鮮食玉米柔性采摘低損集穗收獲割臺設計與試驗

王善博,阿力木·買買提吐爾遜,,李謙緒,杜志高,張 偉

(1.新疆農業大學機電工程學院,烏魯木齊 830052;2.新疆新研牧神科技有限公司,烏魯木齊 830011)

0 引 言

【研究意義】鮮食玉米包括甜玉米、糯玉米和水果玉米,2020年我國鮮食玉米種植面積達1.47×106hm2[1]。目前我國玉米整體機械收獲率已超過80%,但由于鮮食玉米含水率普遍在60%以上[2],使用傳統玉米收獲機收獲時極易損傷玉米果穗,造成籽粒損傷[3-4],所以鮮食玉米人工收獲較多[5-6],人工收獲成本高、時間長,鮮食玉米上市時品質得不到保障[7-8]。鮮食玉米收獲機械化發展尚緩慢[9]。美國Ten Square公司生產的鮮食玉米收獲機能實現低損摘穗[10],但價格昂貴,加之國內外種植模式和種植品種的差異,使得國外機型在國內難以推廣和應用[11]。鮮食玉米與成熟玉米在采摘方式上可以通用,設計使用切削式拉莖輥,利用刀刃切斷鮮食玉米穗柄,可以達到人工收割的效果,使用橡膠撥禾帶替代鋼制撥禾鏈,大幅減少沖擊損失。【前人研究進展】姚河江等[12]設計了一種六棱刀片交錯布置的切削式鮮食玉米拉莖輥和內圈雙層傳動齒橡膠撥禾帶;李天宇[13]設計了一種柔性低損摘穗裝置,并通過臺架試驗研究了滑切式拉莖輥參數最優值;唐遵峰等[14]設計了一種對中拉莖切柄的柔性摘穗裝置。【本研究切入點】目前鮮食玉米機械收獲率尚較低,現有機型存在收獲果穗籽粒破損率高、含雜率高,需針對輸送攪龍在集穗過程中造成的果穗損傷問題設計一種低損集穗裝置。【擬解決的關鍵問題】采用柔性摘穗技術,設計一種鮮食玉米收獲割臺柔性摘穗裝置;通過對拉莖輥瞬時狀態受力分析和離散元仿真試驗確定拉莖輥中心距取值范圍;通過耐疲勞性測試探究橡膠撥禾帶失效形式并優化撥禾帶材料;通過田間試驗驗證并優化摘穗裝置與低損集穗裝置性能。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 鮮食玉米

以彩甜糯6號鮮食玉米為研究對象,于2021年9月在黑龍江省哈爾濱市呼蘭區康金鎮進行田間試驗,田間環境溫度26℃,濕度63%,試驗機型為4YZ-6(650)自走式鮮食玉米收獲機,配備負壓式除雜裝置以及攪龍集穗與帶低損集穗裝置的兩種割臺。試驗主要設備有鋼卷尺、游標卡尺、石英電子秒表、溫度計、快速水分測定儀、攝像機等。試驗玉米品種為彩甜糯6號。鮮食玉米植株及果穗參數:行距500 mm,株距300 mm,株高2 000～2 200 mm,穗位1 050～1 200 mm,穗長220～260 mm,果穗最大直徑55～58 mm,單穗重450～600 g,籽粒含水率70.6%,莖稈含水率73.8%。

1.1.2 收獲割臺整體結構

主要由摘穗裝置、集穗裝置、輸送攪龍、出料口和位于割臺護壁內的傳動裝置以及分禾罩、果穗護板、分禾器等輔助裝置組成。圖1

注：1.摘穗裝置;2.集穗裝置;3.輸送攪龍;4.出料口;5.分禾罩;6.割臺護壁;7.果穗護板;8.分禾器

所設計的摘穗裝置位于分禾罩下方,是割臺最重要的部分。其主要由皮帶導板、張緊裝置、撥禾帶從動輪、摘穗板、摘穗架、撥禾帶主動輪、橡膠撥禾帶、齒輪箱、防堵塞定刀和切削式拉莖輥組成。圖2

1.皮帶導板;2.張緊裝置;3.撥禾帶從動輪;4.摘穗板;5.摘穗架;6.撥禾帶主動輪;7.橡膠撥禾帶;8.齒輪箱;9.防堵塞定刀;10.切削式拉莖輥

1.1.3 割臺工作原理

割臺收獲鮮食玉米果穗分為兩個過程。第一過程中,收獲機沿鮮食玉米行間行駛,帶有果穗的玉米莖稈被分禾器導向撥禾帶,撥禾帶撥動玉米莖稈向后喂入,拉莖輥將玉米莖稈沿摘穗板的工作間隙向下拉扯,由于摘穗板的阻擋,玉米穗柄被拉莖輥切斷,果穗被摘下,至此完成摘穗過程。第二過程中,果穗受撥禾帶作用向后做斜拋運動,落入由一組擋板式輸送器組成的集穗裝置中,輸送器將果穗聚集至出料口處,至此完成集穗過程。少部分玉米莖稈被拉莖輥切斷,由集穗裝置上方的攪龍輸送器聚集排至出料口處。被收集的果穗及雜質由出料口落入后續輸送裝置向后運輸完成清選等其他工作。

1.1.4 割臺關鍵部件設計

1.1.4.1 摘穗板設計

設計摘穗板后部間隙比前部間隙大3 mm,呈“前窄后寬”的樣式,根據前期測量結果鮮食玉米果穗中部直徑一般在50～60 mm,莖稈直徑一般在15～30 mm,為保證果穗的順利采摘及秸稈舒暢通過,設計摘穗板間隙調節范圍為,前部:28.5～31.5 mm,后部31.5～34.5 mm。設計調節孔中心圓距離Dt=25 mm,βt=4°以調節摘穗板間距。采用彈性模量更小的不銹鋼代替Q235鋼,并將摘穗板外緣折彎呈一定弧度,以減緩摘穗過程中果穗受到的沖擊。圖3

圖3 摘穗板裝置

1.1.4.2 橡膠撥禾帶設計

(1)橡膠撥禾帶基本參數設計

鮮食玉米植株株距一般為200～300 mm,設計每條橡膠撥禾帶上撥禾齒距離DB等于200 mm,采用撥禾齒交錯安裝的方式,撥禾齒長度到達摘穗板間隙,能對玉米莖稈起到有效的夾持作用。為了保證玉米植株在收獲過程中不出現倒伏,橡膠撥禾帶線速度的水平分速度應該與機器前進速度大小相等,方向相反,但實際工作時,撥禾帶與玉米莖稈之間可能打滑,因此撥禾帶線速度應稍大于理論速度,設定橡膠撥禾帶線速度水平分速度與機器前進速度大小之比為K,撥禾帶線速度滿足公式(1)。

vdcosα=Kvc.

(1)

式中,vd:橡膠撥禾帶線速度(m/s);

α:摘穗裝置與地面夾角(°);

vc:機器前進速度(m/s);

K取1.1,設計α最大為20°[15-16],機器前進速度vc為6～8 km/h,帶入上式得撥禾帶線速度vd取值范圍為1.95～2.60 m/s。

撥禾齒面積尺寸越大,對果穗的沖擊越小,為了使撥禾齒撞擊果穗時不破壞果穗,滿足以下公式。圖4

(2)

圖4 橡膠撥禾帶示意

式中,Fg:鮮食玉米籽粒臨界破壞壓縮力,根據文獻得知48 N[17];

σg:果穗撞擊撥禾齒所能承受最大應力(Pa);

s:單個玉米籽粒頂面積,取0.000 2 m2;

vg:果穗與撥禾齒相對速度(m/s);

E:帶苞葉果穗彈性模量,取1.37×108Pa[17];

P:橡膠撥禾帶沖擊部分重量,應該為撥禾帶總重的一半,根據實際重量取1.5 kg;

g:重力加速度,取9.8 kg/N;

vd max:撥禾帶最大速度,2.6 m/s;

A:果穗撥禾齒碰撞面積(m2);

Dg:果穗直徑,取0.05 m;

λ:撞擊面積系數,取0.2;

HB:撥禾齒高度(m);

L:撥禾齒長度,為0.05 m。

根據公式得HB為撥禾齒高度應大于0.049 m,設計56 mm,滿足理論要求。

(2)兩種不同材質橡膠撥禾帶耐疲勞性測試

橡膠撥禾帶強度對撥禾裝置可靠性具有重要影響,在以往的機型中,橡膠撥禾帶強度不夠容易發生斷裂,卷入拉莖輥導致嚴重堵塞,甚至破壞拉莖輥軸體,此外橡膠磨損產生細小顆粒危害環境,污染收獲作物[18]。加氧化鋅的丁腈橡膠具有更強的抗磨損能力[19-20],將普通丁腈橡膠撥禾帶和加氧化鋅的丁腈橡膠撥禾帶安裝于同一機器進行耐疲勞性測試,試驗周期為3個月。工作3個月后取下兩種材料橡膠撥禾帶洗凈比較,普通丁腈橡膠撥禾帶內圈傳動齒磨損嚴重,橡膠撥禾帶主體有斷裂趨勢,外圈撥禾齒出現疲勞開膠;加氧化鋅的丁腈橡膠撥禾帶內圈傳動齒磨損程度較低且外圈撥禾齒無明顯裂紋產生。圖5

圖5 耐疲勞性測試結果比較

1.1.4.3 兩級過渡切削式拉莖輥設計

(1)兩級過渡切削式拉莖輥基本參數設計

所設計的拉莖輥包括導入段、過渡段Ⅰ、過渡段Ⅱ、切柄拉莖段。導入段為帶螺紋椎體,相向旋轉可夾持玉米莖稈向后運動;過渡段Ⅱ直徑逐漸增大,抓取效果逐漸減弱,切削性能逐漸增大;切柄拉莖段直徑達到最大,對穗柄的切削效果最好,設計中此段直徑沿莖稈進給方向略微減小,以防止莖稈堵塞。所設計的拉莖輥采用兩級過渡,第一級過渡段豁口大于莖稈直徑,對莖稈抓取作用很弱但能使莖稈更流暢的向后進給。所設計的拉莖輥采用交錯刀式裝配,能夠減弱對莖稈的切削,減少莖稈被扯斷的概率,從而降低含雜率。圖6

圖6 兩級過渡切削式拉莖輥結構示意

當拉莖輥轉速過快,果穗容易被啃傷,當拉莖輥轉速過慢,莖稈和拉莖輥之間容易產生滑移,容易造成莖稈堵塞,根據設計手冊[21]暫定拉莖輥轉速為800 rad/min。

拉莖段長度與橡膠撥禾帶線速度比值應等于接穗點到拉莖段初始位置的豎直距離與切削式拉莖輥線速度的比值。且切削式拉莖輥總長度應設計滿足:其至少能拉過玉米莖稈接穗點通過摘穗板,同時作業玉米莖稈不超過兩根以防止堵塞,即滿足以下公式。

(3)

式中,hs:拉莖輥軸線最低點距接穗點距離,mm;

ω:切削式拉莖輥轉速(rad/min);

lb:切削式拉莖輥過渡段Ⅰ長度(mm);

lc:切削式拉莖輥過渡段Ⅱ長度(mm);

vl:切削式拉莖輥過渡段Ⅱ開始處所在直徑的線速度(m/s);

la:切削式拉莖輥導入段長度(mm);

ld:切削式拉莖輥切柄拉莖段長度(mm);

Z:鮮食玉米植株間距(mm)。

根據公式計算并設計拉莖輥導入段長度la=140 mm,拉莖輥過渡段Ⅰ長度la=50 mm,拉莖輥過渡段Ⅱ長度lc=250 mm,拉莖輥切柄拉莖段長度ld=340 mm。圖7

圖7 拉莖輥示意

切削式拉莖輥工作過程主要由兩部分組成,其一是玉米莖稈隨著被撥禾帶向后運動,刀口越來越窄,刀刃滑入莖稈;其二是滑入莖稈的刀片被拉莖輥向下拉扯。

拉莖輥刀刃滑入莖稈的瞬間,刀刃對莖稈提供的阻力為F,撥禾帶為莖稈提供向后進給力Fd,進給力Fd由發動機傳動到割臺齒輪箱驅動,遠大于刀刃對莖稈水平方向的阻力Fx。

設計切削式拉莖輥過渡段Ⅰ直徑為70～86 mm,過渡段Ⅱ直徑為86～108 mm、切柄拉莖段直徑恒為108 mm。切削式拉莖輥過渡段Ⅱ的最大間隙需小于莖稈直徑才能有產生拉莖效果。此外切削式拉莖輥喂入角需小于玉米莖稈與結構鋼的摩擦角才能保證玉米莖稈被向下拉扯。只有左拉莖輥一片刀片滑入玉米莖稈,此情況切削式拉莖輥對玉米莖稈的抓取力最小,若此時能夠順利拉扯玉米莖稈,則能保證切削式拉莖輥恒能對玉米莖稈產生抓取效果。假定刀背與所在直線與圓φc′相切,通過數學分析得到拉莖輥中心距D滿足以下公式。圖8

(4)

圖8 切削式拉莖輥工作過程瞬時狀態

式中,D:切削式拉莖輥中心距(mm);

φc:過渡段Ⅱ開始處直徑,設計為86 mm;

φ:玉米莖稈直徑,取25 mm;

γ:左拉莖輥喂入角(°);

γ0:摩擦角,玉米莖稈與結構鋼的摩擦角為17.75°～28.37°[22],取最大值摩擦角γ0為28.37°;

θ:拉莖輥刀角,設計為30°;

ε:莖稈與右輥刀背頂圓接觸點切線的法線與水平線夾角(°);

φc′:過渡段Ⅱ開始處刀背直徑,設計為79 mm;

δ:拉莖輥刀片厚度,設計為5 mm。

帶入公式(8)、(9),得出D的取值范圍為91.65 mm≤D≤107.00 mm。圖8

(2)切削式拉莖輥仿真試驗

切削式拉莖輥在拉扯莖稈時不應該切斷莖稈,否則將導致收獲含雜率上升,以D為變量分別設置D=92 mm、D=97 mm、D=102 mm、D=107 mm進行四組離散元仿真試驗。

仿真試驗開始前,在EDEM中生成空心圓柱,直徑25 mm,高350 mm,設置顆粒半徑為1 mm,查閱相關文獻[18,23],創建顆粒工廠進行填充,添加bonding接觸模型并設置,并通過壓縮至165 mm高度,導出生成EDEM Simulation Deck(*.dem)文件并打開,導入拉莖輥拉莖段三維模型,設置轉速為800 r/min,切削式拉莖輥相對玉米秸稈法向速度為3.4 m/s,仿真總時長為0.25 s。表1,圖9

圖9 玉米莖稈離散元模型

當D=92 mm或當D=97 mm時玉米莖稈離散元模型被嚴重切斷,當D=102 mm或D=107 mm時玉米莖稈離散元模型斷口處仍然有較好的連接,斷口長度一般占莖稈直徑的1/3～1/2大小。在后處理模塊中對各工況粘結鍵隨時間變化情況進行統計,導入到Excel軟件匯總,當D=92 mm時粘結鍵剩余數量為20 104個,當D=97 mm時粘結鍵剩余數量為27 828個,當D=102 mm時粘結鍵剩余數量為32 986個,當D=107 mm時粘結鍵剩余數量為33 778個。拉莖輥中心距D=102 mm時粘結鍵剩余數量最多,暫定拉莖輥中心距D為102 mm。圖10,圖11

圖10 仿真拉莖效果

圖11 粘結鍵數量隨時間變化

1.1.4.4 低損集穗裝置設計

割臺保留攪龍輸送器,將其高度抬升,以保證長秸稈能被向后聚集,防止割臺堵塞,使用擋板式輸送器代替攪龍收集玉米果穗,設計要求為玉米果穗做斜拋運動時不磕碰蛟龍葉片,且由于輸送帶與地面有一定傾角,玉米果穗需落到輸送帶橫向中心位置偏上處,以避免果穗下滑聚集到輸送帶下部,折損輸送帶壽命。以上應滿足公式(5),其中果穗被撥禾帶撥動向后運輸的速度可認為等于輸送帶線速度。圖12,圖13

注：撥禾帶的作用為向后撥動莖稈以及果穗。攪龍軸線方向為機器前進方向的垂直方向,攪龍對摘下的果穗進行橫向的聚集、運輸,摘下的果穗從各個摘穗裝置被聚集的過程叫做集穗過程。

圖13 低損集穗過程示意

式中,v:果穗斜拋速度(m/s);

vx:果穗斜拋水平分速度(m/s);

vy:果穗斜拋豎直分速度(m/s);

hd:輸送帶橫向位置偏上處距摘穗架頂端高度(m);

Dd:輸送帶橫向位置偏上處距摘穗架頂端水平距離(m)。

vd max為2.6 m/s,當hd=85 mm時既能保障果穗能順利通過攪龍葉片和輸送帶的間隙,又能保證摘穗架頂端距輸送帶高度不至于太高,以避免果穗跌落損傷,設計Dd=492 mm。當割臺傾斜角度α達到最大值20°時,θd的角度為12°,以減少果穗向下滑移,攪龍圓點距摘穗架水平方向距離Dj取385 mm,豎直方向距離hj取350 mm,可以保障果穗不會磕碰攪龍葉片。

輸送帶的寬度根據喂入量、輸送速度、物料密度等參數應滿足以下公式。

(6)

式中,B:輸送帶寬度(m);

Q:喂入量(t/h);

Kd:斷面系數,取105;

Kv:速度系數,取0.95;

Kβ:傾角系數,取0.92;

vs:輸送帶速度(m/s);

ρ:物料密度(t/m3)。

Q取割臺喂入量1/2,為20.52 t/h,輸送帶線速度為1.85 m/s,ρ取1 t/m3,得出輸送帶理論寬度B≥ 0.342 m,設計寬度為500 mm。圖14

注：1.液壓馬達;2.擋板輸送帶;3.張緊裝置;4.主動輥軸承

1.2 方 法

1.2.1 評價標準

參照國家標準GB/T21962-2020《玉米收獲機械》[24]方法與指標,選取四個試驗地塊,極少數玉米長勢較差不符合規定要求,試驗開始前給予清除,調節摘穗板間隙至合適值,每次試驗機器作業20 m,作業后從果穗箱中提取果穗,脫粒清凈后,揀出有明顯裂紋及破皮的籽粒,分別稱出破損籽粒質量及樣品籽粒總質量,按公式(7)計算籽粒破損率。在果穗箱中提取并稱出玉米莖稈、玉米葉片等雜質質量以及收獲樣品總質量,按公式(8)計算含雜率。

(7)

(8)

式中,Z:籽粒破損率(%);

ms:破損籽粒質量(g);

mi:樣品籽粒總質量(g);

H:含雜率(%);

mU:收獲物總質量(g);

mZ:雜質總質量(g)。

1.2.2 正交試驗設計

采用三因素三水平Box-Behnken的正交試驗方法,選取前進速度、拉莖輥中心距和拉莖輥轉速為試驗因素,籽粒破損率Z及含雜率H作為評價指標,進行三因素三水平兩指標田間試驗,并使用Design-expert 12軟件對試驗結果進行處理。A、B、C為因素編碼值。正交試驗裝配帶低損集穗裝置的割臺,前進速度及拉莖輥轉速由傳感器輸出顯示數值,人工控制,拉莖輥中心距由增加減少墊片調節。表2

表2 正交試驗因素編碼

1.2.3 低損集穗裝置有效性驗證試驗

4YZ-6(650)型自走式鮮食玉米收獲機更換攪龍集穗割臺,試驗前機器空轉2 min,排出設備內雜物,機器以正交試驗優化后參數進行5次試驗,記錄試驗結果與低損集穗割臺試驗結果并比較分析。

2 結果與分析

2.1 低損集穗裝置下籽粒破損率和含雜率多元回歸比較

研究表明,得到Z和H的回歸方程如公式(9)、(10)所示。

Z=0.422+0.098A+0.028B+0.120C+0.100A2+0.080B2.

(9)

H=0.802+0.211A-0.691B+0.345C+0.113AC-0.039A2.

(10)

籽粒破損率二次回歸模型P<0.000 1,回歸模型極顯著;失擬項P>0.05,不存在其他影響指標的主要因素。因素影響主次順序:拉莖輥轉速C、前進速度A、拉莖輥中心距B,其中前進速度A、拉莖輥轉速C對籽粒破損率影響極其顯著,拉莖輥中心距B對籽粒破損率影響顯著;三因素交互項不顯著,前進速度、拉莖輥中心距和拉莖輥轉速的交互作用對籽粒破損率影響不明顯。

含雜率二次回歸模型P<0.0001,回歸模型極顯著。各因素對總功耗影響的顯著性從大到小依次是前進速度A、拉莖輥轉速C、拉莖輥中心距B,三因素對含雜率影響都極其顯著;交互項AC影響顯著,前進速度和拉莖輥轉速對含雜率具有交互影響。失擬項P<0.01,存在其他影響含雜率的主要因素。表3,表4,圖15

表3 正交試驗及結果

表4 試驗結果

圖15 田間試驗與作業效果

2.2 前進速度、拉莖輥中心距和拉莖輥轉速對籽粒破損率和含雜率的影響

研究表明,C=800 r/min時,前進速度和拉莖輥中心距的交互作用對籽粒破損率的影響。當前進速度一定時,籽粒破損率隨拉莖輥中心距的增大先減小后增大,這是由于當拉莖輥中心距過小,導致玉米莖稈被切斷,帶著果穗的莖稈在除雜風機二次拉莖裝置處被拉扯,果穗遭到磕碰,進而導致籽粒破損率較高,而拉莖輥中心距過大導致果穗穗柄難以被切斷,果穗受到摘穗板的拉力增大,進而導致籽粒破損率較高。當拉莖輥中心距一定時,籽粒破損率隨前進速度的增大先緩慢減小后急劇增大。

B=102 mm時,前進速度和拉莖輥轉速交互作用對籽粒破損率的影響。當前進速度一定時,籽粒破損率隨拉莖輥轉速的增大而增大,這是由于拉莖輥轉速越大,莖稈所受拉扯力越大,果穗所受沖擊就越大,籽粒破損率就越大。當拉莖輥轉速一定時,籽粒破損率隨前進速度的增大先減小后增大。

A=8 km/h時,拉莖輥中心距與拉莖輥轉速交互作用對籽粒破損率的影響。當中心距一定時,籽粒破損率隨拉莖輥轉速的增大而增大。當拉莖輥轉速一定時,籽粒破損率隨中心距的增大先減小后增大。

C=800 r/min時,前進速度和拉莖輥中心距的交互作用對含雜率的影響。當前進速度一定時,含雜率隨拉莖輥中心距的減小而增大,這是由于拉莖輥間隙越小,對莖稈的切削能力越強,莖稈被切斷,含雜率上升。當拉莖輥中心距一定時,含雜率隨前進速度的增大而增大。

B=102 mm時,前進速度和拉莖輥轉速交互作用對含雜率的影響。當前進速度一定時,含雜率隨拉莖輥轉速的增大而增大,這是由于拉莖輥轉速增大,對玉米莖稈作用力增大,莖稈容易被拉斷,導致含雜率增大。當拉莖輥轉速一定時,籽粒破損率隨前進速度的增大而增大。前進速度增大時,會增強含雜率隨拉莖輥轉速的增大而增大的趨勢。

A=8 km/h時,拉莖輥中心距與拉莖輥轉速交互作用對含雜率的影響。當中心距一定時,含雜率隨拉莖輥轉速的增大而增大。當拉莖輥轉速一定時,含雜率隨中心距的增大而減小。表5,圖16

表5 籽粒破損率Z及含雜率H方差

圖16 各因素對籽粒破損率和含雜率影響的響應曲面

2.3 摘穗裝置狀態下各因素參數組合

研究表明,以籽粒破損率Z、含雜率H最小為最終優化目標,結合邊界條件,對所建立的二元回歸模型展開多因素優化求解,其目標函數與約束條件為

前進速度為7.42 km/h,拉莖輥中心距為102.80 mm,拉莖輥轉速為700 r/min時籽粒破損率為0.34%,含雜率為0.40%。

2.4 低損集穗裝置有效性驗證

研究表明,結合實際條件以前進速度為7.4 km/h,拉莖輥中心距為103 mm,拉莖輥轉速為700 r/min進行試驗,重復5次。各組籽粒破損率低于國家標準0.5%,含雜率低于國家標準1%。平均籽粒破損率為0.368%,平均含雜率為0.43%,籽粒破損率方差為2.7×10-4%2,含雜率方差為2.73×10-3%2,數據浮動較小,試驗具有可信性。試驗中籽粒破損率及平均含雜率平均值與預測值相對誤差分別為為8.8%和7.5%。表6,圖17

表6 優化后試驗結果

(11)

圖17 優化后作業效果

研究表明,2組試驗總體均滿足正態分布,對低損集穗裝置的有效性進行假設檢驗。

檢驗兩正態總體方差齊性,令H0:σ12=σ22。

檢驗法則:

檢驗σ12、σ22未知,但σ12=σ22,在顯著水平α=0.005下,H0:μ1-μ2=0;H1:μ1-μ2>0。

檢驗法則為:

查表得t0.005(8)=-t0.995(8)=-3.355 4,小于不等式前,故拒絕H0,μ1-μ2>0,2次試驗存在顯著差異,可排除偶然性造成的干擾,即帶低損集穗裝置可減少對玉米果穗的損傷,試驗中平均籽粒破損率減小了0.08%。

3 討論

3.1拉莖輥間隙對籽粒破損率有顯著影響,與文獻[2]結論一致;拉莖輥轉速對籽粒破損率有顯著影響,與文獻[13]和文獻[14]結論相同;前進速度對籽粒破損率有顯著影響,與文獻[14]結論一致。

3.2以擋板式輸送器替代攪龍輸送器聚集玉米果穗可顯著減少籽粒損傷問題。解決除摘穗過程外的集穗、運輸、卸糧等過程中導致的籽粒損傷問題也存在現實意義。

3.3改變兩拉莖輥沿其自身軸線的相對安裝角度,也可以增加拉莖輥輥刀對鮮食玉米穗柄及莖稈的削切能力,從而對籽粒破損率和含雜率產生影響,今后研究可以探究拉莖輥沿自身軸線方向的不同安裝角度對采摘效果的影響。

4 結 論

4.1設計了一種鮮食玉米收獲割臺柔性摘穗裝置,確定了撥禾帶、拉莖輥外形尺寸及工作參數,設計了一種兩級過渡切削式拉莖輥,通過對其建立瞬時狀態數學模型確定了拉莖輥裝配中心距取值范圍為91.65 mm≤D≤107.00 mm。確定了拉莖輥裝配中心距取值范圍為103 mm左右。

4.2加氧化鋅的丁腈橡膠有更好抗磨損能力。

4.3當機器前進速度為7.4 km/h,拉莖輥中心距為102.8 mm,拉莖輥轉速為700 r/min時作業效果最好,優化后試驗平均籽粒破損率為0.368%,平均含雜率為0.43%,均優于行業標準。

4.4設計了一種低損集穗裝置,其由兩組擋板式輸送器組成,工作線速度為1.85 m/s,有效地緩解了果穗磕碰攪龍葉片所導致的籽粒損傷問題,平均籽粒破損率減小了0.08%。