落地紅棗氣吹集條裝置參數(shù)試驗(yàn)研究

申玉珂,張鳳奎,石必堅(jiān),李錦錦,邵文晰,李 平

(1.塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300;2.新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 阿拉爾 843300)

0 引言

我國紅棗的主要產(chǎn)區(qū)為新疆、陜西、山東等地[1-3],且新疆是紅棗的重要產(chǎn)區(qū),種植面積與產(chǎn)量均居全國首位[1]。新疆紅棗種植面積大、產(chǎn)量大,但采收機(jī)具發(fā)展緩慢,所需勞動(dòng)力占整個(gè)紅棗生產(chǎn)過程的比重大[4-5];且當(dāng)前紅棗收獲方式效率低、成本高,嚴(yán)重阻礙了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

紅棗收獲作業(yè)主要分為3個(gè)流程:一是敲打樹干形成落棗;二是將落棗集聚成條或堆便于收獲[6-7];三是人工撿拾并借助半機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行篩分和除雜[8-10]。其中,落地紅棗的集條方式主要是人工使用消防風(fēng)機(jī)將落地紅棗吹到撿拾位置并聚集成堆或條,工作強(qiáng)度大、噪音大、塵土過多,不利于身體健康。落地林果撿拾機(jī)的集條裝置按照工作原理可分為機(jī)械式和氣吹式兩種:機(jī)械式集條裝置通常采用毛輥和毛刷,其通用性好,適用于大多數(shù)落地林果的集條,但機(jī)器相對(duì)于棗樹體積大、高度過高,難以對(duì)路間和樹下的紅棗進(jìn)行有效集條[11-12];氣吹式集條裝置的優(yōu)勢(shì)是不受棗園地形和種植模式限制,但目前針對(duì)落地紅棗在氣流作用下的研究較少,特別是紅棗在地表上受到氣流作用影響的試驗(yàn)研究[7]。因此,為獲得紅棗集條相關(guān)參數(shù)需通過試驗(yàn)進(jìn)行研究。

為研究紅棗在氣吹集條作業(yè)過程中氣流對(duì)落地紅棗集條效果的影響,本文利用自制試驗(yàn)裝置對(duì)落地紅棗進(jìn)行氣吹試驗(yàn)研究。通過單因素試驗(yàn)研究前進(jìn)速度、出口風(fēng)速、吹嘴距地高度和吹嘴旋轉(zhuǎn)角度對(duì)集條效果的影響規(guī)律和因素水平,最終通過正交試驗(yàn)確定集條部件作業(yè)時(shí)集條效果最佳的參數(shù)組合,旨在為紅棗集條、收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。

1 氣吹集條試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

氣吹集條試驗(yàn)裝置主要由機(jī)架、風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)和腳輪等組成,如圖1所示。風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于控制氣流速度;吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整吹嘴的距地高度和旋轉(zhuǎn)角度;試驗(yàn)裝置前方裝有支撐架,作業(yè)時(shí)將其抬高固定,作業(yè)結(jié)束后放下用于支撐;地輪可以通過調(diào)整角度來改變整體的高度。試驗(yàn)相關(guān)測(cè)量?jī)x器包括高度尺、量角器和高速風(fēng)速儀,用于對(duì)吹嘴位置調(diào)整和風(fēng)速大小記錄。氣吹集條試驗(yàn)裝置為牽引式,由拖拉機(jī)等動(dòng)力機(jī)械帶動(dòng)前進(jìn)。氣吹集條試驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.地輪 2.機(jī)架 3.風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 4.支撐架 5.吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)圖1 氣吹集條試驗(yàn)裝置Fig.1 Air-blowing ground jujube strip test device

表1 氣吹集條試驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of air-blowing landing jujube strip test device

1.2 風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由風(fēng)機(jī)、風(fēng)速儀和油門控制器組成,如圖2所示。風(fēng)機(jī)由汽油機(jī)帶動(dòng)工作,機(jī)架裝有油門控制器,可以通過控制油門大小來調(diào)節(jié)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;風(fēng)機(jī)出口裝有波紋管和吹嘴,高速風(fēng)速儀的測(cè)速頭放置于吹嘴出口處。

1.油門控制器 2.風(fēng)機(jī) 3.風(fēng)速儀圖2 風(fēng)力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Fig.2 Wind regulating mechanism

1.3 吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)

經(jīng)前期試驗(yàn)得出,吹嘴距地高度和旋轉(zhuǎn)角度都會(huì)影響氣流狀態(tài)(見圖3),不同氣流狀態(tài)下落地紅棗受到的作用力不同,紅棗沿垂直于前進(jìn)方向的位移不同。

圖3 吹嘴的旋轉(zhuǎn)角度和距地高度示意圖Fig.3 Diagram of rotation angle and height from the ground of the nozzle

當(dāng)集條時(shí)吹嘴距地高度大于15cm時(shí),漏吹率過大,因此選擇高度調(diào)節(jié)范圍為20cm;當(dāng)吹嘴轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于60°時(shí),集條率過小,因此將角度調(diào)整范圍選擇在0°～60°;吹嘴高度可以通過伸縮桿或地輪進(jìn)行調(diào)節(jié)(見圖4)。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓過大時(shí),使用卡箍將吹嘴固定,防止吹嘴竄動(dòng)影響試驗(yàn)的結(jié)果。

圖4 地輪調(diào)整Fig.4 Land wheel adjustment

該機(jī)構(gòu)主要作用是調(diào)整吹嘴的狀態(tài),主要由吹嘴、卡箍、角鐵、伸縮桿和鉸鏈等部件組成,如圖5所示。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 工作原理

工作開始前,根據(jù)試驗(yàn)要求使用吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整吹嘴的旋轉(zhuǎn)角度和距地位置,通過風(fēng)速儀測(cè)量吹嘴出口處的風(fēng)速,使用油門控制器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)至所需風(fēng)速,所有參數(shù)調(diào)整完畢后由動(dòng)力機(jī)械帶動(dòng)前進(jìn)開始作業(yè);在氣吹集條裝置前進(jìn)過程中,落地紅棗會(huì)在氣流的作用下開始向集條位置移動(dòng),最后聚集成條。

1.吹嘴 2.卡箍 3.角鐵 4.伸縮桿 5.鉸鏈圖5 吹嘴調(diào)整機(jī)構(gòu)Fig.5 Blowout adjustment mechanism

2.2 試驗(yàn)材料與測(cè)量設(shè)備

試驗(yàn)所用的紅棗品種為灰棗,于2021年10月5日在新疆阿拉爾市十團(tuán)棗園采收,選取表面無損傷、無蟲蛀、形狀規(guī)則且未經(jīng)清洗加工的灰棗為試驗(yàn)材料。

試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備主要有電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01mm)、卷尺(精度1mm)、量角器(精度1°)、高度尺(精度1mm)、風(fēng)速儀(精度0.1m/s)、土槽試驗(yàn)機(jī)、工具箱和自制氣吹集條試驗(yàn)裝置,如圖6所示。

圖6 氣吹集條試驗(yàn)裝置Fig.6 Air-blowing ground jujube strip test device

2.3 試驗(yàn)地點(diǎn)和預(yù)處理

1)試驗(yàn)地點(diǎn):塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院土槽實(shí)驗(yàn)室,試驗(yàn)前需要進(jìn)行地面處理和紅棗布置。

2)土槽地面的處理方法:土槽內(nèi)的泥土松散,紅棗在土槽地面的滾動(dòng)摩擦因數(shù)大于棗園地面的紅棗滾動(dòng)摩擦因數(shù),需要將泥土澆水壓實(shí)至紅棗滾動(dòng)摩擦因數(shù)接近棗園地面的紅棗滾動(dòng)摩擦因數(shù)。

3)紅棗布置方法:根據(jù)落地紅棗分布密度,將紅棗沿試驗(yàn)臺(tái)架作業(yè)方向上布置在1m×5m的區(qū)域內(nèi)。

2.4 試驗(yàn)方法

2.4.1 土槽地面滾動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定

使用100顆帶土灰棗作為試驗(yàn)材料,使用自制滾動(dòng)摩擦因數(shù)測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)定前,將在滾動(dòng)摩擦因數(shù)測(cè)量平臺(tái)放置在平整的地方,調(diào)節(jié)鋼板與地面的夾角為30°,在平臺(tái)上鋪滿土壤并壓平。測(cè)量過程中,讓紅棗在高度10cm處由靜止釋放,等紅棗靜止后測(cè)量移動(dòng)的距離。對(duì)每個(gè)紅棗的質(zhì)量和位移代入公式進(jìn)行計(jì)算,如圖7所示。

圖7 滾動(dòng)摩擦系數(shù)計(jì)算示意圖Fig.7 Diagram of rolling friction coefficient calculation

根據(jù)受力分析得到紅棗滾落至地面的速度,即

(1)

在地面上滾動(dòng)時(shí),有

(2)

紅棗與土地的滾動(dòng)摩擦因數(shù)為

(3)

式中g(shù)—重力加速度常數(shù)(m/s2);

L—紅棗釋放處至與地面接觸端的斜面長(zhǎng)度(mm);

S—紅棗在地面運(yùn)動(dòng)的位移(mm);

θ—斜面與水平面之間的夾角(30°);

μ—紅棗與土地的滾動(dòng)摩擦因數(shù)。

2.4.2 集條率測(cè)定方法

本次試驗(yàn)使用土槽試驗(yàn)機(jī)牽引落氣吹集條試驗(yàn)裝置,土槽試驗(yàn)機(jī)控制前進(jìn)速度。試驗(yàn)前,在土槽中選定集條作業(yè)的工作區(qū),在集條工作區(qū)對(duì)棗園地面情況進(jìn)行還原。落氣吹集條試驗(yàn)裝置作業(yè)方式為單邊集條、每行作業(yè)兩次。通過紅棗種植模式調(diào)研發(fā)現(xiàn)棗樹行距在2～4m,結(jié)合作業(yè)方式集條距離選擇為2m。每次集條作業(yè)完成后,在集條線處放置卷尺,對(duì)集條結(jié)果進(jìn)行拍照(見圖8),并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)圖片進(jìn)行處理,統(tǒng)計(jì)被集條的紅棗,計(jì)算集條率。

圖8 集條試驗(yàn)Fig.8 Set strip test of ground jujube

2.5 試驗(yàn)指標(biāo)

結(jié)合落地紅棗氣吹試驗(yàn)臺(tái)架的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作業(yè)方式,安排集條試驗(yàn)臺(tái)架的試驗(yàn)方法,選擇集條率作為試驗(yàn)指標(biāo)。

紅棗集條率為被集條紅棗個(gè)數(shù)與紅棗總數(shù)的比值。通過紅棗計(jì)數(shù)來計(jì)算集條率,完成集條作業(yè)后對(duì)到達(dá)集條區(qū)域的紅棗進(jìn)行計(jì)數(shù),則集條率為

(4)

式中Sj—集條率;

nj—達(dá)到集條距離的紅棗個(gè)數(shù)(個(gè));

nz—紅棗總個(gè)數(shù)(個(gè))。

3 單因素試驗(yàn)與結(jié)果分析

集條效果會(huì)受作業(yè)前進(jìn)速度、吹嘴距地高度、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度及吹嘴出口風(fēng)速4個(gè)因素的影響。以集條率為指標(biāo),探尋各因素對(duì)集條效果的影響規(guī)律,以期從氣吹集條試驗(yàn)裝置單因素試驗(yàn)結(jié)果中選擇合適的因素水平,為正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與進(jìn)行提供基礎(chǔ)。

3.1 吹嘴出口風(fēng)速與集條率之間的關(guān)系

探究不同吹嘴出口風(fēng)速下對(duì)紅棗集條率的影響趨勢(shì),試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。本組試驗(yàn)使用的作業(yè)前進(jìn)速度為1km/h、吹嘴距地高度高度為10cm、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為0°,紅棗分為等質(zhì)量的5組,將5組紅棗分別在不同吹嘴出口風(fēng)速下進(jìn)行氣吹集條試驗(yàn),每組測(cè)量5次,其平均值作為該組的最終集條率,得出5組紅棗集條率分別為36.31%、82.65%、90.70%、92.74%、93.74%。

由表2可知:當(dāng)其他因素保持不變時(shí),每組試驗(yàn)的紅棗集條率變化程度不大,滿足數(shù)據(jù)均勻性;各組標(biāo)準(zhǔn)差為0.0059、0.0218、0.0239、0.0142、0.0180,各組變異系數(shù)為0.0161、0.0264、0.0263、0.0153、0.0192,各組標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)小、數(shù)據(jù)集中,各組平均值可作為集條率[13-15]。

表2 不同吹嘴出口風(fēng)速下集條率試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of strip rate under different blowing nozzle outlet wind speeds

吹嘴出口風(fēng)速與集條率的關(guān)系曲線如圖9所示。由圖9可知:集條率隨著出口風(fēng)速的增加呈線性增加,50～60m/s時(shí),集條效果提升顯著但集條率低;在80～90m/s時(shí),集條率隨出口風(fēng)速增加的不明顯;從集條率和節(jié)約能源的角度來看,在60～80m/s吹嘴出口風(fēng)速時(shí)研究集條作業(yè)是最合適的。其關(guān)系曲線擬合函數(shù)為y=-1.1254x4+16.584x3-90.365x2+217.93x-106.41(R2=1)。

圖9 吹嘴出口風(fēng)速與集條率的關(guān)系曲線

吹嘴出口風(fēng)速單因素方差分析如表3所示。其結(jié)果顯示誤差值為0.006,顯著性小于0.01,表明在α=0.01時(shí)顯著,擬合程度好。

表3 吹嘴出口風(fēng)速單因素方差分析結(jié)果Table 3 Results of single factor analysis of variance for outlet wind speed of nozzle

3.2 作業(yè)前進(jìn)速度與集條率之間的關(guān)系

從單因素試驗(yàn)結(jié)果中探究作業(yè)前進(jìn)速度對(duì)集條率的影響特點(diǎn),在不同前進(jìn)速度下對(duì)紅棗進(jìn)行集條試驗(yàn),結(jié)果如表4所示。本試驗(yàn)條件為吹嘴距地高度10cm、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為0°、吹嘴出口風(fēng)速為70m/s,分別在0.5、1、1.5、2、2.5km/h的情況下進(jìn)行試驗(yàn);每個(gè)速度下進(jìn)行5次試驗(yàn),其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

表4 不同作業(yè)前進(jìn)速度下集條率試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of strip rate under different forward speed of prototype

由表4可知:每組紅棗集條率的數(shù)據(jù)滿足均勻性,標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.0124、0.0100、0.0091、0.0191、0.0230,變異系數(shù)分別為0.0150、0.0120、0.0127、0.0360、0.0730;各組數(shù)據(jù)離散程度小,平均值可以作為不同作業(yè)前進(jìn)速度下的集條率。

作業(yè)前進(jìn)速度和集條率的關(guān)系曲線如圖10所示。由圖10可知:集條率隨著作業(yè)前進(jìn)速度的增加而減少,在0.5～1km/h時(shí)集條率較高,但隨前進(jìn)速度提升變化不大;當(dāng)前進(jìn)速度在2～2.5km/h時(shí)集條率低于50%;從集條率和作業(yè)效率來看,集條作業(yè)的前進(jìn)速度在1～2km/h時(shí)最合適。

使用二次多項(xiàng)式擬合,其變化趨勢(shì)為y=-0.0349x2+0.0766x+0.7968(R2= 0.9968)。

圖10 作業(yè)前進(jìn)速度與集條率的關(guān)系曲線Fig.10 The relation curve between forward speed and strip rate of prototype

作業(yè)前進(jìn)速度單因素方差分析表如表5所示。由表5可知:誤差值為0.0049,顯著性小于0.01,表明在α=0.01水平下顯著,擬合程度好。

表5 作業(yè)前進(jìn)速度單因素方差分析結(jié)果Table 5 Results of single factor analysis of variance for forward speed of prototype

3.3 吹嘴旋轉(zhuǎn)角度與集條率之間的關(guān)系

研究不同吹嘴旋轉(zhuǎn)角度對(duì)集條率的影響規(guī)律,進(jìn)行不同吹嘴旋轉(zhuǎn)角度的單因素試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。在其他影響因素不變的情況下,分別在吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為0°、15°、30°、45°、60°時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),每個(gè)角度下進(jìn)行5次試驗(yàn),將每組試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

表6 不同吹嘴旋轉(zhuǎn)角度下集條率試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of strip rate under different nozzle rotation angles

由表6試驗(yàn)結(jié)果可知:5組的紅棗集條率分別為96.96%、95.57%、74.05%、54.43%、30.45%,標(biāo)準(zhǔn)差依次是0.0189、0.0157、0.0119、0.0233、0.0177,變異系數(shù)依次是0.0195、0.0165、0.0161、0.0428、0.0580。標(biāo)準(zhǔn)差表明數(shù)據(jù)波動(dòng)不大,變異系數(shù)表明數(shù)據(jù)集中,每組集條率為該組平均值。

吹嘴旋轉(zhuǎn)角度變化對(duì)集條率的影響如圖11所示。由圖11可知:隨著吹嘴旋轉(zhuǎn)角度變大集條率減小,造成這種現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)角度增至某一值時(shí),紅棗容易堆積在中部呈倒三角形;在45°～60°時(shí)集條率低于50%,從集條率和集條效果來看,吹嘴旋轉(zhuǎn)角度選在0°～30°合適;隨著角度從0°升至60°,集條率從96.96%降至30.45%。對(duì)該曲線進(jìn)行擬合,結(jié)果為y=-0.0309x2+0.0113x+1.009(R2= 0.9887)。

圖11 吹嘴旋轉(zhuǎn)角度與集條率的關(guān)系曲線Fig.11 Relationship curve between nozzle rotation angle and strip rate

吹嘴旋轉(zhuǎn)角度單因素方差分析結(jié)果如表7所示,其誤差為0.006,顯著性小于0.01,表明在α=0.01水平下顯著,擬合程度較好。

表7 吹嘴旋轉(zhuǎn)角度單因素方差分析結(jié)果Table 7 Results of single factor analysis of variance for rotation angle of nozzle

3.4 吹嘴距地高度與集條率之間的關(guān)系

本試驗(yàn)探究吹嘴距地高度對(duì)紅棗集條率的影響趨勢(shì),結(jié)果如表8所示。本次試驗(yàn)的條件為作業(yè)前進(jìn)速度1km/h、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度0°、吹嘴出口風(fēng)速70km/h,對(duì)吹嘴距地高度0、5、10、15、20cm的情況進(jìn)行試驗(yàn),每種情況進(jìn)行5次試驗(yàn),集條率取每組的平均值。從表8的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知5組紅棗集條率依次為23.42%、58.10%、94.94%、89.02%、45.55%。

表8 不同吹嘴距地高度下集條率試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Test results of strip rate under different blowing nozzle heights

續(xù)表8

當(dāng)其他因素一定時(shí),5組紅棗的集條率變化較小,數(shù)據(jù)均滿足均勻性。吹嘴距地高度從低到高各組的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0220、0.0269、0.0337、0.0191、0.0198,變異系數(shù)為0.0940、0.0464、0.0355、0.0214、0.0435。兩項(xiàng)數(shù)據(jù)表明:每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中,其平均值可用于集條率。

吹嘴距地高度與紅棗集條率的關(guān)系如圖12所示。由圖12可知:集條率隨著吹嘴距地高度的增加呈現(xiàn)波動(dòng)變化,其峰值在10cm;集條率在吹嘴距地高度5cm時(shí)最低,主要原因是地面坑洼不平,氣流容易被小土丘阻擋;集條率在吹嘴距地高度15～20cm時(shí)下降明顯,主要原因是吹嘴過高使吹嘴下方的紅棗無法受到氣流影響;根據(jù)集條率和集條效果來看,吹嘴距地高度選在5～15cm合適。對(duì)關(guān)系曲線進(jìn)行二項(xiàng)式擬合y= -0.1422x2+0.9283x-0.5988(R2=0.9461)。吹嘴距地高度單因素方差分析結(jié)果如表9所示,其誤差為0.006,顯著性小于0.01,表明在α=0.01水平下顯著,擬合程度較好。

圖12 吹嘴距地高度與集條率的關(guān)系曲線Fig.12 The curve of the relationship between the height of the blowing nozzle and the strip rate

表9 吹嘴距地高度單因素方差分析結(jié)果Table 9 Results of single factor analysis of variance for height of blowing mouth

3.5 因素水平選取

從單因素試驗(yàn)可知吹嘴出口風(fēng)速與集條率成正相關(guān)關(guān)系,較優(yōu)的吹嘴出口風(fēng)速為60、70、80m/s;作業(yè)前進(jìn)速度和集條率成負(fù)相關(guān)關(guān)系,選擇1、1.5、2km/h進(jìn)行正交試驗(yàn);隨著吹嘴旋轉(zhuǎn)角度變大集條率減小,較優(yōu)的吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為0°、15°、30°;在吹嘴距地高度0、5、10、15、20cm的情況下,在10cm時(shí)集條率最高,選擇吹嘴距地高度5、10、15cm進(jìn)行正交試驗(yàn)。

4 正交試驗(yàn)與結(jié)果分析

通過單因素試驗(yàn)得出各試驗(yàn)因素水平并設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。通過正交試驗(yàn)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析、方差分析,反映各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響程度,以獲取理論最優(yōu)參數(shù)組合,并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

不考慮單因素試驗(yàn)結(jié)果交互作用,開展L9(34)正交試驗(yàn),研究吹嘴出口風(fēng)速(A)、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度(B)、吹嘴距地高度(C)、作業(yè)前進(jìn)速度(D)對(duì)撿拾性能指標(biāo)的影響。正交試驗(yàn)因素水平如表10所示,正交試驗(yàn)結(jié)果如表11所示,方差分析如表12所示。

表11 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 11 Orthogonal test results

表12 正交試驗(yàn)方差分析Table 12 Variance analysis of orthogonal test

最優(yōu)方案:吹嘴出口風(fēng)速80m/s、作業(yè)前進(jìn)速度1.5km/h、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度15°,吹嘴距地高度為15cm的試驗(yàn)不在所進(jìn)行的試驗(yàn)中,對(duì)該組合進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,在該試驗(yàn)條件下進(jìn)行3次試驗(yàn)取平均值,結(jié)果為集條率98.84%。該組合試驗(yàn)結(jié)果超過了之前9種組合的集條率,為最優(yōu)參數(shù)組合。

由表11可知:4個(gè)因素對(duì)集條率影響排名依次為A吹嘴出口風(fēng)速>B吹嘴旋轉(zhuǎn)角度>D作業(yè)前進(jìn)速度>C吹嘴距地高度。從方差分析表12結(jié)果可以看出:因素A(吹嘴出口風(fēng)速)對(duì)集條率的影響最大,后面依次是因素B(吹嘴旋轉(zhuǎn)角度)、因素D(作業(yè)前進(jìn)速度)和因素C(吹嘴距地高度),與極差分析結(jié)果一致。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出:最優(yōu)參數(shù)組合為A3B2D2C3,即吹嘴出口風(fēng)速為80m/s,作業(yè)前進(jìn)速度為1.5km/h,吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為15°,吹嘴距地高度為15cm,該組合集條率為98.84%。

5 結(jié)論

1)根據(jù)落地紅棗機(jī)械化集條需求,設(shè)計(jì)了一種落地紅棗氣吹集條試驗(yàn)裝置,可以根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)吹嘴出口風(fēng)速、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度和吹嘴距地高度進(jìn)行調(diào)整。

2)通過單因素試驗(yàn)研究了吹嘴出口風(fēng)速、作業(yè)前進(jìn)速度、吹嘴距地高度、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度對(duì)集條率的影響規(guī)律。結(jié)果表明:吹嘴出口風(fēng)速與集條率成正相關(guān),吹嘴旋轉(zhuǎn)角度、作業(yè)前進(jìn)速度與集條率成負(fù)相關(guān),吹嘴距地高度與集條率呈現(xiàn)波動(dòng)關(guān)系,在10cm時(shí)集條率最高;最終確定吹嘴出口風(fēng)速范圍為60～80m/s,作業(yè)前進(jìn)速度范圍為1～2km/h,吹嘴旋轉(zhuǎn)角度范圍為0°～30°,吹嘴距地高度范圍為5～15cm。

3)通過設(shè)計(jì)并進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),使用極差分析和方差分析了吹嘴出口風(fēng)速、作業(yè)前進(jìn)速度、吹嘴距地高度、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度對(duì)集條率的影響,結(jié)果表明:4個(gè)影響因素都為顯著因素,各個(gè)因素影響集條率的主次順序?yàn)榇底斐隹陲L(fēng)速、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度、作業(yè)前進(jìn)速度、吹嘴距地高度。通過試驗(yàn)驗(yàn)證得出:最佳參數(shù)組合吹嘴出口風(fēng)速為80m/s、作業(yè)前進(jìn)速度為1.5km/h、吹嘴旋轉(zhuǎn)角度為15°、吹嘴距地高度為15cm時(shí),集條率為98.84%。