姬江濤，張 冕，劉劍君，杜新武，賀智濤

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

0 前言

煙草作為中國種植歷史悠久的主要經(jīng)濟作物，對經(jīng)濟發(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)濟效益。目前，中國移栽機械型號眾多、款式多樣，但大多是引進和仿制國外的先進機型，符合中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求的機器較少，且可靠性較差、移栽效果不如農(nóng)民預期，使得中國機械化移栽一直處于較低水平。近年來，中國煙草種植面積在不斷增加，但由于城鎮(zhèn)化建設的發(fā)展，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口的逐漸減少，當前的煙草移栽技術(shù)水平已經(jīng)嚴重的制約了中國煙草行業(yè)的發(fā)展。因此，發(fā)展高質(zhì)、高效的煙草移栽機已成為中國煙農(nóng)最迫切的需求［1-5］。

近年由于在缽土配制、機械化制缽工藝和煙苗培育等方面取得很大進展，為大面積應用移栽創(chuàng)造了基礎條件。因此，研發(fā)出適合中國煙草種植習慣的、中國農(nóng)民能夠承受的新一代煙草栽植機械，具有很大的實用價值和重要的經(jīng)濟意義［6-7］。

當前國內(nèi)相關文獻中，未見到關于煙草缽苗移栽機械移栽性能的研究。本文利用自制的缽苗栽植機進行了試驗研究，分析試驗結(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具的改進設計提供試驗依據(jù)［8-12］。

1 試驗機具與條件

試驗樣機主要由機架、驅(qū)動機構(gòu)、喂苗盤、移栽機構(gòu)、變速箱、鎮(zhèn)壓輪及灑水機構(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，株距600 mm，配套動力22.1 kW。機具的送料機構(gòu)與車架平行連接，隨著機器的前進，座椅上的栽植手將煙草缽苗依次喂入苗杯中，每個苗杯中1棵。缽苗隨同苗杯在特定的封閉軌道上勻速運動，當運動到移栽器上方時，閉合的苗杯底部在重力和彈簧的共同作用下快速打開。缽苗自由落入正下方的栽植機構(gòu)中，隨同栽植器一起運動。栽植機構(gòu)的運動由連接在變速箱上的多連桿機構(gòu)和主拉線機構(gòu)共同控制，當栽植機構(gòu)插入土中并迅速張開時，缽苗被完全植入穴內(nèi)。一對向內(nèi)側(cè)傾斜的鎮(zhèn)壓輪由兩側(cè)以擠壓的形式壓實苗帶兩側(cè)土壤，其后面的一對刮板式覆土器進一步覆上浮土，以利保墑。與此同時，給水機構(gòu)對苗穴進行澆水，提高缽苗的成活率。

圖1 試驗樣機結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)預試驗及相關文獻報道［13-16］，確定栽植機工作速度、移栽器入土角、鎮(zhèn)壓輪夾角3個參數(shù)作為試驗因素;煙苗的直立率為試驗目標。

試驗材料為帶營養(yǎng)基的煙苗，高度為150 mm左右，直徑為15～30 mm;栽植前用起壟機進行起壟，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 試驗方案

通過預試驗確定各因素主次關系為:前進速度、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)間的關系，進行回歸試驗。試驗因素為:栽植器入土角x1，(°);栽植機工作前進速度x2，m/s;鎮(zhèn)壓輪傾角x3，(°)。試驗指標為直立率y，%。采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計進行試驗［17］，因素水平編碼表如表1 所示［14-18］。

試驗方案及結(jié)果見表2，每組試驗做5次，取平均值計入表中。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 數(shù)學模型建立

通過試驗數(shù)據(jù)，建立缽苗直立率的回歸方程。通過對回歸方程進行F檢驗，結(jié)果如表3所示。計算結(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 試驗方案與結(jié)果

表3 回歸方程檢驗表

3.2 因子效應分析

3.2.1 主效應分析

由于式(1)中應用無量綱線性編碼代換，偏回歸系數(shù)已標準化。固定兩個因子為零水平，得到另一個因子與直立率的關系為

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

由圖2單因素對缽苗直立率的影響圖形分析可知:機組前進速度和栽植器入土角對直立率影響比較大，這是因為在缽苗栽植過程中，喂苗盤和栽植器都是由地輪運動所帶動的，而地輪與喂苗盤和地輪與栽植器的傳動比不同，在同一前進速度下，喂苗盤的喂苗時間與移栽器的接苗時間都是獨立的某一數(shù)值，而隨著機組前進速度的提高，地輪運動加快，傳動到喂苗盤及栽植器的速度不同，會造成喂苗時間與接苗時間之間的誤差越來越大，導致缽苗無法順利的落入移栽器，從而造成漏苗、漏栽、栽直率低，使得缽苗無法成活，造成機器栽直率的降低。而栽植器的入土角直接決定缽苗入土時的形態(tài)，當入土角在合理的范圍內(nèi)(9°～13°)不斷增大時，缽苗入穴后形態(tài)越好，即直立度越高。

3.2.2 交互效應分析

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

圖2 各因素與直立率的主效應圖

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

圖3 機組前進速度與栽植器入土角交互作用對直立率的影響

圖4 機組前進速度與鎮(zhèn)壓輪夾角交互作用對直立率的影響

4 結(jié)論

(1)建立了移栽機前進速度、移栽器傾角、鎮(zhèn)壓輪夾角三因素對缽苗直立率影響的數(shù)學模型。

(2)隨著機組前進速度的減小、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;當機組前進速度為0.23 m/s，栽植器入土角為11°，鎮(zhèn)壓輪夾角為18°時，栽植效果最好，且直立率為97.31%。

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

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