卧式玉米茎秆切碎装置的较优工作参数及工作机理

　　引言

　　欧美等发达国家在还田机具的研究方面起步较早，对农作物切碎规律、茎秆特性方面进行了较有深度的研究。在我国，随着国家对玉米茎秆还田技术及保护性耕作技术越来越重视，相关技术的研发也越来越受到关注，目前在玉米茎秆的结构、力学特性、玉米茎秆切碎装置工作过程、原理等研究方面，虽然有涉及，但都不够深入系统。切碎过程中的拥堵问题、茎秆切碎质量不佳导致的生态问题和播种效果差等都没有得到很好的解决。确定卧式玉米茎秆切碎装置的较优工作参数以及对玉米茎秆受切机理的研究可以完善相关的技术体系，为玉米茎秆切碎还田装置的研究、创新、生产提供技术支持。

　　1 试验设备与材料
　　
　　试验主要设备参照《立式茎秆还田机切碎性能影响因素的研究》，在其上加以改造后搭建，即用卧式切碎装置替换其立式切碎装置，并加装了一台电磁调速电机，单独对玉米茎秆切碎装置提供动力。卧式玉米茎秆切碎装置主要包括 4 个功能部分: 可调节机架、定刀、动刀和动刀轴，如图 1 所示。其中，刀刃回转半径 94mm，动定刀刀片长度 282mm。试验材料: 玉米品种为黄淮海地区普遍种植的澄海 605。将试验田等份划分成 16 个区域，随机抽取 10片区域，在这10 片区域中随机各抽取 30 株玉米，测得含水率为 70% ～ 80% ，玉米茎秆的高度为 200 ～273cm，茎秆根部离地面 10cm 处的直径为 15 ～ 22mm，果穗结穗高度范围为 82 ～133cm。【图1.略】

　　2 试验结果及分析

　　试验指标: 玉米茎秆切碎后的长度≤10cm 的质量占茎秆总质量的比例。

　　试验的因素: 割刀位置、喂入位置、喂入速度、割刀转速和摘穗辊转速。各因素试验水平如表 1 所示。【表1】

　　割刀位置水平的设置: 割刀位置即玉米茎秆根茎分离时，与强制拉茎段前边缘的位移 S，正向与玉米茎秆喂入方向相反，如图 2 所示。【图2.略】
　　
　　喂入位置的水平设置: 喂入位置即秸秆喂入位置距割刀刀片最左端的距离。试验方案: 采用正交试验和因素互作试验试验相结合的方式。首先进行正交试验，确定影响切碎合格率的主要影响因素及影响程度; 然后根据对正交试验数据分析，补充了因素互作试验。
　　
　　2． 1 正交试验
　　正交试验安排与结果如表 2 所示。【表2】


　　
　　对正交试验的结果进行分析，得如图 3 所示的正交试验因子影响趋势图。【图3】

　　
　　如图 4 所示，割刀位置对玉米茎秆切碎合格率的影响程度最高，而其他 4 个因素对玉米茎秆的切碎合格率的影响在本试验内也均超过 7 个百分点。5 项因素对玉米茎秆切碎合格率的影响程度从主到次依次为: A 割刀位置，B 喂入位置，E 摘穗辊转速，D 割刀转速，C 喂入速度。在试验情况下的较优组合为: A2B4D4C4E2。【图4】

　　
　　对不同摘穗辊转速下的不合格玉米碎秆的长度进行统计，分析如图 5 所示。摘穗辊在高低转速时，与割台其他参数配合均出现理想切碎和不理想切碎情况。

　　在理想切碎时，玉米茎秆的合格率取决于摘穗辊强制拉茎段单位时间内向切碎装置喂入玉米茎秆的长度和动刀单位时间内切碎次数; 在不理想切碎时，茎秆出现阻塞或其他不能顺利进入茎秆滑道不理想运动状态，使得茎秆受切时运动不规律，表现在不合格茎秆长度平均值和标准差出现明显升高，这也正是摘穗辊的转速与其他参数存在相互作用，应加以验证。由图 6 可以看出，割刀在低速端和高速段均有理想受切的情况出现，如低速1、2、3 组和高速2、3 组。但是低速 4 和高速 4 试验组均有高标准差的情况存在，而这两组试验的割刀转速和摘穗辊转速分别是: 低速 4组中割刀转速在水平 1，摘穗辊转速在水平 4; 高速组中割刀转速在水平 4，摘穗辊转速在水平 1; 两组试验均出现阻塞。可以推断，割刀转速对玉米茎秆切碎质量的影响与摘穗辊转速、喂入速度有关。【图5-6】

　　2． 2 因素互作试验
　　因素互作试验结果如表 3 所示，因素互作趋势图如图 7 所示。根据图 7，对 AB 相互作用的结果可以看出玉米茎秆的切碎合格率明显下降，这与 A、B 单独作用分析时，两者作用下的合格率均出现下降的趋势相符。因此，可以推断因素 A、B 之间不存在相互作用或者相互作用不明显。A、B 因素单独作用时，玉米茎秆切碎合格率出现下降趋势，而因素 C 单独作用和 AC 、BC 相互作用时，玉米茎秆切碎合格率均出现上升的趋势，因此可以推断 AC、BC 因素之间可能存在相互作用。为了进一步分析，根据表 3 的结果进行统计，得出如表 4 所示的因子互作分析表。由表 4 可以看出，在 B1、B2 分别作用下、因素 A2作用下所产生的玉米茎秆切碎合格率相对于 A1 均有所下降。因此，AB 之间不存在相互作用，如图 8 所示。同样，由图 9、图 10 所示的 AC 因素互作分析图和BC 因素互作分析图中可以看出: 当 C1 作用时，A2 因素作用下的玉米茎秆切碎合格率相对于 A1 作用下的合格率有所上升; 而在 C2 作用下时，A1、A2 的合格率增势却相反，因此因素 A、C 之间可能存在相互作用。【图7-10.表3-4】

　　同理，因素 B、C 之间的相互作用分析结果也显示了相同状况。因此可以推断，在玉米茎秆的切碎过程中，摘穗辊转速分别与喂入速度、割刀转速之间存在明显的相互作用。
　　
　　3 结论

　　1) 试验证明，此卧式切碎装置在切碎效果较佳时的各项参数为: 割刀开始切碎位置位于强制拉茎段起始前端，喂入位置偏向摘穗辊高辊一侧，行进速度为 1～ 1． 2m / s，割刀转速为 2 000r / min，摘穗辊转速为700r / min。

　　2) 摘穗辊转速分别与喂入速度和割刀转速之间存在交互作用; 喂入速度和割刀转速不存在相互作用。

　　参考文献:

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