盤刷式矮密栽培落地紅棗集條裝置研制*

丁龍朋，李楓楠，王成霄，李景彬，葛建兵

(1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆石河子，832000；2.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子，832000)

0 引言

棗樹原產(chǎn)于中國，已有千余年的栽培歷史，紅棗富含多種人類所需的微量元素，一直被視為滋補(bǔ)佳品，也是食品工業(yè)的常見原料[1-3]。根據(jù)《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒2019》統(tǒng)計(jì)，新疆紅棗產(chǎn)量3 727.6 kt，占全國總產(chǎn)量的49.9%[4]，“十二五”以來，隨著國家對林果業(yè)的大力扶持，新疆紅棗種植規(guī)模與產(chǎn)量逐年擴(kuò)大[5-6]。成熟期的新疆紅棗因其生物學(xué)特性會(huì)自然脫落，采收落地紅棗已成為新疆紅棗收獲的主要方式。落地紅棗收獲需要先進(jìn)行人工集條，以便于后續(xù)撿拾作業(yè)，但集條過程存在作業(yè)效率低、成本高、環(huán)境差等問題[7]，因此有必要提升落地紅棗集條作業(yè)的機(jī)械化水平[8]。

針對落地林果的集條裝置[9]，Summer等[10]研發(fā)了一款回轉(zhuǎn)式的柑橘集條裝置，通過回轉(zhuǎn)的刮板進(jìn)行集條，集條效率可達(dá)到95%，破損率在4%以下，僅適用于行株距較寬的果園作業(yè)，不適合新疆矮密栽培模式。Whitney等[11]利用螺旋集條裝置對地面的核桃進(jìn)行集條，集條率97%以上，但對果實(shí)的破損率較高，不適合對紅棗進(jìn)行作業(yè)。馬利云等[12]設(shè)計(jì)了一種耙齒式落地紅棗撿拾裝置，通過改變聚攏刷的傾角，擴(kuò)大集條的范圍，但對于棗行間、樹根處的紅棗難以集條撿拾。

本文結(jié)合新疆矮密栽培模式和紅棗果實(shí)物料特性[13-14]，研制了一種盤刷式落地紅棗集條裝置，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到影響因素的主次順序，通過多元回歸分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得集條裝置作業(yè)高集條率、低破損率的因素組合，為后續(xù)矮密栽培落地紅棗集條裝置的改進(jìn)優(yōu)化提供參考。

1 集條裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 集條裝置結(jié)構(gòu)

落地紅棗集條裝置的作用是將散落于地表的紅棗進(jìn)行集條，便于后續(xù)撿拾作業(yè)。裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由連接板、角度調(diào)節(jié)裝置、仿形機(jī)構(gòu)、盤刷、機(jī)架等部件組成。連接板與機(jī)架焊接，角度調(diào)節(jié)裝置位于盤刷的上面，盤刷托盤位于盤刷的下面，仿形機(jī)構(gòu)與機(jī)架連接，液壓馬達(dá)與盤刷通過鍵連接傳動(dòng)。

圖1 盤刷式落地紅棗集條裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of disc brush type ground jujube collecting device1.盤刷托盤 2.液壓馬達(dá) 3.角度調(diào)節(jié)裝置 4.連接板 5.機(jī)架 6.盤刷 7.輪子 8.液壓缸 9.仿形機(jī)構(gòu)

1.2 工作原理

集條裝置掛接在落地紅棗撿拾機(jī)上，并由撿拾機(jī)上的液壓泵提供液壓動(dòng)力。液壓馬達(dá)位于盤刷上方，馬達(dá)自重將盤刷刷毛向四周散開，增大盤刷清掃面積，能夠覆蓋棗樹周圍區(qū)域。當(dāng)撿拾機(jī)前進(jìn)工作時(shí)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)盤刷旋轉(zhuǎn)，可以將株間落地紅棗集條至棗行中間。當(dāng)遇到少數(shù)偏差大的棗樹時(shí)，通過按動(dòng)液壓電磁換向閥，此時(shí)液壓缸收縮，盤刷水平朝棗行中間移動(dòng)完成避障；當(dāng)繞過棗樹時(shí)，再次按動(dòng)液壓電磁換向閥，此時(shí)油路反向，液壓缸伸長，盤刷再次伸至株間。通過調(diào)整角度調(diào)節(jié)裝置控制盤刷的前傾角大小，實(shí)現(xiàn)對凹坑內(nèi)紅棗的集條。仿形機(jī)構(gòu)為垂直于地面的四桿機(jī)構(gòu)，連桿上固定有液壓馬達(dá)和盤刷，盤刷托盤支撐液壓馬達(dá)和盤刷的自重，與地面緊密貼合，隨著地面起伏情況上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿形功能。

落地紅棗集條裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 落地紅棗集條裝置主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of ground jujube collecting device

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 盤刷設(shè)計(jì)

盤刷是集條裝置的主要執(zhí)行部件，可通過刷毛實(shí)現(xiàn)對紅棗的集條和對棗樹的避障。在液壓馬達(dá)的重力作用下刷毛彎曲變形，通過計(jì)算得出刷毛的彎曲延伸長度以達(dá)到繞過棗樹的目的，同時(shí)盤刷下面需設(shè)計(jì)盤刷托盤以支撐盤刷和液壓馬達(dá)的重量，否則刷毛彎曲變形程度太大會(huì)造成磨損增加，還會(huì)增加紅棗的破損率。盤刷受力刷毛彎曲延伸情況如圖2所示，為了研究方便，取一束刷毛進(jìn)行理論分析，a(a′)點(diǎn)為刷毛的末端，b為刷毛的始端，c為刷毛與地面接觸受力時(shí)的彎曲端，d為盤刷托盤的中心位置，e為d點(diǎn)垂直方向和a點(diǎn)水平方向的交點(diǎn)，h為刷毛彎曲延伸長度。

圖2 刷毛受力延伸示意圖Fig.2 Schematic diagram of force extension of bristles

由前期對棗樹株間水平偏差距離的測量可知，刷毛延伸長度需達(dá)到225 mm以上，才能實(shí)現(xiàn)對大部分株間紅棗的集條。刷毛彎曲延伸長度h的計(jì)算方法如式(1)所示。

(1)

式中：lab——刷毛的長度，mm；

lde——盤刷托盤底部到刷毛端點(diǎn)c水平面的距離，mm；

θ——刷毛在垂直方向上的夾角，(°)。

由式(1)可知，刷毛彎曲延伸長度是由lab、lde和θ共同決定的，經(jīng)過計(jì)算刷毛的長度取350 mm，盤刷托盤底部到刷毛端點(diǎn)c水平面的距離取150 mm，刷毛在垂直方向上的夾角取25°，將以上數(shù)據(jù)代入式(1)中，可得刷毛彎曲延伸長度為243.5 mm，大于刷毛延伸長度設(shè)計(jì)值225 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際工作過程中，刷毛在垂直方向上的夾角θ一般會(huì)增大，當(dāng)θ增大時(shí)，h會(huì)比理論計(jì)算值大，能夠更有效地達(dá)到株間集條和繞過樹干的目的，所以盤刷的設(shè)計(jì)符合要求。

2.1.2 避障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

避障機(jī)構(gòu)主要是針對少部分位置偏差較大的棗樹，樹干位于刷盤的前方時(shí)，收縮液壓缸帶動(dòng)盤刷向棗行中間平移，實(shí)現(xiàn)避障功能。避障機(jī)構(gòu)示意圖如圖3所示，A(A′)點(diǎn)為盤刷的中心點(diǎn)，DF(D′F)為液壓油缸，BC、EG、BE、CG為平行四桿機(jī)構(gòu)，液壓油缸伸縮前后，盤刷中心點(diǎn)A、A′水平偏移量為h1。通過對棗樹株間水平偏差距離的測量，棗樹株間的最大偏差為325 mm，由于刷毛可以清掃225 mm距離以內(nèi)的紅棗，因此避障機(jī)構(gòu)伸縮后水平偏移量h1需大于100 mm。

圖3 避障機(jī)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of obstacle avoidance mechanism

平行四桿機(jī)構(gòu)BCGE為矩形，液壓缸收縮時(shí)，桿B′E與桿EF之間的夾角為θ1，通過幾何關(guān)系可知盤刷中心點(diǎn)A的水平偏移量和桿AC上C點(diǎn)的水平偏移量相同，h1=LC′M，則

(2)

液壓缸的行程

(3)

式中：LC′G——桿CG的長度，mm；

LDE、LD′E、LEF——鉸接點(diǎn)E分別到鉸接點(diǎn)D、鉸接點(diǎn)D′和鉸接點(diǎn)F的距離，mm；

LD′F、LDF——液壓缸收縮、伸展時(shí)的長度，mm。

結(jié)合矮化密植棗樹種植模式和集條裝置作業(yè)范圍，LC′G取300 mm，LD′E取150 mm，LEF取150 mm，通過查閱資料液壓缸壓縮時(shí)的長度LD′F取160 mm，將上述數(shù)據(jù)代入式(2)中，可得液壓缸避障水平偏移量h1為132 mm，大于100 mm，符合液壓缸避障設(shè)計(jì)要求。同時(shí)將數(shù)據(jù)代入式(3)中，可得液壓缸的理論行程為52 mm；由于短程液壓缸為標(biāo)準(zhǔn)件，其常見行程為50 mm 或者100 mm，所以行程選擇50 mm的短程液壓缸。

2.2 仿形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證集條裝置的穩(wěn)定性，仿形機(jī)構(gòu)采用平行四桿機(jī)構(gòu)，且桿件在同一水平面[15]。仿形機(jī)構(gòu)示意圖如圖4所示，圖4中H、N、O、P是桿件上的鉸接點(diǎn)，桿NP固定在機(jī)架上，桿HO安裝液壓馬達(dá)和盤刷。在行進(jìn)過程中，盤刷托盤支撐盤刷和液壓馬達(dá)的自重，并緊貼地面隨著地表起伏上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)仿形的功能。通過前期對地表平整度的測量，地表起伏程度以水平面為基準(zhǔn)上下移動(dòng)距離小于50 mm。

圖4 仿形機(jī)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of profiling device

在滿足仿形距離前提下，仿形機(jī)構(gòu)桿件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中要避免其端點(diǎn)與相鉸接的桿件碰撞產(chǎn)生干涉。如圖5所示，桿HN以N點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)過程中可能會(huì)與桿HO碰撞產(chǎn)生干涉。當(dāng)桿HN旋轉(zhuǎn)至垂直地面方向時(shí)上升的仿形高度最大，桿HN端點(diǎn)到桿HO內(nèi)表面的水平距離l應(yīng)該滿足關(guān)系式

l>h2-h3

(4)

式中：l——仿形桿HN端點(diǎn)到HO桿內(nèi)表面的水平距離，mm；

h2——仿形桿HN寬度的一半，mm；

h3——鉸接點(diǎn)H到與鉸接點(diǎn)H、N連線垂直的最近端面的距離，mm。

通過式(4)可知，l由h2、h3決定。h2取20 mm，h3取10 mm，則仿形桿HN的端點(diǎn)到HO桿內(nèi)表面的水平間距l(xiāng)為10 mm，考慮到樣機(jī)試制過程中的制作誤差和仿形機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性，兩鉸接桿安裝水平間距取15 mm。當(dāng)鉸接點(diǎn)H上升到最高處時(shí)仿形距離最大，仿形桿HN與地面垂直且等于最大仿形距離60 mm，大于地表凸起最高距離50 mm，滿足仿形高度要求。

2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)主要提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)盤刷旋轉(zhuǎn)和避障裝置液壓缸伸縮，實(shí)現(xiàn)落地紅棗集條和避障功能。集條裝置液壓系統(tǒng)原理圖如圖5所示，由液壓油箱、液壓泵、直動(dòng)溢流閥、電磁換向閥、調(diào)速閥、液壓馬達(dá)、液壓缸等組成。其中4個(gè)液壓馬達(dá)串聯(lián)，2個(gè)液壓缸并聯(lián)。

圖5 集條裝置液壓系統(tǒng)原理圖Fig.5 Schematic diagram of hydraulic system of strip collecting device1.液壓油箱 2.過濾器 3.液壓泵 4.直動(dòng)溢流閥 5.單向閥 6.M型三位四通電磁換向閥 7、8.O型三位四通電磁換向閥 9.調(diào)速閥 10.液壓馬達(dá) 11、12.液壓缸

液壓系統(tǒng)通過液壓泵提供動(dòng)力源，由盤刷馬達(dá)液壓回路和液壓缸避障回路組成。M型三位四通電磁換向閥控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)換向閥位于左位時(shí)，油路通過調(diào)速閥和馬達(dá)，并通過調(diào)速閥控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)換向閥位于中位時(shí)，油路被隔斷馬達(dá)不工作；當(dāng)換向閥位于右位時(shí)，此時(shí)油路被單向閥阻斷，馬達(dá)不工作。O型三位四通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)油路的反向，達(dá)到液壓缸伸縮避障的目的。

2.3.2 液壓元件選型

1)液壓缸選型。集條裝置設(shè)計(jì)有2個(gè)液壓缸，實(shí)現(xiàn)對機(jī)具兩側(cè)棗樹的避障。液壓缸伸縮過程中阻力主要是盤刷和馬達(dá)的自重在地表左右平移時(shí)的摩擦阻力，考慮到摩擦阻力相對于液壓缸推力較小，所以選擇常見缸筒內(nèi)徑為40 mm的短徑液壓缸。查詢液壓缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料，活塞桿直徑為28 mm，結(jié)合2.2.1避障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中液壓缸行程為50 mm，選擇液壓缸型號為YHG1-16 40/28*50LJ-HOt2。

2)液壓馬達(dá)選型。液壓馬達(dá)的作用是驅(qū)動(dòng)盤刷旋轉(zhuǎn)對落地紅棗集條作業(yè)[16]。盤刷在旋轉(zhuǎn)過程中的阻力主要來自盤刷與地表的摩擦阻力，馬達(dá)、盤刷和角度調(diào)節(jié)裝置總質(zhì)量為15 kg，摩擦系數(shù)為0.7，可得摩擦阻力103 N。刷毛受力向外彎曲延伸后的盤刷半徑取0.3 m，可得盤刷在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的扭矩為30.9 N·m。液壓系統(tǒng)的工作壓力取10 MPa，馬達(dá)的容積效率取0.9，則馬達(dá)的排量為21.57 mL/min。結(jié)合盤刷工作轉(zhuǎn)速范圍0～300 r/min，選取馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速為330 r/min，則馬達(dá)的最大流量為8.39 L/min。根據(jù)扭矩、排量、最大流量和轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，選擇擺線液壓馬達(dá)，型號為BMM40。

3)液壓泵選型。液壓泵為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。為了保證液壓泵的使用安全，液壓泵的額定壓力要高于系統(tǒng)壓力的10%～30%，則液壓泵的額定壓力為13 MPa?；钊麠U運(yùn)動(dòng)速度取0.025 m/s，則液壓缸的最大流量為3.14 L/min。由于左右兩側(cè)的液壓缸型號一樣，系統(tǒng)流量泄露系數(shù)取1.2，則系統(tǒng)內(nèi)最大流量為17.6 L/min。液壓泵轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，容積效率取0.9，則液壓泵排量為13.04 mL/r。根據(jù)液壓泵壓力、轉(zhuǎn)速和排量等數(shù)據(jù)，選擇CB型外嚙合齒輪泵，型號為CB-B16。

3 田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

2020年11月，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十三團(tuán)棗園試驗(yàn)田進(jìn)行了集條裝置的性能試驗(yàn)。試驗(yàn)田為矮密栽培模式，品種為灰棗，株距為0.8 m、行距為3 m，樹齡8年。

3.2 試驗(yàn)方案

隨機(jī)在棗樹行間選取長度為15 m的試驗(yàn)區(qū)，按試驗(yàn)要求調(diào)整裝置至所需參數(shù)后開展集條試驗(yàn)，圖6為試驗(yàn)過程。試驗(yàn)結(jié)束后收集位于盤刷集條方向一側(cè)的紅棗質(zhì)量稱重計(jì)為W1，位于盤刷清掃范圍內(nèi)未被集條的紅棗稱重計(jì)為W2，同時(shí)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5835—2009作為評判紅棗機(jī)械損傷的標(biāo)準(zhǔn)[17]，挑選集條區(qū)域內(nèi)破損的紅棗稱重記為W3。

圖6 集條裝置田間試驗(yàn)Fig.6 Field experiment of strip collecting device

前期預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改變盤刷前傾角大小會(huì)影響集條效果，當(dāng)前傾角大于20°時(shí)，刷絲磨損嚴(yán)重，所以前傾角設(shè)置為5°、10°、15°三個(gè)水平；由于地間漫灌儲(chǔ)水存在土埂，車速不宜過快，行進(jìn)速度應(yīng)在1 m/s以內(nèi)[18]；當(dāng)盤刷轉(zhuǎn)速低于185 r/min時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量紅棗在盤刷前方堆積的情況，所以應(yīng)大于185 r/min，當(dāng)超過250 r/min塵土較大且紅棗的破損率較高，所以應(yīng)控制在250 r/min以內(nèi)。前進(jìn)速度與盤刷轉(zhuǎn)速的配合將會(huì)影響到紅棗的運(yùn)動(dòng)軌跡，存在交互作用。因此選取試驗(yàn)因素為前進(jìn)速度A、盤刷轉(zhuǎn)速B和盤刷前傾角C，試驗(yàn)因素水平如表2所示。

表2 因素水平表Tab.2 Factors and levels

紅棗集條率的計(jì)算公式為

y1=W1/(W1+W2)

(5)

紅棗破損率的計(jì)算公式為

y2=W3/(W1+W2)

(6)

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

采用三因素三水平組合正交方法進(jìn)行試驗(yàn)，共分9組，每組試驗(yàn)重復(fù)4次，通過數(shù)據(jù)處理得到每次試驗(yàn)的集條率、破損率，取4次平均值，如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Tab.3 Orthogonal test scheme and results

3.3.1 集條率影響分析

由集條率方差分析表4可知，盤刷前傾角C對集條率影響極顯著，前進(jìn)速度A、盤刷轉(zhuǎn)速B對集條率影響顯著，A×B對集條率影響不顯著，顯著順序?yàn)镃>A>B>A×B。當(dāng)盤刷保持一定的前傾角，可以清掃出坑洼里的紅棗，對集條效果影響顯著；盤刷轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度決定紅棗運(yùn)動(dòng)軌跡方向，影響集條效果，但影響較弱。

表4 集條率方差分析表Tab.4 Analysis of variance of strip rate

3.3.2 破損率影響分析

由破損率方差分析表5可知，盤刷轉(zhuǎn)速B對破損率影響極顯著，前進(jìn)速度A對破損率影響顯著，A×B、盤刷前傾角C對破損影響不顯著，順序?yàn)锽>A>C>A×B。當(dāng)盤刷轉(zhuǎn)速增加時(shí)，對紅棗的碰撞力也會(huì)增加，從而導(dǎo)致破損率顯著增加；前進(jìn)速度相比盤刷轉(zhuǎn)速要小很多，對紅棗的沖擊相對較小，所以對破損率有影響但沒有盤刷轉(zhuǎn)速影響大。

表5 破損率方差分析表Tab.5 Analysis of variance of damage rate

3.3.3 多目標(biāo)尋優(yōu)

由于本次為多指標(biāo)正交試驗(yàn)，需要綜合考慮試驗(yàn)因素對集條率和破損率的綜合影響，本文采用多元回歸分析的方法對多指標(biāo)進(jìn)行分析，確定最優(yōu)水平，保證預(yù)測模型的精度。

通過表4可知，y1的極差為

Ry1=y1max-y1min

(7)

y2的極差為

Ry2=y2max-y2min

(8)

通過式(7)可得y1的極差為11.63，通過式(8)可得y2的極差為2.43，由于集條率和破損率兩項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)同等重要，結(jié)合實(shí)際工況集條率越高越好，而破損率越小越好，綜合考慮兩個(gè)指標(biāo)的共同影響，采用總極差相近的原理[19]，即y1的極差與權(quán)重系數(shù)之積的絕對值與y2的極差與權(quán)重系數(shù)之積的絕對值相近，由于y2越小越好，所以權(quán)重系數(shù)取負(fù)數(shù)，則y1的權(quán)重系數(shù)為1，y2的權(quán)重系數(shù)為-4.8，即集條效果y=y1-4.8y2。

通過Minitab軟件對表4中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，得到各試驗(yàn)因素對紅棗集條率和破損率的多元回歸模型方程。

y1=38.9+63.0A+0.190B-0.254AB+

0.725C

(9)

y2=-8.52+1.6A+0.043 6B-0.003 6AB+

0.013 9C

(10)

將式(9)與式(10)進(jìn)行整合，得到紅棗的集條效果模型。

y=y1-4.8y2=79.80+55.32A-0.02B-

0.24AB+0.66C

(11)

由于A∈[0.4，0.8]，B∈[200，250]，C∈[5，15]，通過對A、B、C分別求偏導(dǎo)數(shù)的方法得到集條效果y的極大值，則此時(shí)A、B、C對應(yīng)的值為最優(yōu)值，通過計(jì)算取A=0.8、B=200、C=15時(shí)，y最大為91.55，將A、B、C的值代入式(9)中，得紅棗集條率y1為97.54%，代入式(10)中，得紅棗破損率y2為1.11%。在因素取值范圍內(nèi)，前進(jìn)速度A取值越大、盤刷轉(zhuǎn)速B取值越小，有利于降低破損率，盤刷前傾角C取值越大，有利于提高集條率。綜上經(jīng)多元回歸分析的優(yōu)化，確定最優(yōu)因素水平，前進(jìn)速度為0.8 m/s、盤刷轉(zhuǎn)速為200 r/min、盤刷前傾角為15°時(shí)，紅棗集條率y1為97.54%，破損率y2為1.11%。

3.4 田間試驗(yàn)驗(yàn)證

在最優(yōu)參數(shù)組合下，即前進(jìn)速度為0.8 m/s、盤刷轉(zhuǎn)速為200 r/min、盤刷前傾角為15°時(shí)，開展田間驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化參數(shù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of verification experiment

通過驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可知，紅棗集條率和破損率的田間試驗(yàn)值與理論預(yù)測值相對誤差均小于2%，表明參數(shù)優(yōu)化模型合理，可用于集條作業(yè)性能預(yù)測。

4 結(jié)論

1)本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種與落地紅棗撿拾機(jī)配套的盤刷式集條裝置，可實(shí)現(xiàn)收獲期矮密栽培模式棗園內(nèi)散落于地表的紅棗集條，便于后續(xù)撿拾作業(yè)。

2)以盤刷轉(zhuǎn)速、盤刷前傾角和前進(jìn)速度為影響因素，紅棗集條率和破損率為評價(jià)指標(biāo)，通過三因素三水平正交組合試驗(yàn)得出影響集條率的主次順序?yàn)楸P刷前傾角、前進(jìn)速度、盤刷轉(zhuǎn)速；影響破損率的主次順序?yàn)楸P刷轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度、盤刷前傾角。采用多元回歸分析的方法，得出最優(yōu)水平為前進(jìn)速度為0.8 m/s，盤刷轉(zhuǎn)速為200 r/min，盤刷前傾角為15°，此條件下紅棗集條率為97.54%，破損率為1.11%。

3)在最佳參數(shù)組合下進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明紅棗集條率為96.64%，破損率為1.13%，試驗(yàn)值與理論預(yù)測值相對誤差分別為0.93%、1.77%，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。