影响振动式挖掘机土壤分离能力主要因素

文学洙 ， 李 敏

（1.延边大学工学院，吉林 延吉 133002；2.延边特色产业发展中心，吉林 延吉 133000）

0 引言

由挖掘铲、升运链和抖动轮等工作部件组成的牵引式块根、块茎收获机的结构尺寸较大，作业中调头不灵活，因此主要适用于较平坦的大面积砂土或砂壤土中工作，而且必须与动力较大的拖拉机配套使用[1]。为克服牵引式收获机的缺点，国内外学者一直在进行振动式挖掘机的研究，并取得了一定的成绩[2-19]。

笔者通过土壤切削试验，测得每处理时振动筛上堆积的土壤高度，以此进行多元方差分析及各因素水平间的多重比较，从而确定各试验因素对试验指标的主次顺序及各因素的最佳水平。

1 材料与方法

1.1 振动式挖掘机

振动式挖掘机主要由挖掘铲和振动筛组成。挖掘铲主要起到破碎土块的作用，振动筛起到分离土块及作物的作用。为了使挖掘机发生振动，其驱动轴的两侧各安装偏心轮。动力由拖拉机动力输出轴通过万向节传到齿轮速箱，再通过链传动传到挖掘机驱动轴，驱动轴带动四杆机构使挖掘铲振动，挖掘铲再带动另外四杆机构使振动筛振动[4]。

1.2 试验条件

田间土壤的含水率为（17.1±1.2）%，土壤容重为（1.73±0.07）g/cm3，贯入阻力为（0.7±0.1）MPa，试验地为壤土，每个处理区间为8 m。

1.3 试验因素及水平

在试验中，将振幅、振动频率和前进速度作为试验因素。试验因素与水平如表1所示。试验采用三因素完全随机等重复（三次）试验。

表1 试验因素与水平Table1 Experimental factors and level

1.4 因素主次顺序的确定方法

为了确定试验因素振幅、振动频率和前进速度对试验指标的影响程度，首先用SAS统计分析软件对每个处理时得到振动筛上堆积的土壤高度，进行多元方差分析。然后根据F值的大小或Pr＞F的大小，确定各试验因素对试验指标有没有显著或极显著的影响和因素的主次顺序。

1.5 各因素最佳水平的确定方法

为了确定试验因素的各个水平对试验指标有没有显著或极显著的影响和因素的最佳水平，在确定试验因素的主次顺序后，再对每个因素的各水平进行多重比较，最后根据多重分析结果确定各因素的最佳水平。

2 试验结果及分析

每处理时振动筛上堆积的土壤平均高度如表2所示。

表2 每处理时振动筛上堆积的土壤平均高度（mm)Table 2 Average height of soil accumulated on the vibrating sieve per treatment

2.1 多元方差分析

为了确定试验因素及其交互作用对振动筛上堆积的土壤高度的影响，用SAS统计分析软件进行了多元方差分析，方差分析结果如表3所示。

由表3可知，模型的方差值F=7.39，其概率＜0.0001。可见模型拟合优度极好。因素A、F、V的F值的概率都小于显著水平α=0.01，这表明振幅、振动频率和拖拉机前进速度对试验指标的均值都有极显著的差异；而它们交互作用的F值的概率“Pr＞F”值都大于显著水平α=0.05，这表明振幅、振动频率和拖拉机前进速度之间的交互作用均不显著。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

2.2 各因素水平间的多重比较

为了确定试验因素的各个水平对试验指标有没有显著或极显著的影响和因素的最佳水平，对每个因素的各个水平进行了多重比较。试验因素A、F、V对试验指标的多重比较结果如表4、表5、表6所示。试验指标是振动筛上堆积的土壤平均高度，所以土壤高度越小，说明土壤分离能力越好。

由表4可知，振幅的3个水平3 mm、6 mm、9 mm之间均有显著的差异。第1水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为207.11 mm，第2水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为133.56 mm，第3水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为79.85 mm。所以振幅的3个水平中，振幅为9 mm是最佳的水平。

表4 振幅对振动筛上堆积的土壤平均高度的多重比较结果Table 4 Multiple comparison results of amplitude to the average height of accumulated soil on the vibrating sieve

表5 振动频率对振动筛上堆积的土壤平均高度的 多重比较结果Table 5 Multiple comparison results of vibration frequency to the average height of the accumulated soil on the vibrating sieve

由表5可知，振动频率的3个水平11.2 Hz、14.9 Hz、17.0 Hz中，第1水平与第2、第3水平之间有显著差异，但第2和第3水平之间没有显著差异。第1水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为164.89 mm，第2水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为133.63 mm，第3水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为122.00 mm。由于水平2和3之间没有显著差异，而且考虑到随着振动频率的增加，振动挖掘机本身的振动和噪音也增加。所以振动频率的3个水平中，振动频率14.9 Hz是最佳的水平。

表6 拖拉机前进速度对振动筛上堆积的土壤平均高度的 多重比较结果Table 6 Multiple comparison results of tractor forward speed to the average height of accumulated soil on the shaker

由表6可知，拖拉机前进速度的3个水平1.56 m/s、1.13 m/s、0.91 m/s中，各个水平之间有显著差异。第1水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为174.85 mm，第2水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为142.04 mm，第3水平对应的振动筛上堆积的土壤平均高度的均值为103.63 mm。所以拖拉机前进速度的3个水平中，前进速度0.91 m/s是最佳的水平。

3 结论

为确定试验因素振幅、振动频率和前进速度对振动式挖掘机振动筛上堆积的土壤平均高度的影响进行了多元方差分析和各水平间的多重比较。分析结果表明：振幅、振动频率和拖拉机前进速度对试验指标的均值都有极显著的差异；振幅、振动频率和拖拉机前进速度之间的交互作用均不显著；影响振动式挖掘机土壤分离能力的主次顺序为振幅、拖拉机前进速度及振动频率；提高振动式挖掘机土壤分离能力的最佳因素水平组合是振幅9 mm，拖拉机前进速度的最佳水平为0.91 m/s，振动频率的最佳水平为14.9 Hz。