棉稈粉碎與摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)田間作業(yè)性能試驗(yàn)分析

田辛亮 ，趙 巖 ，2※，顏利民 ，2，溫浩軍 ，2

（1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.農(nóng)業(yè)部西北農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

地膜覆蓋種植技術(shù)因具有良好的增溫保墑、防病抗蟲(chóng)、抑制雜草生長(zhǎng)等作用，得到廣泛的應(yīng)用[1～2]。隨著農(nóng)田殘膜含量增加，污染逐步加劇，殘膜回收問(wèn)題受到高度重視[3～5]。覆膜種植技術(shù)在國(guó)外已有300多年的應(yīng)用歷史，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均采用高強(qiáng)度地膜，利用卷膜機(jī)具完成收膜作業(yè)，回收率高[6～7]。目前新疆地區(qū)廣泛應(yīng)用的棉田殘膜回收機(jī)具為立桿式彈齒摟膜機(jī)，該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，作業(yè)行進(jìn)速度快，但存在許多問(wèn)題。如殘膜回收率低于50%、不能回收窄行中的殘膜、卸膜頻繁，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了棉稈粉碎及摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)，重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面：摟膜部件增加了浮動(dòng)功能的小窄行摟膜彈齒，進(jìn)一步提升殘膜回收率；機(jī)具采用大尺寸摟膜彈齒，增加物料存儲(chǔ)空間；通過(guò)拖拉機(jī)后輸出液壓控制液壓缸伸縮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸膜，彌補(bǔ)現(xiàn)有立桿式摟膜機(jī)的不足。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1 棉稈粉碎與摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)

棉稈粉碎及摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)主要由三點(diǎn)懸掛裝置、動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、棉稈粉碎裝置、棉稈輸送裝置、摟膜機(jī)構(gòu)、卸膜裝置以及機(jī)架等部分組成，如圖1所示；其中棉稈粉碎裝置主要包括刀軸、刀片、限深輪等組成；棉稈輸送裝置包括攪龍、攪龍軸固定板等組成；摟膜機(jī)構(gòu)包括彈齒、彈簧、固定架等部分組成；卸膜機(jī)構(gòu)包括卸膜擋板、液壓系統(tǒng)等部分組成。

2 田間試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為了檢驗(yàn)棉稈粉碎與摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)的合理性與可靠性，比較在不同機(jī)具前進(jìn)速度、不同彈齒組數(shù)、不同彈齒入土深度下棉稈粉碎與摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)的殘膜回收率，從而確定機(jī)具的最優(yōu)工作參數(shù)組合。

2.2 試驗(yàn)條件

2017年9-10月在石河子145團(tuán)三分場(chǎng)十二連進(jìn)行了整機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)面積為4 hm2。試驗(yàn)地土壤類型為灰漠土，土壤堅(jiān)實(shí)度為350 kPa，土壤表層含水率為15.1%。配套拖拉機(jī)選用約翰迪爾1 204，動(dòng)力88.3kW，牽引速度5～6 km/h。按照石河子市具有代表性的棉花種植模式，具體參數(shù)如表1所示。

表1 棉花種植模式

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)棉稈粉碎及摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行定量分析，確定了棉稈粉碎及摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)試驗(yàn)指標(biāo)為殘膜回收率。為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)、減少試驗(yàn)次數(shù)，本試驗(yàn)在前期工作的基礎(chǔ)上，考察機(jī)具的作業(yè)性能及參數(shù)。試驗(yàn)選用3因素3水平正交試驗(yàn)，3個(gè)因素依次為：機(jī)具前進(jìn)速度A、彈齒組數(shù)B、彈齒入土深度C。在不考慮這3個(gè)因素之間交互作用的情況下找出這些因素對(duì)殘膜回收率的最優(yōu)參數(shù)組合，表2為試驗(yàn)因素水平。

表2 試驗(yàn)因素及水平

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

把試驗(yàn)參數(shù)條件和試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)依次填入L9（33）正交表中，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

其中：ki為各影響因素3個(gè)水平的平均值，R值表示試驗(yàn)指標(biāo)變化的幅度。R值越大，該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大；R值越小，該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越小[8]。通過(guò)分析可知，殘膜回收率最優(yōu)工作參數(shù)組合為A2B2C2。

3.2 試驗(yàn)分析

由方差分析知機(jī)具前進(jìn)速度、彈齒組數(shù)、彈齒入土深度對(duì)殘膜回收率影響顯著，結(jié)合表3對(duì)殘膜回收率的影響主次為機(jī)具前進(jìn)速度＞彈齒入土深度＞彈齒組數(shù)。最優(yōu)組合水平為A2B2C2，即機(jī)具前進(jìn)速度為1.5 m/s，彈齒組數(shù)為12組，彈齒入土深度為20 mm。通過(guò)直觀分析可知隨機(jī)具前進(jìn)速度增大殘膜回收率先增大后減小，是因?yàn)闄C(jī)具前進(jìn)速度過(guò)大導(dǎo)致漏膜現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致殘膜回收率降低。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)最優(yōu)組合A2B2C2進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果如表5所示，機(jī)具殘膜回收率平均達(dá)到90.1%，高于國(guó)際中對(duì)于殘地膜回收機(jī)殘膜回收率高于80%的要求。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)棉稈粉碎與摟膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)性能進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)機(jī)具前進(jìn)速度為1.5 m/s，彈齒組數(shù)為12組，彈齒入土深度為20 mm時(shí)，平均殘膜回收率為90.4%，滿足殘膜回收機(jī)械作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。