hm2，煙葉單產(chǎn)1 791 ～2 090 kg/hm2，總計年產(chǎn)煙稈1.662×107t[1–2]。煙稈大量遺留在田間或被焚燒，不僅污染環(huán)境，而且也為病蟲害提供了繁殖場所，并影響下一季作物的生長[3–8]，因此煙葉摘收后的煙稈應(yīng)及時拔除。受南方煙區(qū)地形地貌和技術(shù)水平的影響，目前4YBG–1型煙草拔稈機在實際應(yīng)用過程中存在煙稈拔取輸送不暢、煙蔸切割不穩(wěn)、堵塞及操作不便等問題。筆者運用夾持拉拔和切割相結(jié)合的原理，設(shè)計了一種具有扶起、夾持拔取、切蔸及運送作用的煙草拔稈切蔸裝置，以拔斷率、漏拔率、切蔸率為試驗指標(biāo)進行了拔稈切蔸試驗，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 拔稈切蔸裝置總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

圖1 拔稈切蔸裝置結(jié)構(gòu) Fig.1 Structural drawing of stem pulling and stump cutting device

拔稈切蔸裝置如圖1所示，主要由雙排夾持輸送鏈條、扶禾器、張緊裝置、切蔸裝置、機架、被動雙排鏈輪、彈簧壓緊裝置、壓鏈板、護鏈板、主 動雙排鏈輪、托板、錐齒輪組成。核心部件為雙排夾持輸送鏈、彈簧壓緊裝置和切蔸裝置，雙排夾持輸送鏈和切蔸裝置上的圓鋸切刀分別與機架上的底板平行，底板前傾，并與地面成45°布置。

1.2 工作原理

拔稈切蔸裝置通過掛接裝置與手扶拖拉機銜接，構(gòu)成拔稈切蔸機組，由手扶拖拉機提供動力。拖拉機在行進過程中，煙稈由扶禾器扶起并導(dǎo)入至夾持軌道中，在彈簧壓緊裝置提供的壓力和雙排夾持輸送鏈的擠壓作用下被夾持向上拔起，并經(jīng)過由圓鋸切刀與弧形卡槽組成的切蔸裝置完成切蔸處理，實現(xiàn)煙稈與煙蔸的分離，完成拔稈切蔸作業(yè)。

2 試驗材料與方法

2.1 材料

試驗在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草試驗基地進行。煙草品種為HZ07–11，種植模式為壟作，壟距1 200 mm。經(jīng)測量，煙稈平均直徑26.8 mm，平均株高1 270.3 mm，株距60 mm。

2.2 方法

參考相關(guān)資料[9–10]，根據(jù)設(shè)計理論分析與前期試驗研究，影響拔稈切蔸質(zhì)量的主要因素為雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度、夾持間隙。參照棉柴收獲機評價標(biāo)準[11]，機具作業(yè)時，遺留于煙田里的煙稈、煙茬、煙蔸應(yīng)越少越好，選取煙稈拔斷率Y1、漏拔率Y2、切蔸率Y3作為評價指標(biāo)。將拔稈切蔸裝置安裝在手扶拖拉機上，通過改變雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度、夾持間隙進行試驗。每次試驗取煙稈20株。

2.2.1 單因素試驗

設(shè)定拖拉機前進速度0.6 m/s、夾持間隙12 mm，參照文獻[12]，根據(jù)雙排夾持輸送鏈速度與拖拉機前進速度之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)拖拉機油門，依次以雙排夾持輸送鏈速度0.8、0.9、1.1、1.2、1.4 m/s進行試驗，記錄煙稈拔斷數(shù)量、漏拔數(shù)量及切蔸數(shù)量。設(shè)定較佳雙排夾持輸送鏈速度0.8 m/s，保持夾持間隙12 mm，調(diào)節(jié)拖拉機作業(yè)檔位，依次用拖拉機前進速度0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 m/s進行試驗，考察拖拉機前進速度對拔斷率、漏拔率及切蔸率的影響。同理，保持其他參數(shù)不變，參照文獻[13]，根據(jù)設(shè)計計算，設(shè)定夾持間隙6、9、12、15、18 mm進行試驗。

2.2.2 多因素正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，對雙排夾持輸送鏈速度(A)、拖拉機前進速度(B)、夾持間隙(C)進行三因素三水平L9(34)正交試驗[14]，試驗因素與水平如表1所示。

表 1 試驗因素及水平 Table 1 Experimental factors and levels

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗結(jié)果

3.1.1 雙排夾持輸送鏈速度對煙稈拔斷率、漏拔率及切蔸率的影響

由圖2可知，當(dāng)雙排夾持輸送鏈速度為0.8 ～0.9 m/s時，煙稈拔斷率呈上升趨勢；當(dāng)速度大于0.9 ～1.1 m/s時，拔斷率稍有下降，但總體趨于平緩；速度大于1.1 m/s后，拔斷率增幅較快。當(dāng)速度為0.8 ～1.1 m/s時，煙稈漏拔率先緩慢減小后大幅增加；速度大于1.1 m/s后，漏拔率增幅減緩后趨于穩(wěn)定。當(dāng)速度為0.8 ～1.4 m/s時，煙稈切蔸率呈下降趨勢。綜合比較，雙排夾持輸送鏈速度取0.8 ～1.1 m/s為宜。

圖2 不同雙排夾持輸送鏈速度的煙稈拔斷率、漏拔率及切蔸率 Fig.2 Tobacco stem pulling off rate, tobacco stem leakage decannulation rate and tobacco stem stump cutting rate with different velocities of double clamping and conveying chain

3.1.2 拖拉機前進速度對煙稈拔斷率、漏拔率及切蔸率的影響

由圖3可知，當(dāng)拖拉機前進速度為0.5 ～0.6 m/s時，煙稈拔斷率減??；前進速度大于0.6 ～0.9 m/s時，拔斷率先大幅增大后緩慢減小，趨于平穩(wěn)。拖拉機前進速度從0.5 m/s增加到0.6 m/s時，煙稈漏拔率減小；前進速度大于0.6 m/s后，漏拔率大幅增加。當(dāng)拖拉機前進速度為0.5 ～0.6 m/s時，煙稈切蔸率呈小幅上升趨勢；前進速度大于0.6 m/s后，切蔸率逐漸減小。綜合比較，拖拉機前進速度取0.5 ～0.6 m/s為宜。

圖3 不同拖拉機前進速度的煙稈拔斷率、漏拔率及切蔸率 Fig.3 Tobacco stem pulling off rate, tobacco stem leakage decannulation rate and tobacco stem stumpcutting rate with different advancing velocities of tractor

3.1.3 夾持間隙對煙稈拔斷率、漏拔率及切蔸率的影響

由圖4可知，當(dāng)夾持間隙為6 ～12 mm時，煙稈拔斷率減??；夾持間隙大于12 ～15 mm時，拔斷率減小程度減緩，趨于平穩(wěn)；夾持間隙大于15 mm后，拔斷率不斷減小。當(dāng)夾持間隙為6 ～12 mm時，煙稈漏拔率呈減小趨勢；夾持間隙大于12 mm后，漏拔率大幅提高。當(dāng)夾持間隙為6 ～12 mm時，煙稈切蔸率呈上升趨勢；夾持間隙大于12 mm后，切蔸率不斷減小。綜合比較，夾持間隙取9 ～15 mm為宜。

圖4 不同夾持間隙下的拔斷率、漏拔率及切蔸率 Fig.4 Tobacco stem pulling off rate, tobacco stem leakage decannulation rate and tobacco stem stump cutting rate with different clampinggapps

3.2 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果與極差分析如表2所示。對煙稈拔斷率、漏拔率和切蔸率的極差分析結(jié)果表明，影響煙稈拔斷率的因素大小依次為夾持間隙、雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度，較低的煙稈拔斷率較優(yōu)組合為C3A1B1；影響煙稈漏拔率的因素大小依次為夾持間隙、拖拉機前進速度、雙排夾持輸送鏈速度，較低的煙稈漏拔率較優(yōu)組合為C2B2A1；影響煙稈切蔸率的因素大小依次為夾持間隙、雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度，較高的切蔸率較優(yōu)組合為C2A1B2。

表 2 正交試驗結(jié)果 Table 2 Results of orthogonal test

對煙稈拔斷率、漏拔率和切蔸率的方差分析結(jié)果(表3)表明，在95%的置信度下，夾持間隙對煙稈拔斷率的影響顯著，而雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度對煙稈拔斷率的影響不顯著。夾持間隙對煙稈漏拔率的影響顯著，而雙排夾持輸送鏈速度、拖拉機前進速度對煙稈漏拔率的影響不顯著。雙排夾持輸送鏈速度、夾持間隙對煙稈切蔸率的影響顯著，而拖拉機前進速度對煙稈切蔸率的影響不顯著。

表3 拔稈切蔸性能指標(biāo)的方差分析 Table 3 Variance of performence indexes

綜合分析各因素影響大小、各較優(yōu)組合形式及因素影響的顯著性，可知夾持間隙對煙稈拔斷率、漏拔率和切蔸率的影響較大，其次為雙排夾持輸送鏈速度和拖拉機前進速度。通過對比分析，確定正交試驗最優(yōu)組合為A1B2C2，即雙排夾持輸送鏈速度為0.8 m/s，拖拉機前進速度0.6 m/s，夾持間隙12 mm。從表2中可以看出，此組合出現(xiàn)在這9次試驗當(dāng)中，且拔稈切蔸效果最好，因此，可認為其為最優(yōu)組合，能夠較好地滿足低拔斷率、漏拔率及高切蔸率的要求。

[1] 王彥亭，謝建平，李志宏．中國煙草種植區(qū)劃單行本[M]．北京：科學(xué)出版社，2010．

[2] 李曉薇，李光沛．煙草工業(yè)利用的新途徑[J]．農(nóng)牧產(chǎn)品開發(fā)，1999(4)：30–31．

[3] 張承龍．煙桿的資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀[J]．云南環(huán)境科學(xué)，2002，21(3)：56–57．

[4] 張立波，彭金輝，張世敏，等．煙稈廢料綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀[J]．農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2002(6)：34–35．

[5] 張長華，陳葉君，關(guān)國經(jīng)，等．貴州烤煙TMV的越冬存活[J]．中國煙草科學(xué)，2007，28(4)：45–46．

[6] 李軍，李吉昌，吳曉華，等．煙草廢棄物利用研究[J]．云南化工，2010，37(2)：44–45．

[7] 李勇．煙株殘體對病蟲害發(fā)生的影響及其清除措施[J]．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009(23)：182．

[8] 劉超，翟欣，許自成，等．關(guān)于煙稈資源化利用的研究進展[J]．江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，25(12)：116–117．

[9] 王家勝，尚書旗．自走式雙行蘿卜聯(lián)合收獲機的研制及試驗[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28(12)：40–41．

[10] 楊洪峰．輥式玉米摘穗裝置理論研究[D]．淄博：山東理工大學(xué)，2009．

[11] 張鳳元，程建瑩．我國棉柴收獲機械的農(nóng)藝要求及類型[J]．農(nóng)機與食品機械，1999(1)：6–9．

[12] 杜翠紅．穗莖兼收型玉米聯(lián)合收獲機立式切割臺的理論分析與試驗研究[D]．淄博：山東理工大學(xué)，2006．

[13] 張奎．與手扶式拖拉機配套的雙行玉米聯(lián)合收獲機的設(shè)計研究[D]．洛陽：河南科技大學(xué)，2013．

[14] 陳魁．試驗設(shè)計與分析[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005．