劉鵬霞,安世才,孟養(yǎng)榮,王　赟,雷明成

(甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站， 甘肅 蘭州 730046)

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1MLQS
—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)性能優(yōu)化試驗(yàn)

劉鵬霞,安世才,孟養(yǎng)榮,王赟,雷明成

(甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站， 甘肅 蘭州 730046)

摘要：為了檢驗(yàn)并優(yōu)化自主研制的1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)性能，以采光面機(jī)械破損程度、膜邊覆土寬度合格率、膜邊覆土厚度合格率、地膜漏覆土程度為作業(yè)指標(biāo)，采用三因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。通過極差分析和方差分析，得出土壤升運(yùn)器前軸與開溝鏟安裝軸的縱向間距對(duì)各試驗(yàn)指標(biāo)的影響顯著；通過綜合平衡法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析，得出最優(yōu)參數(shù)組合為：土壤升運(yùn)器前軸與開溝鏟安裝軸的縱向間距為30 mm、土壤升運(yùn)器線速度與機(jī)組作業(yè)速度的比值為2.5、起壟開溝鏟傾角為25°。驗(yàn)證試驗(yàn)表明：該機(jī)采光面機(jī)械破損程度<1%，膜邊覆土寬度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%。

關(guān)鍵詞：起壟；全鋪膜；聯(lián)合作業(yè)機(jī)；正交試驗(yàn)；綜合平衡分析

甘肅省大多數(shù)地區(qū)屬于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，水是作物生長發(fā)育的主要限制因子，合理、有效地利用有限的降水資源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的半膜平鋪穴播技術(shù)雖然具有明顯的保墑增溫效果，但對(duì)雨水的保蓄率低，秋、冬、春三季土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重，不能有效集蓄和利用早春稀少的降水，特別是小于10 mm的微小降水。針對(duì)上述問題，甘肅省農(nóng)業(yè)科技工作者經(jīng)過大量探索和研究，創(chuàng)新提出了全膜雙壟溝播技術(shù)[1]。該技術(shù)現(xiàn)已大面積推廣，為了加快該技術(shù)的推廣，相關(guān)農(nóng)機(jī)科研院所研制了相應(yīng)的配套機(jī)具，其功能基本一致，工作性能各有長短。為了提高機(jī)具的工作性能，本文對(duì)自主研制的1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)研究[2-3]，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

1整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2-3]。

機(jī)組作業(yè)過程中，兩組起壟開溝鏟同時(shí)入土開溝，翻到兩邊的土壤由整形限深輪修整為大小壟面，鏟中間的土壤則沿著鏟面上升并隨帶板開式土壤升運(yùn)裝置均勻地輸送到土壤分流裝置上，土壤在重力作用下沿土壤分流裝置滑落到地膜兩邊和2個(gè)壟溝底的膜面上，實(shí)現(xiàn)縱向覆土壓膜。工作單行程結(jié)束時(shí)將地膜切斷，返回行程重復(fù)上述作業(yè)[4-5]。

注：1.機(jī)架；2.起壟開溝鏟；3.傳動(dòng)裝置；4.土壤升運(yùn)裝置；5.整形限深裝置；6.掛膜裝置；7.土壤分流裝置

Note： 1.Frame； 2.Ridging ditch shovel； 3.Transmission； 4.Rise transport device for soil； 5.Device for shaping and limit deep； 6.Device for hang flim； 7.Device for distributary soil

圖1起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

Fig.1The structure sketch of the combined machine

with ridge forming and paving plastic film

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)時(shí)間為2012年11月，地點(diǎn)設(shè)在甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)白廟鄉(xiāng)小陳村。試驗(yàn)土壤為黃綿土，土壤含水率為13.78%。試驗(yàn)時(shí)我們參照文獻(xiàn)[6]和[7]中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。機(jī)具試驗(yàn)實(shí)景如圖2所示。

圖2試驗(yàn)實(shí)景

Fig.2The real test picture

2.1試驗(yàn)指標(biāo)

為了對(duì)1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過市場(chǎng)調(diào)查和咨詢業(yè)內(nèi)人士，參照行業(yè)專家的觀點(diǎn)和實(shí)地考察的結(jié)果，得出該機(jī)試驗(yàn)指標(biāo)為采光面機(jī)械破損程度、膜邊覆土寬度合格率、膜邊覆土厚度合格率、地膜漏覆土程度。其中采光面機(jī)械破損程度和地膜漏覆土程度要求越小越好，其余指標(biāo)越大越好。各指標(biāo)的定義和計(jì)算均參照文獻(xiàn)[6]中的表述進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。

2.2試驗(yàn)因素及水平

影響試驗(yàn)指標(biāo)的因素很多，其中有些因素雖然非常重要，但人們無法控制，如土壤的濕度、殘茬和雜草狀況、整地狀況等因素。因此本次試驗(yàn)主要考察可以人為控制又對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響最主要的因素：作業(yè)速度與土壤升運(yùn)器線速度的比值、土壤升運(yùn)器前軸與起壟開溝鏟安裝軸的縱向間距和開溝鏟入土角進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置將拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸與土壤升運(yùn)器通過鏈條連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)，通過調(diào)整起壟開溝鏟的前后位置可以改變土壤升運(yùn)器前軸與起壟開溝鏟安裝軸之間的縱向間距，通過起壟開溝鏟角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)入土角的調(diào)節(jié)。由以往的經(jīng)驗(yàn)得知，各因素之間的交互效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有重要影響[8-10]，所以本次試驗(yàn)中考慮各因素之間的交互作用對(duì)指標(biāo)的影響。試驗(yàn)因素及水平見表1。

注：各因素的取值范圍是對(duì)4個(gè)同類機(jī)具相應(yīng)試驗(yàn)參數(shù)取平均值，再對(duì)平均值做上下等距調(diào)整得出的。

Note： The range of value for each factor was the average value for the corresponding test parameters of 4 similar machines, then obtained by the up and down adjustment for the average value.

根據(jù)考察的因素及水平選用L27(313)的正交表來安排試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.3.2方差分析為了得到最優(yōu)的水平組合，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。從方差分析的結(jié)果可以看出，對(duì)采光面機(jī)械破損程度來說，因素B對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響高度顯著，因素C的影響較顯著，其余因素的影響不顯著。由于試驗(yàn)指標(biāo)是采光面機(jī)械破損程度，試驗(yàn)指標(biāo)值越小說明機(jī)具鋪膜破損率越低。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，因素的主次順序和最好的參數(shù)組合為B1C2A1，與極差分析結(jié)果相一致。對(duì)覆土寬度合格率來說，因素A、B對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響較顯著，其余因素的影響不顯著。試驗(yàn)指標(biāo)值越大說明機(jī)具覆土寬度合格率越高，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，最好的參數(shù)組合為A2B3C2，與極差分析結(jié)果相一致。對(duì)覆土厚度合格率來說，因素B對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響高度顯著，因素A、C和B×C的影響較顯著，其余因素的影響不顯著，由于試驗(yàn)指標(biāo)是覆土厚度合格率，試驗(yàn)指標(biāo)值越大說明機(jī)具覆土厚度合格率越高。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，因素的主次順序和最好的參數(shù)組合為B1A3C2，與極差分析結(jié)果相一致。對(duì)地膜漏覆土程度來說，因素B對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響高度顯著，因素A的影響較顯著，其余因素的影響不顯著。由于試驗(yàn)指標(biāo)是地膜漏覆土程度，數(shù)據(jù)越小說明機(jī)具鋪膜漏覆土率越小，機(jī)具性能越好。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，因素的主次順序和最好的參數(shù)組合為B1A2C2，與極差分析結(jié)果相一致。

2.3.3綜合平衡分析由以上級(jí)差分析和方差分析可知，對(duì)4個(gè)指標(biāo)分別得出了一個(gè)較好的方案，這4個(gè)方案不完全相同，對(duì)一個(gè)指標(biāo)是好方案，而對(duì)另一個(gè)指標(biāo)不一定是好方案。為了得出一個(gè)較優(yōu)的方案，我們將各指標(biāo)隨因素水平變化的情況用圖形表示出來(如圖3)，對(duì)機(jī)具各指標(biāo)進(jìn)行綜合平衡分析[14-15]。

(1) 因素A對(duì)各指標(biāo)的影響，從表2可以看出，對(duì)覆土寬度合格率來講，因素A的極差最大，也就是說因素A對(duì)覆土寬度合格率的影響最大，從圖3可看出，取2水平最好；對(duì)采光面機(jī)械破損程度和地膜漏覆土程度來講，因素A的極差不是最大，即不是影響最大的因素，但兩者都是取2水平最好；對(duì)覆土厚度合格率來講，因素A的極差不是最大，即不是影響最大的因素，取3水平最好。由表3可看出，因素A對(duì)覆土厚度合格率指標(biāo)的影響較顯著，而且因素A的2水平和3水平的指標(biāo)值較接近。對(duì)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，因素A取2水平為好。

(2) 因素B對(duì)各指標(biāo)的影響，從表2可以看出，對(duì)采光面機(jī)械破損程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度來講，因素B的極差最大，從表3可以看出，因素B對(duì)這3個(gè)指標(biāo)的影響高度顯著，也就是說因素B對(duì)這3個(gè)指標(biāo)的影響最大，從圖3可看出，對(duì)采光面機(jī)械破損程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度都是取1水平最好；對(duì)覆土寬度合格率來講，因素B的極差不是最大，即不是影響最大的因素，取3水平最好，1水平次之；對(duì)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，因素B取1水平為好。

(3) 因素C對(duì)各指標(biāo)的影響，從表2可以看出，對(duì)3個(gè)指標(biāo)，因素C的極差都不是最大，也就是說因素C不是影響最大的因素，是較次要的因素。從圖3可看出，對(duì)采光面機(jī)械破損程度、覆土厚度合格率、覆土寬度合格率和地膜漏覆土程度來講，都是取2水平最好；由表3可看出，因素C對(duì)采光面機(jī)械破損程度、覆土厚度合格率和覆土寬度合格率這3個(gè)指標(biāo)的影響較顯著，而對(duì)地膜漏覆土程度指標(biāo)的影響不顯著，而且是影響最小的因素。

圖3各指標(biāo)隨因素水平變化情況

Fig.3The change situation of each index with the factor level

2.3.4驗(yàn)證試驗(yàn)為了驗(yàn)證該工作參數(shù)的科學(xué)性與合理性，對(duì)上述試驗(yàn)分析中獲得的最優(yōu)參數(shù)組合A2B1C2，即第11號(hào)試驗(yàn)做5次重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由表4中的數(shù)據(jù)可知，以此參數(shù)進(jìn)行鋪膜作業(yè)，采光面機(jī)械破損程度<1%，膜邊覆土寬度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%，各指標(biāo)都滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械鋪膜作業(yè)農(nóng)藝要求。

3試驗(yàn)結(jié)論

1) 試驗(yàn)表明，土壤升運(yùn)器前軸與起壟開溝鏟安裝軸的縱向間距對(duì)各指標(biāo)的影響最大，對(duì)采光面機(jī)械破損程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度3個(gè)指標(biāo)的影響達(dá)到高度顯著，對(duì)地膜漏覆土程度影響不顯著。

2) 因素的不同搭配對(duì)各指標(biāo)的影響不同，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和綜合考慮1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)的實(shí)際情況，選定采光面機(jī)械破損程度、膜邊覆土寬度合格率、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度4個(gè)指標(biāo)對(duì)機(jī)具鋪膜作業(yè)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出最優(yōu)組合為B1A2C2，即土壤升運(yùn)器前軸與起壟開溝鏟安裝軸的縱向間距為30 mm、土壤升運(yùn)器線速度與機(jī)組作業(yè)速度的比值為2.5、起壟開溝鏟傾角25°。

3) 重復(fù)試驗(yàn)表明，采光面機(jī)械破損程度<1%，膜邊覆土寬度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%，1MLQS—40/70起壟全鋪膜聯(lián)合作業(yè)機(jī)各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)滿足農(nóng)藝要求。

參 考 文 獻(xiàn)：

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Optimal experiment of performance for the 1MLQS-40/70 combined machine as ridge forming and paving plastic mulch

LIU Peng-xia, AN Shi-cai, MENG Yang-rong, WANG Yun, LEI Ming-cheng

(GansuTechnicalPromotionGeneralStationofAgricultureMechanization,Lanzhou,Gansu730046,China)

Keywords:ridge forming; paving plastic mulch; combined machine; orthogonal test; comprehensive balance analysis

Abstract：In order to examine and optimize the working performances of independently developed 1MLQS-40/70 combined machine with ridge forming and paving plastic mulch, taken the degree of mechanical damage on lighting surface，the qualified rate of soil covered width at film side, the qualified rate of soil covered thickness at film side and the degree of miss covered soil on film for the operation index, adopted the orthogonal test as three-factors and three-levels. Through the range and variance analysis, has obtained the significant effect of longitudinal space beween soil elevator front axle and the furrowing shovel installation axle. Through the comprehensive balance method to carry out the optimal analysis for the experimental data, has obtained the maximal parameter combination as: The longitudinal space between soil elevator front axle and the furrowing shovel installation axle was 30mm，the ratio of soil lifting elevator speed and working speed of the machine was 2.5, the angle of furrowing shovel was 25°. The validation test showed that degree of mechanical damage on lighting surface was less than1%, the qualified rate of soil covered width at film side was more than 95%, the qualified rate of soil covered thickness at film side was more than 95% and the degree of miss covered soil on film was less than 1%.

文章編號(hào)：1000-7601(2016)03-0285-06

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.44

收稿日期：2015-07-21

基金項(xiàng)目：科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2010GB2G100482)；甘肅省科技重大專項(xiàng)(143NKDF016)

作者簡(jiǎn)介：劉鵬霞(1981—)，女，甘肅古浪人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)及示范推廣研究。E-mail:252918635@qq.com。 通信作者：安世才(1957—)，男(回族)，甘肅蘭州人，研究員，學(xué)士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)及示范推廣研究。E-mail:qsnjtgasc@sina.com。

中圖分類號(hào)：S223.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A