套作模式下链环式覆土器的参数优化

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1、套作模式下链环式覆土器的参数优化作者：苟文时间：2011-12-30摘要：针对在西南丘陵地区使用小麦免耕直播机播种时的覆土要求，采用中心组合试验设计方法进行链环式覆土器的机播试验，建立了覆土合格率与外径、链环厚度、链环宽度的数学模型，并采用响应面优化分析，得到了链环式覆土器的最佳结构参数。结果证明：当外径为150 mm、链环厚度为9 mm、链环宽度为16 mm的较优参数组合时，覆土合格率达98.07%。实践证明该优化方案可行，为西南地区小麦直播机的改进设计提供了理论依据。毕业论文下载网www.biyeda.com/关键词：农业机械，模型，优化，套作模式，

2、链环式覆土器，响应面法引言    经过长期试验证明，保护性耕作具有减少地表径流，减轻土壤风蚀、水蚀，改善环境，增加水分入渗；增加土壤有机质含量，改善土壤结构；提高水、土、光等资源的利用率；作物根系发达，干物质积累多，产量提高；生产成本下降，收入增加，经济效益改善[1-7]。由于西南地区土壤贫瘠，干旱频繁，同时又缺乏灌溉条件，小麦一旦受干旱，调控余地很小。目前，丘陵旱地套作小麦种植面积占西南地区小麦种植面积的绝大部分[8]。结合西南地区丘陵旱地的特点，设计和改造出适宜套作模式下轻型免耕播种机具，对于促进西南地区小麦生产发展、确保粮食安全具有重要的意义。  

3、  免耕播种机大多采用破茬开播种沟播种[9-14]。西南地区套作后杂草多，土壤黏度大，北方大型播种机械上常用的覆土器如刮板式、弹齿式等都无法满足覆土要求。    生产实践证明：链环式覆土器可以避免缠草、堆土的问题，从而达到小麦播种的覆土要求。    目前，国内外尚无关于覆土器覆土问题的细化研究。    因此，进行链环式覆土器结构参数的优化对于促进西南地区套作小麦生产的发展具有非常重要的意义。本文通过响应面法对链环式覆土器进行了参数优化，并获得了最佳结构参数，为西南地区小麦直播机的改进设计提供了理论依据。    1试验的主要内容1.1试验条件本次研究选取四

4、川农业大学教学科研园区试验田作为覆土试验基地，在环境温度为12～18℃，土壤相对湿度为43.5%，容重为1.25g/cm3的条件下进行。试验品种为四川省农业科学院提供的“川麦44”。    1.2试验装置试验以微耕机为动力。用2BSF-4-5A型谷物播种机播种（图1），可以一次性完成开沟、施肥、播种功能。    链环式覆土器根据不同的参数组合方式选用45#钢进行制造。  1.3覆土合格率的测定以链环式覆土器的覆土合格率Y1作为覆土效果的观测指标，进行覆土试验。在试验中，根据小麦播种要求，土壤覆盖厚度在10～30 mm之间最有利于麦种的发芽，符合该条件认定

5、为覆土合格，计算覆土合格率的公式如下覆土合格率0 110100%N NYN?=×（1）式中，N0为直线播种3 m的种子质量，g；N1为直线播种3 m覆土不合格的种子质量，g。    1.4覆土环对土壤的作用力分析播种时，开沟器开出的种沟约为80 mm宽，60 mm深，从横断面来看，种沟呈倒三角形状。开沟器将土壤从种沟中翻到两边，在两边分别形成两行横截面为三角形状的土堆。    覆土环对土壤的作用力如图2所示，坐标轴X方向为播种机行进的方向，Y方向为横断方向，Z方向为垂直方向。小麦直播机在前进过程中，土壤进入覆土环，内环面对土壤的作用合力F可以分解为水平面

6、内的推力Fxy和压实土壤的力Fz，水平分力Fxy又可以分解为沿着前进方向的推力Fx及沿侧向的推力Fy。其中Fy是主要的有效作用力，它使得土壤向种沟方向滑移，以保证种沟内种子的覆盖。力Fy的大小主要与链环式覆土器的外径，链环厚度，链环宽度有关。2试验方法与设计通过试验，找出影响覆土合格率的主要因素为链环式覆土器的外径、链环厚度、链环宽度。由于真实响应面的弯曲性，通常用二阶或更高阶的模型来逼近响应。    在覆土过程中，影响覆土合格率的因素有很多，并且具有非线性的特点，因而可采用响应面法来建立模型。    假设覆土合格率Y1与链环式覆土器的外径A、链环厚度B

7、、链环宽度C存在函数关系：Y1=f(A,B,C)，并采用星点设计原理中心组合设计（central composite design）理论进行试验设计。选取外径A、链环厚度B、链环宽度C为自变量，分别以X1、X2、X3来表示，并按表1所示进行水平编码。假设存在最小二乘法拟合的二次多项式2 21 0 1 1 11 1 2 2 22 2 3 3233 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3Yi i i i i ii i i iX X X X XX X X X X X Xαααααααααα=+++++++++（2）式中，i0α为常数项；i12α、i13α

8、、i23α为交互项系数；i11α、i22α、i33α为二次项系数。    为确定