烟草钵苗栽植机直立率影响因素试验

姬江涛，张 冕，刘剑君，杜新武，贺智涛

(1.河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003;2.河南烟草公司郑州市公司，河南郑州450106)

0 前言

烟草作为中国种植历史悠久的主要经济作物，对经济发展具有重要作用。烟草是以育苗移栽为主的作物，移栽技术的水平直接影响烟草种植的经济效益。目前，中国移栽机械型号众多、款式多样，但大多是引进和仿制国外的先进机型，符合中国农业生产实际需求的机器较少，且可靠性较差、移栽效果不如农民预期，使得中国机械化移栽一直处于较低水平。近年来，中国烟草种植面积在不断增加，但由于城镇化建设的发展，农业从业人口的逐渐减少，当前的烟草移栽技术水平已经严重的制约了中国烟草行业的发展。因此，发展高质、高效的烟草移栽机已成为中国烟农最迫切的需求［1-5］。

近年由于在钵土配制、机械化制钵工艺和烟苗培育等方面取得很大进展，为大面积应用移栽创造了基础条件。因此，研发出适合中国烟草种植习惯的、中国农民能够承受的新一代烟草栽植机械，具有很大的实用价值和重要的经济意义［6-7］。

当前国内相关文献中，未见到关于烟草钵苗移栽机械移栽性能的研究。本文利用自制的钵苗栽植机进行了试验研究，分析试验结果，得出了影响钵苗直立率的最佳参数组合，为提高钵苗栽直率及移栽机具的改进设计提供试验依据［8-12］。

1 试验机具与条件

试验样机主要由机架、驱动机构、喂苗盘、移栽机构、变速箱、镇压轮及洒水机构等组成。主要参数为:栽植行数1行，幅宽1.3 m，地轮驱动，株距600 mm，配套动力22.1 kW。机具的送料机构与车架平行连接，随着机器的前进，座椅上的栽植手将烟草钵苗依次喂入苗杯中，每个苗杯中1棵。钵苗随同苗杯在特定的封闭轨道上匀速运动，当运动到移栽器上方时，闭合的苗杯底部在重力和弹簧的共同作用下快速打开。钵苗自由落入正下方的栽植机构中，随同栽植器一起运动。栽植机构的运动由连接在变速箱上的多连杆机构和主拉线机构共同控制，当栽植机构插入土中并迅速张开时，钵苗被完全植入穴内。一对向内侧倾斜的镇压轮由两侧以挤压的形式压实苗带两侧土壤，其后面的一对刮板式覆土器进一步覆上浮土，以利保墒。与此同时，给水机构对苗穴进行浇水，提高钵苗的成活率。

图1 试验样机结构示意图

根据预试验及相关文献报道［13-16］，确定栽植机工作速度、移栽器入土角、镇压轮夹角3个参数作为试验因素;烟苗的直立率为试验目标。

试验材料为带营养基的烟苗，高度为150 mm左右，直径为15～30 mm;栽植前用起垄机进行起垄，垄高300 mm，宽6 000 mm。按照烟草种植的农艺要求，在垄上覆膜。

2 试验方案

通过预试验确定各因素主次关系为:前进速度、移栽器入土角、镇压轮夹角。为了建立烟苗钵苗直立率与各参数间的关系，进行回归试验。试验因素为:栽植器入土角x1，(°);栽植机工作前进速度x2，m/s;镇压轮倾角x3，(°)。试验指标为直立率y，%。采用二次通用旋转组合设计进行试验［17］，因素水平编码表如表1 所示［14-18］。

试验方案及结果见表2，每组试验做5次，取平均值计入表中。

3 试验结果分析

3.1 数学模型建立

通过试验数据，建立钵苗直立率的回归方程。通过对回归方程进行F检验，结果如表3所示。计算结果与(4，15)=14.20比较可以看出:回归方程是高度显著的，其显著性水平为零，即回归模型能够很好的反映实际情况［19-20］。

钵苗直立率回归方程为

表1 因素水平编码表

表2 试验方案与结果

表3 回归方程检验表

3.2 因子效应分析

3.2.1 主效应分析

由于式(1)中应用无量纲线性编码代换，偏回归系数已标准化。固定两个因子为零水平，得到另一个因子与直立率的关系为

各因子与钵苗直立率之间的主效应图如图2所示。从图2中可以看出:在试验范围内，直立率随机组前进速度的增加呈下降趋势;随栽植器入土角的增加而增加，当入土角达到13°时，栽植率到达最高点;镇压轮夹角的增加会造成直立率的下降，但影响较缓慢。

由图2单因素对钵苗直立率的影响图形分析可知:机组前进速度和栽植器入土角对直立率影响比较大，这是因为在钵苗栽植过程中，喂苗盘和栽植器都是由地轮运动所带动的，而地轮与喂苗盘和地轮与栽植器的传动比不同，在同一前进速度下，喂苗盘的喂苗时间与移栽器的接苗时间都是独立的某一数值，而随着机组前进速度的提高，地轮运动加快，传动到喂苗盘及栽植器的速度不同，会造成喂苗时间与接苗时间之间的误差越来越大，导致钵苗无法顺利的落入移栽器，从而造成漏苗、漏栽、栽直率低，使得钵苗无法成活，造成机器栽直率的降低。而栽植器的入土角直接决定钵苗入土时的形态，当入土角在合理的范围内(9°～13°)不断增大时，钵苗入穴后形态越好，即直立度越高。

3.2.2 交互效应分析

在式(1)中，将试验参数中的一个因子固定为零水平，得到其他两个因子的二元二次方程。得到双因素交互作用对直立率的交互效应方程如下

图2 各因素与直立率的主效应图

根据交互效应方程作出因素交互作用效应图，如图3和图4所示。从图3和图4可以看出:各因素对直立率的交互影响都很明显。尤其是机组前进速度和镇压轮夹角的交互影响。交互作用主次顺序为:机组前进速度与镇压轮夹角的交互影响，其次是机组前进速度与栽植器入土角的交互影响。

图3 机组前进速度与栽植器入土角交互作用对直立率的影响

图4 机组前进速度与镇压轮夹角交互作用对直立率的影响

4 结论

(1)建立了移栽机前进速度、移栽器倾角、镇压轮夹角三因素对钵苗直立率影响的数学模型。

(2)随着机组前进速度的减小、栽植器入土角的增大以及镇压轮夹角的减小，钵苗栽植直立率增大;当机组前进速度为0.23 m/s，栽植器入土角为11°，镇压轮夹角为18°时，栽植效果最好，且直立率为97.31%。

(3)各因素交互作用对直立率影响都很明显;其中，机组前进速度与镇压轮夹角的交互影响比机组前进速度与栽植器入土角的交互影响更为显著。

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