水稻收获打捆一体机影响因素研究*

张立国，曲洪潮，衣淑娟，李衣菲，孙殿棋

（1.北大荒农垦集团有限公司建三江分公司农业发展部，黑龙江 佳木斯154000；2.平安惠普，黑龙江 哈尔滨150010；3.黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江 大庆163319）

为了减少机械进地次数，提高水稻秸秆回收率，在传统的全喂入水稻联合收割机的基础上增加了水稻秸秆打捆装置，对安装水稻秸秆打捆装置的水稻联合收割机进行试验研究，得出水稻打捆装置的最佳打捆效果，为顺利进行后续工作做好铺垫。实践证明，水稻秸秆打捆装置对环境保护及副业发展有着重要的意义。

1 虚拟样机整体结构

水稻收获打捆一体机打捆装置的三维结构如图1所示，打捆装置主要由五部分组成：压缩装置、输草装置、打结装置、草捆长度控制装置以及草捆密度调节装置。机器的动力来源于脱离滚筒，由水稻联合收割机的链轮将动力传动到压缩装置的减速器[1]。

图1 水稻收获打捆一体机打捆装置结构示意图Fig.1 Schematic structure of rice harvest tying unity machine’tying device

2 田间试验结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 喂入量对性能指标的影响

喂入量对三个性能指标的影响如表1、图2所示。由图2可知，喂入量对性能指标中的草捆密度的影响较大，对规则捆率的影响不大[2]。

表1 喂入量对性能指标的影响Table 1 The effect of feed quantity on performance index

图2 单因素喂入量试验结果图Fig.2 The results of factor test of feed quantity

2.1.2 草捆长度对性能指标的影响

草捆长度对三个性能指标的影响如表2、图3所示。由图3可知，草捆长度为600 mm~700 mm时，草捆规则捆率较好。随着草捆长度的增加，草捆密度比逐渐增大。

表2 草捆长度对性能指标的影响Table 2 The ffect of straw bale length on performance index

图3 单因素草捆长度试验结果图Fig.3 The results of factor test of bale length

2.1.3 出口高度对性能指标的影响

出口高度对三个性能指标的影响如表3、图4所示。由图4可知，出口高度与草捆密度成反比例关系，出口高度与规则捆率成正比例关系。

表3 出口高度对性能指标的影响Table 3 The effect of outlet height on performance index

图4 单因素出口高度试验结果图Fig.4 The results of factor test of outlet height

2.2 三种因素分别对性能指标的影响试验结果分析

2.2.1 三种因素对成捆率的影响

正交试验下三因素对成捆率的影响如图5所示，由图5可知，在正交试验下喂入量和出口高度对成捆率的影响均大于85%。通过水稻的成捆率可知打捆效果较好[3]。成捆率的方差分析结果如表4所示，由表4可知，影响水稻成捆率的三个因素的主次顺序为A喂入量（kg/s）＞D出口高度（mm）＞C草捆长度（mm）＞B空列。当喂入量为3.0 kg/s、草捆长度为500 mm、出口高度为240 mm时，为成捆率的较优组合，即A3D1C2B1。

表4 成捆率的方差分析结果表Table 4 The variance analysis results table of bundling rate

图5 正交试验下三因素对成捆率的影响Fig.5 The effect of three factors on the rate of bundle formation under orthogonal test

2.2.2 三种因素对规则捆率的影响

正交试验下三因素对规则捆率的影响如图6所示，由图6可知，在正交试验下喂入量和草捆长度对规则捆率的影响较大，出口高度对规则捆率的影响较小。规则捆率的方差分析结果如表5所示，由表5可知，影响水稻规则捆率的三个因素的主次顺序为A喂入量（kg/s）＞D出口高度（mm）＞C草捆长度（mm）＞B空列。当喂入量为3.0 kg/s、草捆长度为600 mm、出口高度为240 mm时，为规则捆率的较优组合，即A3D1C2B1。

表5 规则捆率的方差分析结果表Table5 The variance analysis results table of regular bale rate

图6 正交试验下三因素对规则捆率的影响Fig.6 The effect of three factors on the rate of rule bundle formation under orthogonal test

2.2.3 三种因素对草捆密度的影响

正交试验下三因素对草捆密度的影响如图7所示，由图7可知，在正交试验下草捆密度受喂入量和出口高度的影响比较明显，受草捆长度的影响不明显。草捆密度的方差分析结果如表6所示，由表6可知，影响水稻草捆密度的三个因素的主次顺序为A喂入量（kg/s）＞D出口高度（mm）＞C草捆长度（mm）＞B空列。当喂入量为2.5 kg/s、草捆长度为700 mm、出口高度为250 mm时，为草捆密度的较优组合，即A2C3D2B1。

表6 草捆密度的方差分析结果表Table 6 The variance analysis results table of bale density

图7 正交试验下三因素对草捆密度的影响Fig.7 The effect of three factors on bale density formation under orthogonal test

2.2.4正交试验结果分析

正交试验结果分析如表7所示，由表7可知，影响三项性能指标的主次因素和较优水平为：成捆率A1C1B2；规则捆率C1B2A3；草捆密度C1A3B3。经综合分析，最终确定较优水平组合为A1B3C3；在该组合下，成捆率为96.7%，规则捆率为87.7%，草捆密度为96.6 kg/m3。

表7 正交试验结果分析表Table 7 The orthogonal test results and analysis

综合分析正交试验得出，喂入量为2.5 kg/s、草捆长度为700 mm、出口高度为240 mm的组合为较优组合[4]。

2.2.5 正交试验验证结果分析

由单因素及正交试验的分析结果可知，较优组合为：喂入量2.5 kg/s、草捆长度700 mm、出口高度240 mm。对较优组合值进行了5次验证试验，获得相应的试验数据如表8所示。获得的验证试验数据有5组，取其平均值进行对比分析得出，正交试验获得的较优组合较为合理。

表8 验证试验数据表Table 8 The parameter of verification test

3 结论

1）单因素喂入量对性能指标中的草捆密度的影响较大，对规则捆率的影响不大。草捆长度为600 mm~700 mm时，草捆规则捆率较好。随着草捆长度的增加，草捆密度比逐渐增大。出口高度与草捆密度成反比例关系，与规则捆率成正比例关系。

2）综合分析正交试验得出，喂入量为2.5 kg/s、草捆长度为700 mm、出口高度为240 mm的组合为较优组合。

3）通过正交验证试验得出，正交试验获得的较优组合较为合理。