圆捆机液体添加装置试验研究

宋育国

摘要 针对我国稻秆青贮收获的需要，设计了圆捆机液体添加装置。依据3因素3水平正交试验设计，以影响其工作性能的主要因素喷嘴角度、喷雾压力及草捆干物质量为试验因素，以变异系数作为评价指标，进行了试验研究。结果表明，当草捆干物质量为12 kg、喷雾压力为1.2 MPa、喷嘴角度为-30°（即喷嘴后倾30°）时，变异系数最小。该研究结果可为圆捆机液体添加装置的研发提供参考。

关键词 圆捆机；液体添加装置；变异系数

中图分类号 S225.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0146-02

Abstract Aiming at the needs of rice straw silage harvest in China，the liquid-adding device for round baler machine is designed. Based on the orthogonal experiment design of three factors and three levels，the main factors of the angle of the nozzle，the spray pressure and the dry straw mass were selected as test factors，with the coefficient of variation as evaluation index，then the experiment was carried out. Experimental results showed that when the dry straw mass was 12 kg，the spray pressure was 1.2 MPa，the angle of the nozzle was -30°（backward），the coefficient of variation was the smallest. The research can provide references for development of liquid-adding device of round balers.

Key words round baler machine；liquid-adding device；variable coefficient

我国的稻秆年产量超过2亿t[1]，随着机械化收获水稻面积的扩大，水稻收获时稻秆还处于青绿状态，其各项指标较适于作青贮饲料。为提高稻秆的青贮品质，现在稻秆青贮技术中最常用的方法是向青贮稻秆中喷洒青贮添加剂，使稻秆在适宜的温度及密闭条件下长期保持青绿状态。发达国家如日本和韩国，在水稻收获后，通常都是利用研制的圆捆机对稻秆进行打捆，同时喷施乳酸菌等青贮添加剂作业，实现在捡拾打捆的同时将青贮添加剂均匀喷入稻秆捆中，使稻捆中青贮添加剂分布均匀，减少作业环节，提高稻秆青贮收获效率、青贮品质[2]。我国在稻秆青贮收获方面的研究较少，关于捡拾打捆的同时喷施青贮添加剂的研究则更少[3-5]。

针对稻秆打捆青贮的需要，本文设计出配装在圆捆机上的液体添加装置，可实现均匀喷洒青贮添加剂。为优化其参数，本文进行了圆捆机液体添加装置的试验研究。

1 材料与方法

1.1 试验台结构

圆捆机液体添加装置试验台由钢辊式圆捆机、带式输送机和液体添加装置组成。圆捆机卷捆室Φ450 mm×750 mm；带式输送机的总体尺寸为4 000 mm×700 mm×300 mm；液体添加装置由贮液箱、喷液泵（齿轮泵，主要参数为800～1 000 r/min、25～35 L/min、0.4～2.6M Pa）、喷嘴（扇形喷嘴，主要参数为雾锥角110°、直径1.5 mm）等组成，2个扇形喷嘴（横向间距400 mm）沿圆捆机前进方向等距离安装于圆捆机捡拾器前部900 mm、距地面380 mm（经预试验确定）处。试验台的结构如图1所示。

其他仪器包括BSA3202S型电子天平、TGT-100型机械磅秤等。

1.2 试验材料及试验条件

采用经半喂入式水稻收获机获得的完整稻秆，稻秆平均长度为750 mm，含水率为20%。

试验时设定钢辊转速为200 r/min、喂入量为0.8 kg/s。

1.3 试验因素与评价指标

通过预试验及单因素试验分析，不同的喷嘴角度和喷雾压力对雾滴在稻秆层中的分布影响较大。因此，选取影响圆捆机液体添加装置工作性能的喷嘴角度（喷嘴垂直于地面为0°，向前进方向前倾为负，后倾为正）、喷雾压力及草捆干物质量為试验因素，结合Design-Expert软件，设定喷嘴角度为-30～30°、喷雾压力为0.8～1.2 MPa、草捆干物质量为12～16 kg，进行3因素3水平正交试验，每组试验重复3次，剔除异常值，取其平均值，根据标准正交表L9（34），各因素水平编码如表1所示。

根据稻秆捆中示踪剂分布的均匀度（吸光度值）计算变异系数，作为评价指标。变异系数计算公式如式（1）所示。

CV（%）=■×100（1）

式中：CV为变异系数，%；X为稻秆捆中示踪剂吸光度平均值；S为稻秆捆中示踪剂吸光度标准差。

打捆时用丽春红S（示踪剂）加蒸馏水配制浓度为0.15%的溶液代替青贮添加剂稀释液，打捆结束后将稻秆捆铺开，待其自然风干，稻秆捆直径为450 mm，分别对稻秆捆直径为400、300、150 mm离两端端面距离为200 mm处的稻秆进行取样，每组试验取12份样品，每份取20 g左右（误差控制在 0.5 g以内），放入装有200 mL去离子水的样品袋中反复洗涤，收集洗涤液在分光光度计波长为510 nm处测定吸光度。

2 结果与分析

试验结果及其极差分析如表2所示。可以看出，各因素对变异系数的影响显著性排列顺序为草捆干物质量（A）>喷雾压力（B）>喷嘴角度（C）。

根据试验结果分析可知，各因素对变异系数的影响顺序为草捆干物质量>喷雾压力>喷嘴角度，为进一步分析各因素对变异系数的影响规律，将任意两因素固定在最优水平，分别绘制单因素对变异系数的影响曲线，如图2所示。可以看出，变异系数随着草捆干物质量增加呈现先下降后上升的趋势，但总体变化趋势不大；变异系数随着喷雾压力的增加呈先下降后上升的趋势；变异系数随着喷雾角度的增加呈先上升后缓慢下降的趋势。

由极差分析可知，最优组合为A1 B3 C1，即当草捆干物质量为12 kg、喷雾压力为1.2 MPa、喷嘴角度为-30°时，变异系数最小。根据获得的优化参数进行试验验证，得到的变异系数为15.6%。

3 结论

（1）在试验范围内，各因素对稻秆捆中青贮添加剂分布均匀度贡献率的排列顺序为草捆干物质量>喷雾压力>喷嘴角度。

（2）由极差分析得到，圓捆机液体添加装置（系统）的最优参数组合为：草捆干物质量为12 kg、喷雾压力为1.2 MPa、喷嘴角度为-30°（即后倾30°），此时稻秆捆中青贮添加剂分布的变异系数为15.6%。

4 参考文献

[1] 谢光辉，王晓玉，任兰天.中国作物秸秆资源评估研究现状[J].生物工程学报，2010，26（7）：855-863.

[2] Jing LI，Yixin SHEN，Yimin CAI.Improvement of Fermentation Quality of Rice Straw Silage by Application of a Bacterial Inoculant and Glucose[J].Asian-Aust.J Anim Sci，2010，23（7）：901-906.

[3] 吴晓杰，韩鲁佳.乳酸菌制剂对早籼稻青贮饲料品质的影响[J].中国农业大学学报，2005，10（3）：35-39.

[4] 华金玲，张永根，王德福，等.添加乳酸菌制剂对水稻秸青贮品质的影响[J].东北农业大学学报，2007，38（4）：473-477.

[5] 王德福，蒋亦元，张永根，等.鲜稻秆青贮收获工艺试验研究[J].东北农业大学学报，2009，40（11）：113-115.