1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机性能优化试验

刘鹏霞,安世才,孟养荣,王　赟,雷明成

(甘肃省农业机械化技术推广总站， 甘肃 兰州 730046)



1MLQS
—40/70起垄全铺膜联合作业机性能优化试验

刘鹏霞,安世才,孟养荣,王赟,雷明成

(甘肃省农业机械化技术推广总站， 甘肃 兰州 730046)

摘要：为了检验并优化自主研制的1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机作业性能，以采光面机械破损程度、膜边覆土宽度合格率、膜边覆土厚度合格率、地膜漏覆土程度为作业指标，采用三因素三水平进行正交试验。通过极差分析和方差分析，得出土壤升运器前轴与开沟铲安装轴的纵向间距对各试验指标的影响显著；通过综合平衡法对试验数据进行优化分析，得出最优参数组合为：土壤升运器前轴与开沟铲安装轴的纵向间距为30 mm、土壤升运器线速度与机组作业速度的比值为2.5、起垄开沟铲倾角为25°。验证试验表明：该机采光面机械破损程度<1%，膜边覆土宽度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%。

关键词：起垄；全铺膜；联合作业机；正交试验；综合平衡分析

甘肃省大多数地区属于旱作农业区，水是作物生长发育的主要限制因子，合理、有效地利用有限的降水资源是农业发展的关键所在。传统的半膜平铺穴播技术虽然具有明显的保墒增温效果，但对雨水的保蓄率低，秋、冬、春三季土壤水分蒸发严重，不能有效集蓄和利用早春稀少的降水，特别是小于10 mm的微小降水。针对上述问题，甘肃省农业科技工作者经过大量探索和研究，创新提出了全膜双垄沟播技术[1]。该技术现已大面积推广，为了加快该技术的推广，相关农机科研院所研制了相应的配套机具，其功能基本一致，工作性能各有长短。为了提高机具的工作性能，本文对自主研制的1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机进行田间试验研究[2-3]，优化相关参数，为后续设计提供理论指导。

1整机结构及工作原理

1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机总体结构如图1所示[2-3]。

机组作业过程中，两组起垄开沟铲同时入土开沟，翻到两边的土壤由整形限深轮修整为大小垄面，铲中间的土壤则沿着铲面上升并随带板开式土壤升运装置均匀地输送到土壤分流装置上，土壤在重力作用下沿土壤分流装置滑落到地膜两边和2个垄沟底的膜面上，实现纵向覆土压膜。工作单行程结束时将地膜切断，返回行程重复上述作业[4-5]。

注：1.机架；2.起垄开沟铲；3.传动装置；4.土壤升运装置；5.整形限深装置；6.挂膜装置；7.土壤分流装置

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

图1起垄全铺膜联合作业机结构简图

Fig.1The structure sketch of the combined machine

with ridge forming and paving plastic film

2试验设计

田间试验时间为2012年11月，地点设在甘肃省平凉市崆峒区白庙乡小陈村。试验土壤为黄绵土，土壤含水率为13.78%。试验时我们参照文献[6]和[7]中的技术标准执行。机具试验实景如图2所示。

图2试验实景

Fig.2The real test picture

2.1试验指标

为了对1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机参数进行优化。通过市场调查和咨询业内人士，参照行业专家的观点和实地考察的结果，得出该机试验指标为采光面机械破损程度、膜边覆土宽度合格率、膜边覆土厚度合格率、地膜漏覆土程度。其中采光面机械破损程度和地膜漏覆土程度要求越小越好，其余指标越大越好。各指标的定义和计算均参照文献[6]中的表述进行测量和计算。

2.2试验因素及水平

影响试验指标的因素很多，其中有些因素虽然非常重要，但人们无法控制，如土壤的湿度、残茬和杂草状况、整地状况等因素。因此本次试验主要考察可以人为控制又对试验指标影响最主要的因素：作业速度与土壤升运器线速度的比值、土壤升运器前轴与起垄开沟铲安装轴的纵向间距和开沟铲入土角进行试验研究。通过设计传动装置将拖拉机驱动轮轴与土壤升运器通过链条连接，实现动力传动，通过调整起垄开沟铲的前后位置可以改变土壤升运器前轴与起垄开沟铲安装轴之间的纵向间距，通过起垄开沟铲角度调节机构可以实现入土角的调节。由以往的经验得知，各因素之间的交互效应对试验指标有重要影响[8-10]，所以本次试验中考虑各因素之间的交互作用对指标的影响。试验因素及水平见表1。

注：各因素的取值范围是对4个同类机具相应试验参数取平均值，再对平均值做上下等距调整得出的。

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.

根据考察的因素及水平选用L27(313)的正交表来安排试验，试验结果见表2。

2.3试验数据分析

2.3.2方差分析为了得到最优的水平组合，对数据进行方差分析，结果见表3。从方差分析的结果可以看出，对采光面机械破损程度来说，因素B对试验指标的影响高度显著，因素C的影响较显著，其余因素的影响不显著。由于试验指标是采光面机械破损程度，试验指标值越小说明机具铺膜破损率越低。通过对试验数据的分析可知，因素的主次顺序和最好的参数组合为B1C2A1，与极差分析结果相一致。对覆土宽度合格率来说，因素A、B对试验指标的影响较显著，其余因素的影响不显著。试验指标值越大说明机具覆土宽度合格率越高，通过对试验数据的分析可知，最好的参数组合为A2B3C2，与极差分析结果相一致。对覆土厚度合格率来说，因素B对试验指标的影响高度显著，因素A、C和B×C的影响较显著，其余因素的影响不显著，由于试验指标是覆土厚度合格率，试验指标值越大说明机具覆土厚度合格率越高。通过对试验数据的分析可知，因素的主次顺序和最好的参数组合为B1A3C2，与极差分析结果相一致。对地膜漏覆土程度来说，因素B对试验指标的影响高度显著，因素A的影响较显著，其余因素的影响不显著。由于试验指标是地膜漏覆土程度，数据越小说明机具铺膜漏覆土率越小，机具性能越好。通过对试验数据的分析可知，因素的主次顺序和最好的参数组合为B1A2C2，与极差分析结果相一致。

2.3.3综合平衡分析由以上级差分析和方差分析可知，对4个指标分别得出了一个较好的方案，这4个方案不完全相同，对一个指标是好方案，而对另一个指标不一定是好方案。为了得出一个较优的方案，我们将各指标随因素水平变化的情况用图形表示出来(如图3)，对机具各指标进行综合平衡分析[14-15]。

(1) 因素A对各指标的影响，从表2可以看出，对覆土宽度合格率来讲，因素A的极差最大，也就是说因素A对覆土宽度合格率的影响最大，从图3可看出，取2水平最好；对采光面机械破损程度和地膜漏覆土程度来讲，因素A的极差不是最大，即不是影响最大的因素，但两者都是取2水平最好；对覆土厚度合格率来讲，因素A的极差不是最大，即不是影响最大的因素，取3水平最好。由表3可看出，因素A对覆土厚度合格率指标的影响较显著，而且因素A的2水平和3水平的指标值较接近。对4个指标进行综合考虑，因素A取2水平为好。

(2) 因素B对各指标的影响，从表2可以看出，对采光面机械破损程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度来讲，因素B的极差最大，从表3可以看出，因素B对这3个指标的影响高度显著，也就是说因素B对这3个指标的影响最大，从图3可看出，对采光面机械破损程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度都是取1水平最好；对覆土宽度合格率来讲，因素B的极差不是最大，即不是影响最大的因素，取3水平最好，1水平次之；对4个指标进行综合考虑，因素B取1水平为好。

(3) 因素C对各指标的影响，从表2可以看出，对3个指标，因素C的极差都不是最大，也就是说因素C不是影响最大的因素，是较次要的因素。从图3可看出，对采光面机械破损程度、覆土厚度合格率、覆土宽度合格率和地膜漏覆土程度来讲，都是取2水平最好；由表3可看出，因素C对采光面机械破损程度、覆土厚度合格率和覆土宽度合格率这3个指标的影响较显著，而对地膜漏覆土程度指标的影响不显著，而且是影响最小的因素。

图3各指标随因素水平变化情况

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

2.3.4验证试验为了验证该工作参数的科学性与合理性，对上述试验分析中获得的最优参数组合A2B1C2，即第11号试验做5次重复试验。试验结果如表4所示。

由表4中的数据可知，以此参数进行铺膜作业，采光面机械破损程度<1%，膜边覆土宽度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%，各指标都满足农业机械铺膜作业农艺要求。

3试验结论

1) 试验表明，土壤升运器前轴与起垄开沟铲安装轴的纵向间距对各指标的影响最大，对采光面机械破损程度、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度3个指标的影响达到高度显著，对地膜漏覆土程度影响不显著。

2) 因素的不同搭配对各指标的影响不同，通过试验数据分析和综合考虑1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机的实际情况，选定采光面机械破损程度、膜边覆土宽度合格率、覆土厚度合格率和地膜漏覆土程度4个指标对机具铺膜作业性能进行综合评价，得出最优组合为B1A2C2，即土壤升运器前轴与起垄开沟铲安装轴的纵向间距为30 mm、土壤升运器线速度与机组作业速度的比值为2.5、起垄开沟铲倾角25°。

3) 重复试验表明，采光面机械破损程度<1%，膜边覆土宽度合格率>95%，覆土厚度合格率>95%，地膜漏覆土程度<1%，1MLQS—40/70起垄全铺膜联合作业机各项作业指标满足农艺要求。

参 考 文 献：

[1]李来祥,刘广才,杨祁峰,等.甘肃省旱地全膜双垄沟播技术研究与应用进展[J].干旱地区农业研究,2009,27(1):114-117.

[2]张勇,安世才,王赟，等.1MLQS-40/70 起垄全铺膜联合作业机的改进设计[J].中国农机化,2011,(8):89-92.

[3]安世才,张勇,王赟，等.起垄全铺膜联合作业机的设计与试验研究[J].中国农机化,2009,(6):73-76.

[4]张欣悦,李连豪,汪春，等.1GSZ-350型灭茬旋耕联合整地机的设计与试验[J].农业工程学报,2009,25(5):73-77.

[5]史增录,赵武云,马海军,等.全膜双垄沟播起垄施肥铺膜机的研制[J].干旱地区农业研究,2012,30(2):169-174.

[6]中华人民共和国农业部.NY/T986-2006铺膜机作业质量[S].2006.

[7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 5667-2008农业机械生产试验方法[S].北京：中国标准出版社，2008.[8]钟挺,胡志超,顾峰玮,等.4LZ-1.0Q型稻麦联合收获机脱粒清选部件试验与优化[J].农业机械学报,2012，43(10):76-81.[9]曹玉华,李长友,张增学,等.蓖麻蒴果剥壳装置关键部件改进设计与试验[J].农业工程学报,2012,28(18):16-22.

[10]陈志厚,陈朝阳,张培坤,等.YS-1GVFM-125A型起垄施肥铺膜联合作业机的设计与试验[J].中国农学通报,2013,29(4):155-162.

[11]何月娥.农机试验设计[M].北京:机械工业出版社,1986.

[12]陈魁.试验设计与分析[M].北京:清华大学出版社,1996,399.

[13]吴贵生.试验设计与数据处理[M].北京:冶金工艺出版社,1997,234.

[14]陶菊春,吴建民.综合加权评分法的综合权重确定新探[J].系统工程理论与实践,2001,(8):43-48.

[15]钟华,孙保平.多指标综合分析法在保水剂合成与评价中的应用[J].农业工程学报,2013,29(13):67-73.

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%.

文章编号：1000-7601(2016)03-0285-06

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.44

收稿日期：2015-07-21

基金项目：科技部农业科技成果转化资金项目(2010GB2G100482)；甘肃省科技重大专项(143NKDF016)

作者简介：刘鹏霞(1981—)，女，甘肃古浪人，高级工程师，硕士，主要从事农业机械研发及示范推广研究。E-mail:252918635@qq.com。 通信作者：安世才(1957—)，男(回族)，甘肃兰州人，研究员，学士，主要从事农业机械研发及示范推广研究。E-mail:qsnjtgasc@sina.com。

中图分类号：S223.5

文献标志码：A