三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验.pdf

杨文彩 蒲望 潘吴建 等 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 J 华南农业大学学报 2022 43 2 122 132 YANG Wencai PU Wang PAN Wujian et al Design and experiment of soil covering and compacting device for Panax notoginseng seedling sowing J Journal of South China Agricultural University 2022 43 2 122 132 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 杨文彩1 蒲 望1 潘吴建1 张效伟1 张 良2 郑嘉鑫1 1 云南农业大学 机电工程学院 云南 昆明 650201 2 楚天科技股份有限公司 湖南 长沙 410600 摘要 目的 为提高三七育苗品质 针对槽式三七育苗播种行株距小 播深浅的特殊农艺要求 设计一种集覆土 镇压功能为一体的密集型种沟覆土镇压装置 方法 在田间试验确定三七出苗率高 种苗品级最佳的基质紧实 度范围的基础上 对镇压辊与土壤接触进行动力学分析 确定覆土镇压装置相关参数 借助离散元法对覆土镇压 过程进行仿真分析 以开沟深度 播种机前进速度为试验因素 以覆土厚度及一致性为试验指标进行土槽试验 验证覆土镇压装置相关结构参数是否满足要求 结果 由田间试验得到基质紧实度范围为200 400 kPa 覆土 镇压装置结构参数为 镇压轮直径150 mm 弹簧最大刚度140 5 N mm 由仿真分析得到覆土厚度为9 77 11 40 mm 粒距偏移量为0 07 6 23 mm 行距偏移量为0 03 1 43 mm 土槽试验结果表明 最优工作参数为 开沟深度为 25 mm 播种机前进速度为0 16 m s 此时覆土厚度均值为11 mm 覆土厚度一致性为85 15 覆土镇压后基质 紧实度为300 360 kPa 结论 由仿真分析和土槽试验可知 覆土镇压装置设计满足三七育苗播种时基质紧实 度和覆土厚度的农艺要求 研究结果可为三七覆土镇压装置设计提供参考 关键词 三七 育苗 播种 紧实度 覆土镇压 EDEM仿真 中图分类号 S223 26 文献标志码 A 文章编号 1001 411X 2022 02 0122 11 Design and experiment of soil covering and compacting device for Panax notoginseng seedling sowing YANG Wencai1 PU Wang1 PAN Wujian1 ZHANG Xiaowei1 ZHANG Liang2 ZHENG Jiaxin1 1 College of Mechanical and Electrical Engineering Yunnan Agricultural University Kunming 650201 China 2 Chutian Technology Limited Company Changsha 410600 China Abstract Objective Aiming at the special agronomy of small row spacing and shallow sowing depth of slot type Panax notoginseng seedling a compact soil covering and compacting device for seed ditch was designed to improve the quality of P notoginseng seedlings On the basis of the field experiment to determine the range of matrix compactness with high emergence rate and the best seedling grade of P notoginseng the dynamic analysis of the contact between roller and soil was carried out to determine the relevant parameters of the soil covering and compacting device The process of soil covering and compacting was simulated and analyzed using discrete element Taking ditching depth and forward speed of the planter as test factors the covering soil thickness and consistency as the test inds soil trough test was carried out to verify whether the relevant structural parameters of soil covering and compacting device met the requirements Result The 收稿日期 2021 06 16 网络首发时间 2022 01 07 08 16 17 网络首发地址 作者简介 杨文彩 教授 博士 主要从事农业机械化与装备工程研究 E mail yangwencai2005 基金项目 云南省科技计划农业联合专项重点项目 2018FG 001 007 云南省科技厅重大科技专项 2018ZC001 4 3 云南 省科技厅重大科技专项 2019ZG00902 03 华南农业大学学报 Journal of South China Agricultural University 2022 43 2 122 132 DOI 10 7671 j issn 1001 411X 202106019 results of field experiment showed that the range of substrate compactness was 200 to 400 kPa The structural parameters of the soil covering and compacting device were as follows The diameter of the pressing wheel was 150 mm and the maximum spring stiffness was 140 5 N mm The simulation results showed that the soil covering thickness was 9 77 to 11 40 mm the offset of grain spacing was 0 07 to 6 23 mm and the offset of row spacing was 0 03 to 1 43 mm The results of soil trough test showed that the optimal working parameters were as following The trench depth was 25 mm the forward speed of planter was 0 16 m s the average covering thickness was 11 mm the consistency of soil covering thickness was 85 15 and the compactness of substrate after compaction was 300 to 360 kPa Conclusion According to the simulation analysis and soil trough test the design of the soil covering and compacting device can meet the agronomic requirements of substrate compactness and covering soil thickness for P notoginseng seedlings The research results can provide references for the design of soil covering and compacting device of P notoginseng Key words Panax notoginseng Seedling raising Seeding Compactness Soil covering and compacting EDEM simulation 三七 Panax notoginseng是名贵中药材 主产于 云南 三七栽培需先育苗再移栽 育苗农艺要求非常特 殊 一是播种行株距均为50 mm 播种深度为10 mm 属于超精密播种 1 二是种床为特殊土壤 由云南红 壤土和蔗渣 有机质 生物质炭 矿物土壤调理剂等 按特殊比例混合制成 下文中土壤和基质皆为此特 殊土壤 覆土镇压作业质量对优质种苗培育有至 关重要的作用 2 3 而目前三七覆土 镇压基本是人 工模式 存在作业成本高 覆土厚度不一致 基质压 实程度不均匀 效率低下等问题 设计一种覆土镇 压装置代替人工作业 对优质三七种苗培育具有重 要意义 目前国内外学者对覆土 镇压装置进行了大量 研究 现有的覆土 镇压装置多为覆土 镇压分体式 结构 对集覆土 镇压功能一体的装置研究较少 常 见的覆土镇压器为挤压式覆土镇压器 但其挤土轮 与土壤接触面积较小 土壤黏附量较大 覆土和镇 压作业稳定性不佳 4 6 侯守印等 7 设计的弹性螺旋 式覆土镇压器虽然可以减少土壤黏附量 但其结构 相对复杂 不适用于窄行株距的三七播种 在覆土 镇压过程中 仿形机构可控制镇压均匀度和强度的 稳定性 现有后置仿形 液压仿形和弹簧压缩水平 仿形等机构 8 赵淑红等 9 设计了可调节镇压力的 双向仿形镇压装置 能实现横向和纵向仿形 镇压 均匀性好 为本文提供了一定的参考 随着土壤本 构模型的不断完善和计算机计算能力的提高 仿真 分析在农机触土部件与土壤相互作用的研究中应 用得越来越广泛 离散元法能有效模拟土壤颗粒和 触土部件间的微观 宏观变形 能直观反映触土部 件与土壤颗粒的相互作用 土壤颗粒对种子的扰动 行为以及种子的运动过程 因此适用于研究覆土镇 压过程 10 13 现有覆土镇压器主要针对大田大行株 距作物 不适用于小行株距 浅播深的三七育苗播 种 故设计一种适合三七播种的覆土镇压器是十分 必要的 本文针对密集型种沟 设计集覆土 镇压功能 为一体的覆土镇压装置 通过田间试验确定适宜优 质三七种苗培育的最佳紧实度范围 通过动力学分 析设计覆土镇压装置关键结构参数 借助EDEM软 件分析覆土镇压效果 以开沟深度 播种机前进速 度为试验因素 以覆土厚度及覆土厚度一致性为试 验指标开展土槽试验 验证最优参数组合下镇压力 大小 覆土厚度是否满足三七育苗播种时基质紧实 度和覆土厚度的农艺要求 1 基质湿度 紧实度对出苗率及种苗 品级的影响 土壤紧实度对根茎类作物有重要影响 合理的 土壤紧实胁迫可以控制主 侧根的长度 直径和生 长方向 利于优质三七种苗培育 14 17 播种时基质 湿度会影响机械化作业效果进而影响出苗率 因此 本研究同时开展基质湿度 基质紧实度对三七种子 出苗率及三七种苗品级影响试验 找到种苗培育的 最佳基质湿度和紧实度范围 为覆土镇压装置设计 提供依据 1 1 试验设计 我们连续3年对三七育苗基地的特殊基质育 苗期的紧实度进行了采样统计 基质紧实度范围为 100 600 kPa 但集中度不明显 另外 根据农艺要 第 2 期 杨文彩 等 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 123 求 三七播种时基质湿度一般要求在15 35 8 因此本试验选取3个基质湿度水平 15 25 和 35 使用土壤水分测量仪测量 并根据测量数据 用浇水壶逐步控制湿度 6个基质紧实度水平 0 200 400 600 800 1 000 kPa 使用紧实度测量仪测 量 测量深度为10 cm 人工镇压使基质达到所需紧 实度 共18组试验 每组试验土槽长度均为300 mm 为排除偶然性 另外设置2组重复试验 4月份出 苗整齐后 用全额计数法统计出苗率 待年底种苗 收获时 借助WinRHIZO根系分析仪 航信科学仪 器有限公司 测量统计种苗品级 试验设备如图1 所示 a 紧实度测量仪 a Compactness measuring instrument b 土壤水分测量仪 b Soil moisture meter c 根系分析仪 c Root analyzer 图 1 试验装置 Fig 1 Test device 1 2 试验方法 1 2 1 土壤含水率测量和控制 按图2中所示的位 置在每个试验基质块 1 44 m 3 00 m 上标记6个 点 在以每个点为中心 半径为0 2 m的圆内任取 3处使用土壤水分测量仪进行湿度测量 1 2 3 4 5 6 数字表示湿度测定点 Numbers present humidity measuring points 图 2 土壤含水率测量 Fig 2 Soil moisture content measurement 设置湿度水平为15 25 和35 用土壤水 分测量仪测量原始湿度 根据测量数据 用浇水壶 逐步控制湿度 读数小于15 时 继续浇水微调并 翻土混合 读数超过15 时 混合干燥基质后用土 壤水分测量仪测量读数 调整到湿度为15 左右 25 35 湿度水平如上述方法进行调整 1 2 2 土壤紧实度测量和控制 按图3中所示的 位置在每个试验基质块 1 44 m 0 50 m 上标记 3个点 在以每个点为中心 半径为0 2 m的圆内任 取3处使用紧实度测量仪进行紧实度测量 测量深 度为10 cm 设置紧实度水平 0 200 400 600 800 1 000 kPa 对应每种湿度取6个基质块 1 44 m 0 50 m 用紧实度测量仪测量 人工镇压 测量数据 未超过200 kPa时 继续镇压测量 调整到200 kPa 左右 测量数据超过200 kPa时 人工松土再镇压 测量逐步调整到200 kPa 土壤紧实度400 600 800 1 000 kPa均如上述方法进行调整 1 2 3 数字表示测定点 Numbers present compactness measuring points 图 3 土壤紧实度测量 Fig 3 Soil compactness measurement 1 3 试验结果与分析 1 3 1 种子出苗率 4月份出苗整齐时 采集出苗 阶段长势情况 并统计种子出苗率 局部出苗情况 如图4所示 统计分析得出各湿度和紧实度下种子出苗率 均值如图5所示 由图5可知 所有基质湿度下 基 质无镇压时三七出苗率无明显差异 紧实度高于 600 kPa时 三七出苗率均出现下降趋势 在25 35 基质湿度下 当紧实度处于400 600 kPa时 三 七出苗率出现下降趋势 在15 25 基质湿度下 基质紧实度处于200 400 kPa较无镇压下三七出苗 率有所提高 在35 基质湿度下 基质紧实度处于 200 400 kPa较无镇压下三七出苗率较稳定 综合 可得 在相同基质湿度下 三七出苗率最佳基质紧 实度范围为200 400 kPa 124 华南农业大学学报 第 43 卷 1 3 2 种苗品级 年底种苗收获时 按不同组数每 小组随机挖取30株种苗 种苗标准参考文献 18 3种基质湿度 6种基质紧实度 3组对照试验区下 共采集1 620株种苗进行分级 测量 记录种苗质 量 主根长度 种苗直径 休眠芽直径和根须数 得 到三七种苗各项统计指标 如表1所示 表 1 三七种苗各项指标统计 Table 1 Index statistics of Panax notoginseng seedlings 项目 Item 单株质量 g Weight per plant 主根长 mm Taproot length 种苗直径 mm Seedling diameter 休眠芽直径 mm Dormant bud diameter 根须数 Root number 最小值 Minimum value 0 38 12 60 4 70 2 20 2 最大值 Maximum value 2 86 72 20 14 30 10 30 20 均值 Mean value 1 27 32 38 9 07 4 49 9 81 标准差 Standard deviation 0 22 4 32 0 63 0 33 1 45 变异系数 Coefficient of variation 17 13 7 7 15 单株质量变异系数最大 以单株质量为参考 对三七种苗各项指标做相关性分析 得到三七种苗 主根长 种苗直径 休眠芽直径 根须数与单株质量 的相关系数分别为0 69 0 47 0 86和0 76 根据ISO 20408 2017 中药 三七种子和幼苗 国际标准三七种苗品级分级标准 19 对不同湿度 不同紧实度下的三七种苗进行分级 结果如表2所 示 由表2可知 育苗期其他条件相同 在基质湿度 为25 紧实度为200 400 kPa时 二级种苗占比较 高 三七种苗品级较好 此时 二级种苗占27 8 三级种苗占60 5 三级以下种苗占11 7 综合 考虑出苗率及种苗品级试验结果 覆土镇压辊的镇 压力大小按200 400 kPa设计 进行土槽试验时基 质湿度控制在25 左右 0 kPa 200 kPa 400 kPa 600 kPa 800 kPa 1 000 kPa 图 4 不同紧实度的三七种子出苗图 Fig 4 Seed emergence diagram of Panax notoginseng under different soil compactness 0 200 400 600 800 1 000 土壤紧实度 kPa Soil compactness 0 200 400 600 800 1 000 土壤紧实度 kPa Soil compactness 0 200 400 600 800 1 000 土壤紧实度 kPa Soil compactness 种子出苗率 Seed emer gence rate a 湿度 15 Humidity 15 c 湿度 35 Humidity 35 b 湿度 25 Humidity 25 94 92 90 88 86 84 95 90 85 80 75 70 65 100 90 80 70 60 50 图 5 不同土壤湿度和紧实度的出苗率 Fig 5 Seedling emergence rate under different soil humidity and compactness 第 2 期 杨文彩 等 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 125 2 覆土镇压装置的设计 2 1 整体设计 覆土镇压是育苗播种的最后工序 镇压力应能 满足优质三七种苗培育的紧实度要求 三七播种 前 开沟轮开出的v型种沟如图6所示 覆土镇压 装置整体结构主要由覆土镇压辊 固定支架 支撑 杆和球形链接等组成 覆土镇压辊与播种机链接处 采用开口销链接以方便拆卸 结构示意图如图7所 示 为减少覆土镇压辊的前进阻力 保证v型沟槽 顶端基质被镇压后地表平整 镇压辊设计成光滑型 表面 作业时 覆土镇压轮随播种机滚动前进 在重 力和弹簧力的作用下完成覆土和镇压 2 2 覆土镇压辊宽度及直径的确定 农艺上三七育苗槽一般宽度为1 500 mm 考虑 中间50 mm行距和两侧25 mm安装间隙 故覆土 镇压辊宽度设计为1 400 mm 覆土镇压辊直径大小直接影响覆土镇压效果 及镇压轮的滑移率 镇压辊直径太小 作业过程会 产生滑移 出现拖土壅土现象 20 影响覆土镇压效 果 反之 镇压辊直径越大 可减小作业过程中的滑 移现象 覆土镇压效果好 但制作成本会增加 整机 稳定性也会受限 适宜的镇压辊直径应结合作业过 程的受力情况进行设计 2 3 覆土镇压辊工作过程受力分析 在镇压辊配重相同的情况下 若镇压辊直径越 大 其滚动阻力越小 滑移率和壅土阻力也会适当 减小 21 为保证镇压辊正常转动和不滑移 覆土镇 压辊直径 D 应满足 7 D 2MrG 1 式中 为土壤与覆土镇压辊之间的摩擦系数 G为 覆土镇压辊的重力及其附加载荷 N Mr为轴套中 的摩擦力矩 N m 由式 1 可知 覆土镇压辊最小直径与轴套中 摩擦力矩 土壤对覆土镇压辊的摩擦系数和镇压力 等有关 在轴套中摩擦力矩和摩擦系数确定的情况 下 为保证覆土镇压质量 同时控制成本 应在农艺 要求范围内提高镇压力 2 4 覆土镇压辊滚动条件 覆土镇压过程中 覆土镇压辊在垂直载荷作用 下 与基质的接触点 不仅有基质对轮子的支撑反 力法向合力 FN 切向摩擦力的合力 FT 还有轮 轴中的内摩擦力矩 Mm 基质给部件在轮上的阻力 矩 Mk 等 受力分析如图8所示 当镇压辊处于平衡状态时 根据图8有 8 FP FPlv Glh Mm Mk 3 轮子处于既滚动又滑动状态 有 FP Fx FPlv Glh Mm Mk 4 轮子处于纯滑移状态 有 Fx FP FPlv Glh Mm Mk 5 由于基质的复杂特性 覆土镇压辊运动过程 中 覆土镇压辊与基质接触不可能完全纯滚动 会 存在一定的滑移 因此 为保证纯滚动 在地轮与镇 压辊间加入链传动 使覆土镇压辊与地轮同步转动 2 5 覆土镇压辊所受支撑反力 由图8可知 G w dR cos 0 6 换算得 G b w x 0 FPdx 7 覆土镇压辊行走阻力 Fp 计算公式为 Fp kZn 8 k 0 1 0 27b 0 式中 b表示覆土镇压辊的宽度 mm n k均为基质 参数 表示与土壤性质相关参数 取1 08 Z为下陷量 mm 一般耕作层土壤取n 1 2 22 2 6 覆土镇压辊对地压强计算 非刚性路面承受载荷 当镇压辊压入基质的深 度不大时 则下陷量 Z 的计算可以简化 9 为 Z 6G 5KbD12 9 接地面积 S 计算公式为 S b D2 cos 1 D 2ZD 10 因此 镇压辊对地面的压强 P 通过下式计算 P GS 11 覆土镇压辊直径按照播种深度的紧实度进行设 计 根据文献 23 介绍的土层剖面法 结合三七育苗 的最佳镇压力范围 可得基质深度为10 mm处的镇 压力为20 30 kPa 故设计镇压辊镇压力为30 kPa 根据播深为10 mm的农艺要求 3 取下陷量为10 mm 得出覆土镇压辊载荷为1 560 N 接地面积为0 052 m2 直径为150 mm 2 7 压力弹簧选型 基质本身存在密度不均匀的现象 15 基质紧实 度因此有差异 开沟器开出的沟垄可能高低不平 使得覆土厚度不均匀 故需压力弹簧来补偿镇压力 及覆土高度 根据育苗槽的尺寸特性 三七育苗槽 槽内基质表面距离槽肩约70 130 mm 结合农艺要 求和三七精密播种机整体结构 覆土镇压辊整体连 接结构如图9所示 A B F Fk l1 FN L Ff FN为地面对覆土镇压轮作用力 L为杆AB的长度 l1为压力弹簧接 触点距A点的距离 为杆AB与水平面之间的夹角 F 为牵引力 Fk为 弹簧压缩力 Ff为地面与覆土镇压辊之间的摩擦力 FN Force acting on the ground surface of the soil covering and pressing wheel L Length of rod AB l1 is the distance between the contact point of pressure spring and point A Angle between the rod AB and the horizontal plane F Fraction force Fk Spring compression force Ff Friction force between the ground and the soil covering and pressing roller 图 9 覆土镇压辊连接机构受力分析 Fig 9 Force analysis of the connecting mechanism of soil covering and pressing roller 在正常工作条件下 地面对覆土镇压轮的作用 力和弹簧的压力共同作用在中间连杆上 在左端 铰链处形成平衡杠杆 根据杠杆平衡原理 24 可得 8 Fkl1cos FNLcos FfLsin Fk K l Ff FN 12 第 2 期 杨文彩 等 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 127 式中 L为杆AB的长度 mm l1为压力弹簧接触点 距A点的距离 mm 为杆AB与水平面之间的夹 角 K表示弹簧刚度系数 N mm l表示弹簧压 缩量 mm 表示地面与覆土镇压辊之间的摩擦系 数 基质摩擦系数取0 207 25 由式 12 可得 FN k l1 l cos L cos sin 13 当下陷量为10 mm时 弹簧处于自然状态 对 镇压辊无作用 此时 1 14 82 如图10a所示 F 1cos 1 FN1 G1 Ff1 F1sin 1 14 当下陷量低于10 mm时 弹簧处于压缩状态 此 时下陷量Z按最低值5 mm计算 此时 2 18 48 如 图10b所示 F 2cos 2 FN2 Fk2 G2 Fk2L2sin 2 FN2 F2cos 2 G2 L2sin 2 15 根据机架整体结构设计 l1 142 mm L 235 mm 镇压辊刚好接触基质时 68 根据式 12 13 得 出Fk 2 108 8 N 前期试验研究发现 播前土壤紧 实度不足易导致开沟时土壤回落量大 并根据农艺 要求 8 26 开沟轮开沟深度为15 30 mm 按最大的 刚度来计算 K Fk L 140 5 N mm 16 弹簧的选择应使弹簧刚度大于理论刚度以保证 弹簧的安全性 根据弹簧刚度 弹簧最低可伸长量 弹簧最低可承受载荷 查询相关国家标准 27 选 5 25 50 GB T2089号的压缩弹簧 A B F1 1 Fk1 FN1 G1 L1 Ff1 A B F2 2 Fk2 FN2 G2 L2 Ff2 a 10 mm b 10 mm FN1和FN2为地面对覆土镇压轮作用力 L1和L2为杆AB的长度 1和 2为杆AB与垂直平面之间的夹角 F1和F2为牵引力 Fk1和Fk2为弹簧压 缩力 Ff1和Ff2为地面与覆土镇压辊之间的摩擦力 FN1 FN2 Force acting on the ground surface of soil covering and pressing roller L1 L2 Length of rod AB 1 2 Angle between the rod AB and the vertical plane F1 F2 Traction force Fk1 Fk2 Spring compression force Ff1 Ff2 Friction force between the ground and the soil covering and pressing roller 图 10 不同下陷量的覆土镇压辊弹簧平衡受力图 Fig 10 Spring balance force diagram of soil covering and pressing rollers with different sinkage 3 覆土镇压过程仿真分析 因三七育苗播种为小行株距 浅播深 针对其 所设计的覆土镇压辊 作业时产生的微量土壤扰动 是否会使已经播种合格的种子发生较大位置偏移 量尚不可知 因此 在制作实物前先进行仿真分析 采用离散元法 借助EDEM软件 对覆土镇压过程 中的覆土厚度 粒距偏移量及行距偏移量进行仿真 3 1 EDEM仿真模型建立 用SolidWorks软件对覆土镇压辊进行实体建 模 如图11所示 用EDEM软件建立虚拟土槽 前期研究发现 最终播种深度受开沟过程土壤回落 和覆土镇压过程土壤扰动的影响 在播种机前进速 度为0 1 m s 开沟深度为20 mm时效果较好 8 但 后续生产实践中 农艺期望将播种机前进速度提高 至0 16 m s 进一步提高播种效率 而速度提高后开 沟时会造成土壤回落量增大 因此 综合考虑土壤 基质类型 基质湿度和开沟后的土壤回落情况 仿 真试验时将开沟深度设定为25 mm 因单行无法表 示双行的受力挤压情况 故基质土槽设置2行 单 行测算2颗种子位移即可 但考虑第1颗种子偏差 很大 且排除偶然性 增加前后2颗种子的测算量 故单行设置4颗种子 共8颗种子 编号为A B C D E F G H 如图12所示 为简化模型 基质 采用1 mm颗粒 种子采用5 75 mm颗粒 28 参照文 献 29 选取仿真参数 土壤JKR表面能12 73 J m2 土壤 土壤恢复系数和静摩擦因数分别为0 55和 0 84 土壤泊松比0 38 土壤 土壤滚动摩擦因数为 图 11 覆土镇压辊模型 Fig 11 Model of the soil covering and pressing roller 128 华南农业大学学报 第 43 卷 0 10 土壤 镇压轮恢复系数 静摩擦因数和滚动摩 擦因数分别为0 30 0 60 和0 10 G E C A H F D B A H为种子编号 A H are seed numbers 图 12 基质模型 Fig 12 Matrix model 3 2 仿真结果 为模拟播种机实际运动作业状态 设定覆土镇 压辊前进速度为0 16 m s 转速0 3 r s 下陷量10 mm 并设置覆土镇压辊在基质土槽一侧进行作业 仿真 过程如图13所示 当播种速度为0 16 m s 开沟深 度为25 mm 镇压力为300 kPa时 仿真结果显示 覆 土镇压辊稳定作业后 覆土厚度为9 77 11 40 mm 如图14所示 粒距偏移量为0 07 6 23 mm 如图15a 所示 行距偏移量为0 03 1 43 mm 如图15b 所示 仿真结果显示 覆土厚度符合农艺要求 种子 的行距偏移量 粒距偏移量均非常小 可以制作镇 压辊实物开展试验 4 覆土镇压性能试验 依据仿真结果 试制覆土镇压装置 开展试验 验证所设计覆土镇压辊的可行性 4 1 试验条件 试验在云南农业大学校内搭建的土槽进行 土槽长 12 000 mm 宽1 500 mm 土层深度300 350 mm 基 质湿度在20 30 土槽试验如图16所示 试验用 a b 图 13 覆土镇压过程土壤运动模型 Fig 13 Model of soil movement during the soil covering and compacting process 11 5 11 0 10 5 10 0 9 5 9 0 8 5 A B C D E F G H 种子编号 Seed number 覆土厚度 mm Overburden thickness 图 14 仿真后种子处覆土厚度 Fig 14 Thickness of soil covering at seed after simulation 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 粒矩偏移量 mm Grain distance of fset 行矩偏移量 mm Line spacing of fset t s 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 t s A C B D E F G H A C B D E F G H 1 6 1 4 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 a b A H为种子编号 A H are seed numbers 图 15 粒距偏移图 Fig 15 Migration map of grain distance and line spacing b 试验过程 b Test process a 土槽 a Soil trough 图 16 土槽试验 Fig 16 Soil trough test 第 2 期 杨文彩 等 三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验 129 的主要仪器设备有2QB 28型三七精密播种机 湿 度测量仪 DHKJ土壤紧实度仪 德卡精密量仪有限 公司 钢直尺 精度0 1 mm 卷尺 计算器等 4 2 试验设计及结果分析 以开沟深度 A 和播种机前进速度 B 为试验 因素 以覆土厚度及覆土厚度一致性为试验指标 开展两因素三水平正交组合试验 覆土厚度按照 NYT 503 2015单粒 精密 播种机作业质量标准 30 规定的方法进行测量 因素水平表如表3所示 每 组试验重复3次 表 3 试验因素水平编码表 Table 3 Table of test factors and levels 水平 Level 开沟深度 mm Trenching depth A 播种机前进速度 m s 1 Planter forward speed B 1 20 0 12 0 25 0 16 1 30 0 22 对试验数据进行测量统计 结果如表4所示 表 4 试验结果表 Table 4 Table of test results 试验号 Test number A B 覆土厚度 mm Soil covering thickness Y1 覆土厚度一致性 Consistency of soil covering thickness Y2 1 1 1 10 78 48 2 1 1 11 79 56 3 1 1 12 80 62 4 1 1 13 83 75 5 1 0 11 79 08 6 1 0 13 82 71 7 0 1 10 82 99 8 0 1 12 84 31 9 0 0 11 85 15 以覆土厚度 Y1 及覆土厚度一致性 Y2 为分 析指标 对试验数据进行方差分析 得到方差分析 结果 见表5和表6 覆土厚度方差分析结果如表5所示 覆土厚度 的回归模型达到显著水平 P 0 05 说明该回归模 型与自变量具有显著的函数关系 在覆土厚度回归 方程中 A对覆土厚度影响极显著 P 0 01 B对覆 土厚度影响显著 P 0 05 其他因素影响不显著 通过F检验 得出影响覆土厚度的主次顺序为开沟 深度 播种机前进速度 与显著性检验结果相吻合 将表5中不显著因素剔除后 得到试验因素与 试验指标的回归方程 Y1 16 962 96 1 133 33A 0 962 96B 17 结果覆土厚度一致性方差分析结果如表6所 示 覆土厚度一致性的回归模型达到极显著水平 P 0 01 说明该回归模型与自变量具有显著的函数关 系 在覆土厚度一致性回归方程中 A和A2对覆土 厚度一致性影响极显著 P 0 01 B对覆土厚度一致 性影响显著 P 0 05 其他因素影响不显著 通过 F检验 得出影响覆土厚度一致性的主次顺序为开 沟深度 播种机前进速度 与显著性检验结果相吻合 表 6 覆土厚度一致性的方差分析 Table 6 Variance analysis of consistency of soil covering thickness 方差来源 Source 平