中圖分類號：S224.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）07-0001-07

Abstract：Aimingattheproblemsofdifficultyincolectingresistance during theoperation ofagricultural machinery pressing parts （such as pressing rollers，pressing plates，etc.），as well as the complex structure and weak universality of relatedresistance testing devices，asetofresistancetesting system forpresing parts is designed.The systemis mainlycomposed of bench，motor drive system，resistance measurement and control system and hinged structure.The force measurement system is selected，and thekey structureis designedandanalyzed.The forceanalysis of the overall structure iscarredout，and the mechanical analysis modelisestablished.The measuredvalueof the sensorand theactual working resistanceiscalibrated，thefunctionalrelationshipbetweenthemisobtained.Taking theself-made pressing parts as an example，thethree-factorand thre-level Box—Benhnken test was carriedout.The working resistance of thepresing parts was taken as thetest index，the influenceof the forward speed，the typeof pressing rollerand thecompression amount on the working resistance wasanalyzed.The primaryand secondary order of the factors ffecting the working resistance was obtained as the forward speed，the compression amount and the typeof pressingroller. Through the analysis of Design—Expert software，the best combination of working parameters for the operation of the pressing parts is as follows：the forward speed of 0.6m/s ，bionic convex hull type pressing roller，compression amount of 10mm ，whilethe theoretical working resistance is343.3 N.The verification test of the optimal parameter combination shows that the working resistance of the suppression part is 357.3N ，and the relative error with the theoretical resistance value is 4.1% . This study can provide a reference for the optimization design of suppression parts and the research of working resistance.

Keywords：resistance testing system；repression；working resistance；orthogonal test；agricultural machiner

0 引言

鎮(zhèn)壓作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，主要是通過鎮(zhèn)壓輥或者鎮(zhèn)壓板等農(nóng)機(jī)部件在播種或起壟之后進(jìn)行作業(yè)[1，2]。鎮(zhèn)壓作業(yè)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤堅(jiān)實(shí)度，使種子或作物根系與周圍土壤密切接觸，提高水分吸收能力，起到蓄水、提、保墑和供熵的作用，為農(nóng)作物生長或移栽提供良好的苗床條件[3]

鎮(zhèn)壓部件在設(shè)計(jì)制造時(shí)，作業(yè)阻力是衡量其性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一。因此，鎮(zhèn)壓部件作業(yè)阻力的測量對鎮(zhèn)壓部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要[4-6]

為精確測量農(nóng)機(jī)部件的作業(yè)阻力，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者進(jìn)行了許多關(guān)于阻力測試的研究。賈洪雷等[8]提出了一種基于土壤堅(jiān)實(shí)度的鎮(zhèn)壓力實(shí)時(shí)測量方法，可通過數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)對鎮(zhèn)壓力的準(zhǔn)確量化和實(shí)時(shí)測量，應(yīng)用扭轉(zhuǎn)彈簧特性和角位移傳感器設(shè)計(jì)滑動式耕作部件阻力測試裝置，建立測試系統(tǒng)中的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與修正系數(shù)的換算關(guān)系，對比試驗(yàn)表明，該裝置可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測試阻力，與標(biāo)準(zhǔn)值誤差低于 5% 。劉行設(shè)計(jì)的阻力測試掛接裝置可以在測試耕作阻力大小的同時(shí)對耕作深度進(jìn)行監(jiān)測，適用于其他耕作部件。趙金輝等[10基于PLC、六分力測試裝置與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)了開溝器力學(xué)性能測試裝置，實(shí)現(xiàn)了開溝器的空間力學(xué)性能參數(shù)測試，測試精度能夠保證要求。趙偉博設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)技術(shù)的深松鏟工作阻力實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)，可以在田間作業(yè)時(shí)對深松鏟工作阻力等信息進(jìn)行在線監(jiān)測。鄔立巖等12基于土槽試驗(yàn)臺和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)了觸土部件前行阻力測試裝置，以插秧機(jī)船板為例，測試農(nóng)機(jī)關(guān)鍵觸土部件的受力情況，為田間觸土部件所受前行阻力的分析提供條件。

上述研究對阻力測試裝置的發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)，但通常只能測試特定的農(nóng)機(jī)部件，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、普適性不強(qiáng)等問題。針對這些問題，本文設(shè)計(jì)一種阻力測試系統(tǒng)。基于自制的阻力測試系統(tǒng)，對鎮(zhèn)壓部件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，為鎮(zhèn)壓部件作業(yè)阻力測試和鎮(zhèn)壓部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)主要針對壟作物壟型鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行阻力測試，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由臺架、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器、無紙記錄儀和鉸接結(jié)構(gòu)等組成。臺架總長1150mm 寬 1070mm 高 770mm ，包括鏈軸、地輪、機(jī)架。機(jī)架采用規(guī)格為 50mm×50mm 的方管作為支撐整體結(jié)構(gòu)的重要部分，各構(gòu)件采用焊接和緊固螺栓連接，保證其具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。懸臂梁固定在臺架下方的軸承座中，鎮(zhèn)壓部件通過自身的連接桿與懸臂梁連接，在其受到工作阻力時(shí)懸臂梁發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)與臺架之間的鉸連接。S形拉壓傳感器一端固定在傳感器基座，另一端通過螺桿與鎮(zhèn)壓部件相連，鎮(zhèn)壓部件前進(jìn)時(shí)的作業(yè)阻力通過螺桿直接作用到傳感器，實(shí)現(xiàn)傳感器對力的測量。傳感器基座通過U形螺栓與機(jī)架相連接，可對傳感器起到導(dǎo)向和保護(hù)作用。

圖1阻力測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.傳動結(jié)構(gòu)2.電機(jī)3.鏈軸4.懸臂梁5.仿生凸包結(jié)構(gòu)鎮(zhèn)壓輥 6.記錄儀7.傳感器基座8.傳感器9.臺架 10.鎮(zhèn)壓部件11.軸承座

1. 2 工作原理

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，臺架沿著土槽方向運(yùn)動，鎮(zhèn)壓部件對土槽進(jìn)行鎮(zhèn)壓。鎮(zhèn)壓裝置通過鉸連接結(jié)構(gòu)與臺架相連接，理論上，在鎮(zhèn)壓部件工作時(shí)會受到來自土槽的作業(yè)阻力產(chǎn)生彎矩，以鉸接點(diǎn)為圓心，以連接桿為半徑向反方向做圓周運(yùn)動。實(shí)際上，通過調(diào)整傳感器前端螺桿和鎮(zhèn)壓部件之間相對位置，使鎮(zhèn)壓裝置與螺桿直接接觸，限制其移動，實(shí)現(xiàn)剛性連接；試驗(yàn)過程中，鎮(zhèn)壓裝置受到作業(yè)阻力后被傳感器直接測量并通過記錄儀記錄。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動系統(tǒng)采用鏈條一鏈輪傳動。電機(jī)采用固定板和螺栓直接固定在機(jī)架上，作為動力來源。鏈軸通過軸承座固定在機(jī)架上，與鏈條、鏈輪相配合，將動力傳遞到地輪上。由于試驗(yàn)中需要滿足不同的速度要求，同時(shí)要能夠?qū)崿F(xiàn)臺架的前進(jìn)后退，因此，采用可編程控制器（PLC）控制步進(jìn)電機(jī)。該系統(tǒng)工作時(shí)，通過可編程控制器發(fā)出指令控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來調(diào)整測試系統(tǒng)運(yùn)動的速度和方向，其中速度可在 0～ 1.8m/s 內(nèi)連續(xù)變化，滿足試驗(yàn)需求。

2.2 測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)主要由S型拉壓傳感器、傳感器基座、220V 交流電源及無紙記錄儀等部分組成。傳感器采用DYLY一102型傳感器，S形梁體結(jié)構(gòu)，量程為 0～ 5000N ，供電電壓為 220V ，測量精度高、穩(wěn)定性好。傳感器與數(shù)據(jù)記錄儀相連，記錄儀將傳感器測得的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號并記錄，記錄間隔為1s，記錄數(shù)值可精確到小數(shù)點(diǎn)后三位。該記錄儀具有16通道，為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)過程中僅保留第1通道記錄阻力數(shù)值。在測控系統(tǒng)工作時(shí)，通過記錄儀顯示界面可以實(shí)時(shí)觀測阻力數(shù)值的變化，試驗(yàn)完成后將記錄儀儲存數(shù)據(jù)通過USB端口導(dǎo)出，利用與數(shù)據(jù)記錄儀相匹配的軟件DataManagement作為分析軟件進(jìn)行分析，該軟件可記錄每秒測定的數(shù)值并自動生成折線圖。

2.2.1 傳感器基座設(shè)計(jì)

為防止工作阻力過大時(shí)傳感器位置發(fā)生偏移和傳感器自身受損，將傳感器通過螺栓固定在傳感器基座的“凹\"型結(jié)構(gòu)內(nèi)，如圖2所示。傳感器距凹字型結(jié)構(gòu)兩側(cè)的距離 h₁ 為 40mm ，距底部的距離 h₂ 為 8mm .在方便安裝的前提下保證傳感器在水平和垂直方向上不發(fā)生較大偏移；雙螺栓固定保證前后螺桿同軸度小于 0.03mm ，可起到導(dǎo)向作用。

圖2傳感器基座結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2Schematic diagram of sensor base structure

1.螺桿2.傳感器3.記錄儀

2.2.2傳感器位置設(shè)定

為更清楚地表達(dá)鎮(zhèn)壓部件的工作阻力，將傳感器與鎮(zhèn)壓部件的接觸位置選擇在鎮(zhèn)壓部件最上方，如圖3所示。此時(shí)傳感器作用力與懸臂梁之間的力臂 L₂ 小于實(shí)際工作阻力與懸臂梁之間的力臂 L₁ ，因此，傳感器所測得的力大于實(shí)際工作阻力，可更清楚地觀察試驗(yàn)過程中的阻力變化。

在試驗(yàn)開始前使鎮(zhèn)壓部件與傳感器頂部相接觸，保證傳感器作用力 F_n 和工作阻力 F_f 在水平方向上相平行，同時(shí)保證 F_n 與力臂 L 之間的夾角始終呈 90^° ，此時(shí)傳感器作用力與工作阻力產(chǎn)生的彎矩近似相等，可減少因摩擦力產(chǎn)生的誤差。

圖3測力系統(tǒng)受力模型 Fig.3Force model of force measuring system

2.2.3 測力系統(tǒng)受力分析

在鉸接點(diǎn)支持力和軸承所受摩擦力忽略不計(jì)的情況下，傳感器的作用力與鎮(zhèn)壓部件作業(yè)阻力所產(chǎn)生的彎矩可以近似看作作用力與反作用力，二者方向相反，大小與力臂長短成反比關(guān)系，如式（1）所示。

M₁=F_fL₁=F_nL₂=M₂

式中： M₁ 一 作業(yè)阻力產(chǎn)生的彎矩， N?m ·M₂ 1 傳感器反作用力產(chǎn)生的彎矩， N?m F_f T 作業(yè)阻力，N；F_n 一 傳感器反作用力，N；L₁ 作業(yè)阻力到鉸接點(diǎn)的距離， m L₂ 一反作用力到鉸接點(diǎn)的距離， m 。

3 作業(yè)阻力標(biāo)定

考慮在計(jì)算過程中軸承摩擦力等不確定因素產(chǎn)生的誤差，為更準(zhǔn)確地測定實(shí)際作業(yè)阻力，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。假設(shè)鎮(zhèn)壓部件在工作過程中所受阻力在同一方向上大小相等，用彈簧秤的拉力代替實(shí)際工作阻力。將螺桿焊接在鎮(zhèn)壓部件中間位置的正下方，之后通過手拉彈簧秤給螺桿施加不同的拉力，并將記錄儀對應(yīng)顯示的數(shù)值記錄下來，對顯示數(shù)值與實(shí)際受力之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。在標(biāo)定過程中，保持拉力方向與阻力方向一致。考慮到彈簧秤的量程，人工調(diào)整拉力的大小，在 0～70N 內(nèi)，每間隔 10N 記錄1次記錄儀顯示的數(shù)值，記錄5次取平均值[13]。阻力數(shù)值標(biāo)定方法如圖4所示，標(biāo)定數(shù)據(jù)見表1。

圖4阻力數(shù)值標(biāo)定方法

1.記錄儀2.彈簧秤3.鎮(zhèn)壓部件4.傳感器5.傳感器基座

表1阻力數(shù)值標(biāo)定數(shù)據(jù)

Tab.1 Calibration data of resistancevalues

通過Origin軟件中的擬合工具對測定數(shù)值與實(shí)際阻力之間進(jìn)行線性擬合，可以看出，測定數(shù)值與實(shí)際阻力之間正相關(guān)線性關(guān)系較好，如圖5所示。得到的實(shí)際阻力與顯示數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系如式（2）所示。

Y=2X+0.64

式中： Y 一 測定阻力數(shù)值，N；X ——實(shí)際作業(yè)阻力，N。力數(shù)值20102030，40506070實(shí)際作業(yè)阻力/N

基于圖5中實(shí)際作業(yè)阻力與測定數(shù)值的關(guān)系，可以根據(jù)記錄儀的數(shù)值計(jì)算實(shí)際作業(yè)阻力。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

圖5實(shí)際作業(yè)阻力標(biāo)定擬合直線 Fig.5 Actual working resistance calibration fitting line

試驗(yàn)設(shè)備有鎮(zhèn)壓部件阻力測試系統(tǒng)； TYY-2 型土壤堅(jiān)實(shí)度測試儀（測量深度為 400mm ，量程為500kPa） ；卷尺（量程為 5m ；土壤含水率測試儀；彈簧秤（量程為 100N） ；電腦（Windows7操作系統(tǒng)）；傳統(tǒng)光滑鎮(zhèn)壓輥（直徑 D₁ 為 140mm ，寬度 H₁ 為 270mm） ，如圖6（a）所示；仿生凸包型鎮(zhèn)壓輥（直徑 D₂ 為 140mm 寬度 H₂ 為 270mm ），其中仿生凸包基圓直徑 D₃ 為15mm ，高度 H₃ 為 2.5mm ，在鎮(zhèn)壓輥上呈菱形排布，共12列，如圖6（b）所示。

4.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

為檢驗(yàn)阻力測試系統(tǒng)的可行性，進(jìn)行臺架試驗(yàn)。試驗(yàn)以自制鎮(zhèn)壓部件為例，為盡可能還原田間真實(shí)情況，對自制土槽進(jìn)行人工翻整，并在每次試驗(yàn)后重新翻整確保試驗(yàn)前土槽條件差別較小；試驗(yàn)土槽長 3m ，土壤為褐土。在試驗(yàn)時(shí)保留中間 2m 區(qū)域作為數(shù)據(jù)穩(wěn)定區(qū)，其余兩端各留 0.5m 作為緩沖區(qū)，如圖7所示。每次試驗(yàn)后在數(shù)據(jù)收集區(qū)范圍內(nèi)，用五點(diǎn)法確定取樣點(diǎn)位（間隔為 20cm ），測量土槽的含水率和土壤堅(jiān)實(shí)度，結(jié)果分別如表2和表3所示。

圖6鎮(zhèn)壓輥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6Schematic diagram of pressing roller structure

表2土槽不同深度的含水率Tab.2Water content of soil trench at different depth：

表3土槽不同深度的堅(jiān)實(shí)度Tab.3Firmness of soil trenchatdifferent depths

4.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

臺架試驗(yàn)為基于Box—Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)曲面法的三因素三水平試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。臺架試驗(yàn)的目的是求出最佳工作參數(shù)，對比仿生鎮(zhèn)壓部件與傳統(tǒng)鎮(zhèn)壓部件之間的性能，并探尋各個(gè)因素對作業(yè)阻力的影響規(guī)律。分別以前進(jìn)速度、鎮(zhèn)壓輥類型和鎮(zhèn)壓輥壓縮量為試驗(yàn)因素。每個(gè)因素取3個(gè)水平[14]。其中，鎮(zhèn)壓輥類型為傳統(tǒng)光滑鎮(zhèn)壓輥和仿生凸包型鎮(zhèn)壓輥；鎮(zhèn)壓輥壓縮量 R 為兩側(cè)鎮(zhèn)壓輥向內(nèi)壓縮的距離，可通過螺栓手動調(diào)節(jié)， R 調(diào)節(jié)范圍為 0～30mm ，如圖8所示。

圖8鎮(zhèn)壓輥壓縮量示意圖

Fig.8Diagram of pressing roller compression

結(jié)合田間實(shí)際作業(yè)情況選取前進(jìn)速度為 0.6～ 1.0m/s 。因素水平見表4。

表4試驗(yàn)因素水平編碼Tab.4Encoding of experimental factor levels

根據(jù)Design—Expert軟件中的響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，以作業(yè)時(shí)鎮(zhèn)壓部件所受到的作業(yè)阻力為試驗(yàn)指標(biāo)，試驗(yàn)總次數(shù)為17次，其中12組為析因點(diǎn)，5組為零點(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)多次，以估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案和結(jié)果如表5所示， A，B，C 分別為前進(jìn)速度、鎮(zhèn)壓輥類型和壓縮量的編碼值。

表5試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.5Test scheme and results

4.4 方差分析

數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后，得出鎮(zhèn)壓部件作業(yè)時(shí)的作業(yè)阻力的方差分析結(jié)果，如表6所示。

表6作業(yè)阻力方差分析Tab.6Variance analysis of working resistance

該模型的 F 值為 3705.77，Plt;0.0001 ，說明該模型極顯著；而失擬項(xiàng)的 P 值檢驗(yàn)結(jié)果不顯著（ P= 0.5034），說明該模型在選擇的參數(shù)范圍內(nèi)擬合程度較好，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對表6中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到鎮(zhèn)壓部件作業(yè)阻力對編碼自變量的二次多元回歸方程，如式（3）所示。

Y=495.8+62.38A+0.37B+40.25C- 0.25AB+AC-0.27A²-50.78B²-0.53C²

由表6可知， A，C 和 B² 對作業(yè)阻力影響極顯著，其他項(xiàng)不顯著。各自變量對作業(yè)阻力的顯著性由大到小依次為前進(jìn)速度、壓縮量、鎮(zhèn)壓輥類型。

4.5 響應(yīng)面分析

應(yīng)用響應(yīng)面法分析各因素對作業(yè)阻力的影響。固定3個(gè)因素中的1個(gè)因素為0水平，考察另外2個(gè)因素對作業(yè)阻力的影響。

1）鎮(zhèn)壓輥類型和前進(jìn)速度對作業(yè)阻力的影響如圖9所示。固定壓縮量為 20mm ，得到鎮(zhèn)壓輥類型和前進(jìn)速度對作業(yè)阻力的關(guān)系如式（4）所示。

Y=494.97+60.17A+0.17B+0.5AB+ 0.12A²-48.88B²

在前進(jìn)速度各個(gè)水平下，仿生鎮(zhèn)壓輥比傳統(tǒng)鎮(zhèn)壓輥?zhàn)鳂I(yè)時(shí)產(chǎn)生的作業(yè)阻力更小，這是因?yàn)榉律?zhèn)壓輥凸包結(jié)構(gòu)可以造成應(yīng)力集中，破壞土壤和鎮(zhèn)壓輥之間水膜連續(xù)性，減少土壤黏附量，從而減小作業(yè)時(shí)的阻力。在不同的鎮(zhèn)壓輥類型下，前進(jìn)速度對作業(yè)阻力影響顯著，作業(yè)阻力隨前進(jìn)速度的增大呈穩(wěn)定上升趨勢。

2）壓縮量和前進(jìn)速度對作業(yè)阻力的影響見圖10。固定鎮(zhèn)壓輥類型為傳統(tǒng)光滑鎮(zhèn)壓輥，得到壓縮量和前進(jìn)速度對作業(yè)阻力的關(guān)系如式（5）所示。

Y=495.7+60.8A+40.5C

圖10壓縮量和前進(jìn)速度對作業(yè)阻力的影響 Fig.1oEffect of compression amount and forward speed onworking resistance

在壓縮量各個(gè)水平下，作業(yè)阻力隨前進(jìn)速度的增大呈直線上升趨勢。在前進(jìn)速度各個(gè)水平下，作業(yè)阻力隨壓縮量增大呈快速上升趨勢。這是因?yàn)橥寥谰哂袎嚎s回彈特性，土壤向外回彈產(chǎn)生與鎮(zhèn)壓部件之間的摩擦力隨壓縮量的增大而增大，導(dǎo)致作業(yè)阻力上升。

3）壓縮量和鎮(zhèn)壓輥類型對作業(yè)阻力的影響如圖11所示。固定前進(jìn)速度為 0.8m/s ，得到鎮(zhèn)壓輥類型和壓縮量對作業(yè)阻力的關(guān)系如式（6）所示。

Y=495.9-0.33B+39.8C+0.75BC-50.7B²- 0.26C2 （6）

在壓縮量的各個(gè)水平下，作業(yè)阻力在鎮(zhèn)壓輥類型為仿生凸包型時(shí)更小。在不同鎮(zhèn)壓輥類型下，作業(yè)阻力隨壓縮量的增大呈現(xiàn)較小的上升趨勢。

圖11鎮(zhèn)壓輥類型和壓縮量對作業(yè)阻力的影響 Fig.11Effect of roller type and compression amount on working resistance

4.6 參數(shù)優(yōu)化

在滿足鎮(zhèn)壓作業(yè)效果的前提下以最小作業(yè)阻力為優(yōu)化目標(biāo)，利用Design—Expert軟件自帶的約束條件優(yōu)化求解模塊，可求得滿足約束條件的最小作業(yè)阻力的最優(yōu)參數(shù)組合，并進(jìn)行臺架試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，重復(fù)3次取平均值，得到的優(yōu)化方案和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如表7所示。在兩種情況下作業(yè)阻力值相對誤差為 4.1% ，表明回歸模型的精度可以滿足鎮(zhèn)壓部件參數(shù)優(yōu)化的需要。由優(yōu)化結(jié)果可以看出，在滿足鎮(zhèn)壓效果的前提下，仿生凸包結(jié)構(gòu)鎮(zhèn)壓輥的作業(yè)阻力更小，優(yōu)于傳統(tǒng)光滑鎮(zhèn)壓輥。

表7優(yōu)化方案和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果 Tab.7 Optimization scheme and experimental validation results

5 結(jié)論

1）針對農(nóng)機(jī)鎮(zhèn)壓部件作業(yè)時(shí)阻力采集困難和相關(guān)阻力測試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、普適性不強(qiáng)等問題，設(shè)計(jì)一種鎮(zhèn)壓部件作業(yè)阻力測試系統(tǒng)，主要包括電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、阻力測控系統(tǒng)和鉸接結(jié)構(gòu)等，能夠準(zhǔn)確測定阻力值。

2）對鎮(zhèn)壓部件進(jìn)行受力分析，得到鎮(zhèn)壓部件與傳感器的受力模型。對傳感器測定的阻力數(shù)值和鎮(zhèn)壓部件受到的阻力之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，建立兩者之間的線性比例關(guān)系。

3）設(shè)計(jì)并進(jìn)行關(guān)于作業(yè)阻力的響應(yīng)面試驗(yàn)，通過方差分析發(fā)現(xiàn)：各因素對作業(yè)阻力的影響顯著性順序依次為前進(jìn)速度、壓縮量、鎮(zhèn)壓輥類型。通過參數(shù)優(yōu)化得到作業(yè)阻力的最佳工作參數(shù)組合：前進(jìn)速度為0.6m/s 、仿生凸包鎮(zhèn)壓輥壓縮量為 10mm ，在上述工作參數(shù)下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的作業(yè)阻力為 357.3N 0與理論值誤差為 4.1% 。

參考文獻(xiàn)

[1]畢世英，劉偉達(dá)，郭麗君．大豆壟上耦合仿生鎮(zhèn)壓輪動力學(xué)分析與參數(shù)優(yōu)化[J]．中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2020，41（9）：25—32.Bi Shiying，Liu Weida，Guo Lijun. Dynamic analysis andparameter optimization of coupled bionic press rolleronsoybean ridge[J].Journal of Chinese AgriculturalMechanization，2020，41（9）：25-32.

[2]張仕林，趙武云，戴飛，等．全膜雙壟溝起壟覆膜機(jī)鎮(zhèn)壓作業(yè)過程仿真分析與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36（1）：20-30.ZhangShilin，ZhaoWuyun，DaiFei，etal.Simulation analysis and test on suppression operationprocess of ridging and film covering machine with full-film double-furrow [J]. Transactions of the Chinese Societyof Agricultural Engineering，2020，36（1）：20-30.

［3]尤晶晶，左青松，李靜，等．播深和鎮(zhèn)壓對機(jī)直播油菜成苗率、農(nóng)藝性狀和籽粒品質(zhì)的影響[J]．揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2023，44（3）：98-104.

[4]張成龍，黃銘森，張宋超，等．蔬菜精整地機(jī)鎮(zhèn)壓部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2023，44（4）：25－30，49.Zhang Chenglong，Huang Mingsen， Zhang Songchao，et al.Design and testing ofcompaction parts for vegetablefinishingmachines[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization，2023，44（4）：25—30，49.

[5]耿元樂，鐘曉康，王憲良，等．免耕播種機(jī)鎮(zhèn)壓力精準(zhǔn)調(diào)控研究[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2022，43（10）：141—148.Geng Yuanle， Zhong Xiaokang，Wang Xianliang，et al.Research onprecisepressurecontrolofzerotillageseeders [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2022，43（10）：141—148.

[6]賈洪雷，郭慧，郭明卓，等．行間耕播機(jī)彈性可覆土鎮(zhèn)壓輪性能有限元仿真分析及試驗(yàn)［J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（21）：9-16，315.Jia Honglei，Guo Hui，Guo Mingzhuo，et al.Finiteelement simulation analysis and testing of the performanceof the elastic covered soil compaction wheel of the inter rowtiller [J]. Transactions of the Chinese Societyof

[7]賈洪雷，王萬鵬，陳志，等．基于土壤堅(jiān)實(shí)度的仿形彈性鎮(zhèn)壓輥鎮(zhèn)壓力實(shí)時(shí)測量方法［J]．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，48（4）：1169—1175.JiaHonglei，WangWanpeng，Chen Zhi，etal.Real-timepressure measurement of profiling elastic pressroller basedon soilcone index [J].Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition），2018，48（4）：1169—1175.

[8]賈洪雷，羅曉峰，王文君，等.滑動耕作部件作業(yè)阻力測試裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（4）：56一64.JiaHonglei， Luo Xiaofeng，Wang Wenjun， etal.Design and testing of a resistance testing device for slidingtillage parts [J].Transactions of the Chinese Society forAgriculturalMachinery，2017，48（4）：56—64.

[9]劉行.中耕培土機(jī)構(gòu)及其阻力測試掛接裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D].長春：吉林大學(xué)，2020.

[10]趙金輝，楊學(xué)軍，劉立晶，等．基于PLC的播種機(jī)開溝器力學(xué)性能測試裝置[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（S1）：29-34

[5]趙男，金誠謙，王超，等．谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)智能化技術(shù)研究進(jìn)展[J]．中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2023，44（3）：163—170.Zhao Nan，Jin Chengqian，Wang Chao，et al.Researchprogress on intelligent technology of grain combinedharvester cleaning system [J]. Journal of ChineseAgricultural Mechanization，2023，44（3）：163-170.

[6]Gebrehiwot MG，De Baerdemaeker J，Baelmans M. Effectof a cross-flow opening on the performance of a centrifugalfaninacombineharvester： Computationalandexperimental study [J]. Biosystems Engineering，2010，105（2）：247—256.

[7] Sampat D L，Govardhan M. Computational studies of flowthrough cross flow fan： Effect of casing parameters [J].International Journal of Fluid Mechanics Research，2012，39（1）：54-74.

[8]Badretdinov I，Mudarisov S，Khasanov E，et al. Operationtechnological process research in the cleaning system ofthegrain combine[J].Journal ofAgriculturalEngineering，2021，52（2）.

[9]HimeurR M，Khelladi S， Ait Chikh M A，etal.Towards an accurate aerodynamic performanceanalysis methodology of cross-flow fans [J]. Energies，2022，15（14）：5134.

[10]李倍宇，連彩云．空調(diào)用貫流風(fēng)機(jī)特性研究及性能優(yōu)化[J]．節(jié)能，2023，42（9）：92-96.

[11]李磊，萬劍峰，劉文靜．貫流風(fēng)葉結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)風(fēng)量的影響研究[J]．日用電器，2022（8）：53-56.

[12］黃馳，王達(dá)，楊昆，等．基于遺傳算法的貫流風(fēng)機(jī)蝸殼型線優(yōu)化研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2020，41（5）：1110—1115.Zhao Jinhui，Yang Xuejun，Liu Lijing，et al. Mechanicalperformance testing device for planter trenchers basedon PLC [J]. Transactions of the Chinese Society forAgricultural Machinery，2014，45（S1）： 29-34

[11］趙偉博．深松鏟工作阻力實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)研究[D]．保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[12]鄔立巖，焦志彬，宋玉秋，等．農(nóng)機(jī)觸土部件前行阻力測試裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，47（5）：589-596.

[13] Zhao H， CuiT， Yang L， etal. Continuousmeasurement methodand mathematical modelforsoilcompactness [J]. International JournalofAgricultural and Biological Engineering，2022，15（5）：196-204.

[14］郭慧，陳志，賈洪雷，等．錐形輪體結(jié)構(gòu)的覆土鎮(zhèn)壓器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（12）：56一65.Guo Hui，Chen Zhi，Jia Honglei，et al.Design andtesting of soil cover compactor with conical wheelstructure [J]. Transactions of the Chinese Society ofAgricultural Engineering，2017，33（12）：56-65.