甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验.pdf

第3 2 卷第1 3 期 1 62 0 1 6 年7 月 农业工程学报 T r a n s a ct io n so ft h eC h in e s eS o cie t yo fA g r icu lt u r a l E n g in e e r in g V 0 1 3 2N o 1 3 J u l2 0 1 6 甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验 王徐建，宋建农，刘彩玲，董向前，王继承，张超 ( 中国农业大学工学院农业部土壤一机器一植物系统技术重点实验室，北京1 0 0 0 8 3 ) 摘要：为解决机械化倾斜移栽甘草苗，设计甘草倾斜移栽机，融合甘草移栽的农艺要求，提出一种针对甘草秧苗倾斜移栽 开沟器。建立了开沟器结构参数、工作参数与倾斜v 型断面沟倾斜角度、沟底长度间的数学模型，通过改变开沟器切角、开 沟器翼板间距、土壤休止角、开沟器速度、开沟器作业深度等因素对所设计的开沟器进行多因素正交设计。试验结果表明： 所建数学模型可用于实现特定要求的倾斜v 型断面沟的开沟器参数设计，理论和试验结果误差小于4 。在倾斜移栽角度 3 0 。农艺条件下，当滞后投苗系数小于l时，甘草秧苗的角度随滞后投苗系数的减小而减小，随开沟器速度的增大而减小； 当滞后投苗系数大于等于1 时，甘草秧苗的倾斜角度在2 8 。，3 1 。之间波动，开沟器具有稳定的工作性能。该研究可为甘草倾 斜移栽机的设计提供参考。 关键词：农业机械；设计；模型；甘草；倾斜移栽；开沟器 d o i：1 0 11 9 7 5 0 is s n 1 0 0 2 - 6 8 1 9 2 0 1 6 13 0 0 3 中图分类号：$ 2 2 2文献标志码：A文章编号：1 0 0 2 6 8 1 9 ( 2 0 1 6 ) 一1 3 0 0 1 6 0 8 王徐建，宋建农，刘彩玲，董向前，王继承，张超甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验【J 】农业工程学报，2 0 1 6 ，3 2 ( 1 3 ) ： 1 6 2 3 d o i：1 0 1 1 9 7 5 0 is s n 1 0 0 2 - 6 8 1 9 2 0 1 6 1 3 0 0 3h t t p ：w w w t cs a e o r g W a n gX u j ia n ，S o n gJ ia n n o n g ，L iuC a ilin g ，D o n gX ia n g q ia n ，W a n gJ ich e n g ，Z h a n gC h a o D e s ig na n de x p e r im e n to nlico r icet ilt t r a n s p la n t in gf u r r o wo p e n e r 【J T r a n s a ct io n so ft h eC h in e s eS o cie t yo fA cu lt u r a lE n g in e e r in g ( T r a n s a ct io n so ft h eC S A E ) ，2 0 16 ， 3 2 ( 1 3 ) ：1 6 2 3 f in C h in e s ew it hE n g lis ha b s t r a ct l d o i：1 0 1 1 9 7 5 0 is s n 1 0 0 2 - 6 8 1 9 2 0 1 6 1 3 0 0 3h t t p ：w w w t cs a e o r g 0 引言 甘草不仅是重要的中草药，在食品工业也得到广泛 应用。随着甘草需求量的逐年增大，野生甘草资源已不能 够满足市场需求，人工种植甘草已成为解决甘草资源供 求矛盾有效途径l。 直播种植甘草出苗、保苗率低，用种量大，生长周期 长，而且根系深，造成收获时采挖困难，劳动力消耗大。相 关研究表明，长根茎类中草药种植采用育苗移栽能够有 效的避免根茎过长，采收时不必深挖，便于机械化收获；而 且根茎生长健壮、整齐，质量好、产量高。育苗移栽是甘草 人工种植的理想模式嗍。 中国是甘草等长根茎类中草药的主产区，甘草在国 外并没有大面积的人工种植，因此国外没有相关成型的 甘草类移栽机出现。在长根茎类作物移栽领域，国外相关 研究学者通过对链夹式移栽机进行结构优化设计，实现 了红薯秧茎的竖直栽、倾斜栽、船底栽等方式，该类移栽机 通过复杂的机械机构在一定程度上能够完成甘草秧苗的 移栽，但是由于相对较低的移栽效率以及劳动力的大量 收稿日期：2 0 1 5 0 9 2 5修订日期：2 0 1 6 0 3 2 8 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2 0 1 5 G X 0 0 3 ) ； 教育部创新团队发展计划项目( I R T l3 0 3 9 ) 作者简介：王徐建，男，山东莒南人，博士生，主要从事农业机械与农业装 备研究。北京中国农业大学工学院，1 0 0 0 8 3 。E m a il：w x j 5 8 5 1 6 3 co m 通信作者：宋建农，男，河北藁城人，教授，博士生导师，主要从事农业 机械与农业装备研究。北京中国农业大学工学院，1 0 0 0 8 3 。 E m a il：s o n g j n ca u e d u cn 消耗使得该类移栽机在实现甘草移栽的推广过程中受到 了一定的限制 7 - 9 1 。 近年来，相关学者对甘草移栽机进行了研发，如吉林 省农业机械研究院和吉林省白城市农牧机械化研究院联 合研制的2 Z G 一2 型甘草类移栽机以及石河子大学研制的 输苗带甘草移栽机初步探索了甘草种苗的沟底水平移栽； 在研究机械化倾斜移栽甘草种苗的过程中，富来威红薯移 栽机在国外链夹式红薯移栽机的基础上改进的链夹式移 栽机通过复杂的机械结构在一定程度上实现了甘草种苗 的倾斜移栽Mn ；为简化移栽机械结构，相关专家学者研 究通过种苗带固定种苗，移栽整条种苗带的的方式实现甘 草种苗多角度倾斜移栽作业，由于移栽作业过程采用前期 种苗带制作准备、种苗带移栽两步走的方式，造成劳动力 消耗大，移栽成本高，推广使用难度大 5 - 1 6 1 。总体看，目前中 国对甘草移栽机的研究仍处于起步阶段，尚未见到成熟实 用的甘草移栽机报道，在甘草生产中，迫切需要一种新的 甘草移栽方式实现快速倾斜移栽甘草苗的要求 1 7 - 2 1 1 。 开沟器是甘草移栽机的关键部件，目前生产中常用 开沟器仅能实现甘草苗的沟底水平移栽 9 9 _ 2 5 ，难以满足不 同地区甘草移栽方式的要求。为实现甘草苗倾斜移栽的 机械化作业，本文提出一种甘草倾斜移栽开沟器，通过控 制土壤颗粒回流实现甘草苗的倾斜移栽，本文通过对开 沟器作业机理进行分析与试验，以期为甘草移栽机的设 计提供参考。 1 开沟器结构及工作原理 甘草倾斜移栽开沟器( 如图1 所示) 主要包括芯铧1 、 第1 3 期王徐建等：甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验 1 7 土壤分流板2 、立柱3 、开沟器翼板4 、土壤回流口5 ，其中 开沟器前端刃口曲线为渐开线。 如图1 所示，开沟器的工作时，开沟器沿“方向前 进，首先由芯铧切开土壤形成U 型断面的沟槽，开沟器尾 部土壤在重力作用下通过倾斜土壤回流口流人U 型沟槽 内，形成与底面具有一定倾斜角度0 的倾斜y 型断面沟。 将甘草苗适时投放于倾斜y 型断面沟的沟底胚上，继续 前行的开沟器使土壤颗粒连续不断流入沟内，完成甘草 种苗的自动覆土。图1 中、V 、为完成倾斜移栽后的甘 草苗；I 区为回流过程中的土壤颗粒形成的倾斜y 型断 面沟的侧边；lI 区为土壤回流结束后水平y 型断面沟侧 面；H I 区为完成甘草苗倾斜移栽和覆土后甘草苗和土壤 颗粒共存状态。 i；K 、1 1 芯铧2 土壤分流板3 立柱4 开沟器翼板5 土壤回流口 1 C o r ep lo u g h s h a r e2 P la t eo fs o ild iv e r s io n 3 S h o v e lco lu m4 W in go fp la t e5 P o r to fs o ilb a ck f lo w 注：V 。为开沟器前进速度，k m h 一；J K 为倾斜I ，型断面沟沟底长度，m m ；0 倾斜y 型沟倾斜角度，( 。) ；G E 为土壤回流口土壤回流段；J Q 为土壤回流 后水平y 型沟沟底；I V ，V ，V I 为倾斜移栽的甘草秧苗；I 区为倾斜y 型 断面沟侧面；1 I 区为土壤回流后水平倾斜沟侧面；n l区为土壤回流完成 甘草苗土壤颗粒共存区域；s 为倾斜y 型断面沟形成滞后距离，m m ；S 。为 甘草苗滞后投苗距离( 甘草苗头部( 芽端) 与回流土壤与开沟器翼板相交 的末端点E 间距) ，一。下同。 N o t e ：V o iss p e e do f o p e n e r ，k m h 一1 ；J g isd it ch le n g t ho f in clin e dV t y p ecr o s s s e ct io ng r o o v e ，m m ；0isa n g e lo fin e lin e dVt y p ecr o s ss e ct io ng l o o v e ，( 。) ；G E iss o ilb a cks e ct io no fs o ilb a ck f ! O Wp o r t ；lQisd it cho fh o r iz o n t a lV 昏o e a f t e r b a ck f lO Wo fs o ilp a r t icle s ；I V 。V ，V Iis in clin e d t r a n s p la n t e d lico r ice ；Iis s id eo fin clin e dVt y p ecr o s ss e ct io ng r o o v e ；I Iiss id eo fg r o o v ea f t e rs o il b a ck f lo w ；I I Iisa r e aw it hb o t hlico r icea n ds o ilp a r t icle sa f t e rs o ilb a ck f lo w ；S isla gd is t a n ceo fVt y p ein clin e dg r o o v e ，r a m ；S iisd is t a n ceo fla go flico r ice s e e d lin g ，n lm S a m ea sb e lo w 图l开沟器结构及成型倾斜沟沟型剖面图 F ig 1O p e n e rs t r u ct u r ea n din clin e dt r e n chs e ct io n 2 开沟器参数设计 为确定开沟器工作参数、作业参数，实现甘草倾斜移 栽的要求，本文在研究开沟器成型机理时建立开沟器作 业深度、结构参数与倾斜y 型断面沟相关参数以及投苗 滞后系数与移栽后秧苗角度的数学模型。研究过程中将 土壤颗粒视作不变形、不黏结的刚体结构。 2 1开沟器参数与土壤回流关系模型的建立 开沟器结构参数如图2 所示，两竖直翼板间距为 厶，翼板上土壤回流E l与水平面夹角为巩，土壤回流口 底部长度为L ，尾部高度为日，其值大于开沟器作业深 度D ，。 一 a 王眦h ，I M 俐 a M a j l叠I 1 ) J ，t f t “f w 注：日为土壤回流口尾部高度，r a m ；0 2 为土壤回流口角度，( o ) ；厶为土壤叫 流口底部长度，m m ；L ：为翼板间距，m m 。下同。 N o t e ：Hist a il h e ig h to fs o il b a ck f lo wp o r t ，m m ；0 5iss o ilb a ck f lo wp o r ta n g le ， ( o ) ；L iist h eb o t t o mle n g t ho fs o ilb a ck f lo wp o r t ，m m ；L 2iss p a ceb e t w e e nt w o w in gp la t e s ，m illS a m ea sb e lo w 图2 甘草倾斜移栽开沟器参数 F ig 2 P a r a m e t e r so ft ilto p e n e rt r a n s p la n t in go p e n e r 2 1 1 开沟器作业深度 在开沟器作业过程中，土壤颗粒经芯铧颊面和土壤 分流板分开，按照土壤休止角堆放在开沟器翼板两侧。开 沟器前进方向垂直截而壤回流前后土壤模型如图3 所示。 D a 土壤颗粒 a M o d e Ib e f o r es o i f ， 已 4 ， 。 0 、 ! ；j ；羞赫B L 1 D 1 流前模型 ) a r t icie sb a ck f lo “ P 0 ，! D b 土壤颗粒回流后模型 b M o d e la f t e rs o ilp a r t icle sb a ck f lo w 注：截面 A 。B c，、 A 猡_ c2 内为土壤回流前开沟器翼板两侧倾斜堆放土 壤颗粒，n u n 2 ；O C ，、D c4 为开沟器翼板高度。m m ；O D 、C C ：为开沟器翼板宽 度，r a m ；0 为土壤休止角，( 。) ；D l为开沟器作业深度，r a m ；截面 A ，E 夙 A 2 日出为回流土壤颗粒回流前位置，r a in z ；五边形O D E J B 内为回流内沟 内土壤，n lln 2 。 N o t e ： A l曰lC l、 A 扭2 C 2isp a r t icle sin clin e ds t a ck in go nb o t hs id e so fo p e n e r w in gp la t eb e f o r es o ilb a ck f lo w ，m m j0 C 3a n dD C 4ish e ig h to fo p e n e rw in g p la t e ，m m ；O Da n dC 1 C 2iss p a ceb e t w e e nt w ow in gp la t e s ，m m ，0 1iss o ilr e p o s e a n g le ，( 。) ；D 1isd e p t ho f f u r r o w e r ，m m ；A AlE lB ， A 2 踟isp o s it io no fb a ck f lo ws o il p a r t icle sb e f o r eb a ck f lo w ，m m 2 ；P e n t a g o nO D E J Bis s o il p a r t icle s b a ck f lo win t og r o o v e ，m ill2 图3 土壤回流前后模型 F ig 3 M o d e lb e f o r ea n da f t e rs o ilp a r t icle sb a ck f lo w 如图3 所示，开沟器成型过程中体积守恒，即横截面 面积守恒，横截面内消失部分的面积和横截面内增加的 面积相等，即 8 嗲 G “。钆 B ， E p 8 18 农业工程学报( h lt p ：llw w w t cs a e o r g ) 2 0 1 6 矩 S l= + S 3 = 2 s 2 = 2 S 3 。 ( 1 ) 式中s ，为截面四边形O D C 2 C 。面积，m m 2 ；S ：为截面 A 母，c。 面积，m m 2 ；J s ，为截面 A 猡：c2 面积，m m 2 ；设图3 a 中B ，C 。= 8 2 C 2 ，可得A lC I _ A2 C 2 = x t a n o l，即 D l L 2 2 t a n O l。 ( 2 ) 式中D ，为开沟器作业深度，m m 2 ；L ：为开沟器翼板间距， m m 2 ；0 ，为土壤休止角，( 。) 。 当开沟器作业完成，按照土壤休止角堆放于开沟器 翼板两侧的土壤回流人开沟器开出的沟内，开沟器前进 方向垂直截面壤回流后土壤模型如图3 b 所示。根据横截 面面积守恒，即横截面内消失部分的面积和横截面内增 加的面积相等，即 & = S + & = 2 S s = 2 S 6 。( 3 ) 式中s 4 为截面五边形边形O D E J B 面积，m m 2 ；S 为截面 AlE lB 面积，m m 2 ；& 为截面 A Z Z 面积，m m 2 。 设图3 b 中，B C = E C 2 = k ，则 D l= O B + k ， ( 4 ) & = 2 x l百1 ( O B + J P ) O P 】， ( 5 ) J P = O B 一丝些， ( 6 ) I s ，= 器2 t a n0 = 警2 t0。 ( 7 ) u 5 - la nl 。， 式中伊为t ，点与沟底平面垂直距离，m m ；O B 为曰点与沟 底平面垂直距离，m m ； 将式( 5 ) 式( 7 ) 代入式( 3 ) ，根据面积相等原则得 陋一丛笋L 2 = 警。 ( 8 ) 将式( 2 ) 、式( 8 ) 联立方程组解得 n 一生竺圭止竺坐虹兰幽二幽】刿 “1-4tan 0 l d 1 ：旦；些。 ( 9 ) 式中d 。为宽度为三：的倾斜y 型断面沟深度即归之间垂 直距离，m m 。 2 1 2 开沟器结构参数 为研究土壤回流过程中沟型的成型机理，建立如图4 空间坐标系，开沟器前进方向为Y 轴，竖直方向为z 轴。开 沟器回土瞬间倾斜y 型断面沟两侧面为空间平面A B J K 和空间平面J K G E ，沟底直线肛为两侧面的交线，即为空 间平面A B C 与E F G 的交线压小K 两点分别为直线 与z 叱面和x o y 面的交点，尿与石o y 平面的夹角为倾斜y 型断面沟的倾斜角度0 。如图4 所示，土壤从土壤回流口 回流至沟内的过程中，回流的土壤在内摩擦力作用下按 照土壤休止角分布【删，直线B C 、直线髓与x 轴的夹角 为土壤休止角0 。 由图4 几何关系可知：A 点坐标为( 0 ，O B t a n0 2 ，0 ) 、 B 点坐标为( 0 ，0 ，O B ) 、C 点坐标为( O B t a n0 ，0 ，0 ) 、D 点 坐标为( L 2 , 0 ，0 ) 、E 点坐标为( L 2 , 0 ，O B ) 、F 点的坐标为 ( L 2 - O B t a n0 2 ，0 ，0 ) 、G 点坐标为( 三2 ，O B t a n0 2 ，O ) 。 注：空间平面A B J K 和空间平面J K G E 为倾斜V 型断面沟侧面；d 1 为，与 口两点之间垂直距离，m m 。 N o t e ：S p a cep la n eA B J Ka n dJ K G Ea r ein clin e dt os id eo fin clin e dVt y p e cr o s ss e ct io ng r o o v e ；j Kisd it chle n g t ho f in clin e dV t y p eC R O S Ss e ct io ng r o o v e 。 m m ；d lisv e r t ica ld is t a n ceb e t w e e nJa n dB ，m m 图4 土壤回流模型 F ig 4 S o ilb a ck f lO Wm o d e l 利用三点法求解空间平面A B C 和E F G 的方程分别 为式( 1 0 ) 、式( 1 1 o t a n0 1 x + t a n 如( y 一器扣。 ) t 枷 ( 石剖一t a n 0 2 ( y 一器) 哼= o 。 ) 式中0 2 为土壤回流口角度，( 。) 。 由式( 1 0 ) 、式( 1 1 ) 可求解两平面交线尿方程为 z = 争 y t a n 嘶一O B + 丝笋= o 。 ( 1 2 ) ) ，0 z 0 由空间直线压方程( 1 2 ) 可知直线压的方向向量 罚= ( o ，t a n 0 2 ，1 ) 。 ( 1 3 ) 平面石o y 的法相向量 n 2 = ( O ，0 ，1 o( 1 4 ) 将式( 1 3 ) 、式( 1 4 ) 带入空间直线与水平面夹角0 的余弦公式，可得 C O S O = - co s0 2 。( 1 5 ) 即 0 = 0 2 。 ( 1 6 ) 式中0 为倾斜y 型断面沟沟底倾斜角度，( o ) 。即倾斜 y 型断面沟沟底倾斜角度0 等于开沟器土壤回流口角 度晚。 由图4 可知，点位于石平面内，由式( 3 ) 可确定， 点坐标为( L ：2 ，0 ，O B 一( ：t a n0 。) 2 ) ，即 j P = _ Z j ，：O B 一旦些， ( 1 7 ) J K = 。iJ n P 万= 等盏导。 ) 式中腰为倾斜y 型断面沟沟底长度，m m 。 联立式( 9 ) 、式( 1 8 ) 整理得 第1 3 期 王徐建等：甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验 1 9 l口2 魄 k 些碰堡氅蟛擘趟，( 1 9 ) k 掣。 在开沟器土壤回流口尾部高度高于耕深的前提下， 由式( 9 ) 、式( 1 6 ) 、式( 1 7 ) 、式( 1 9 ) 可得开沟器尺寸参数、工 作参数的数学模型为 1 0 2 0 2 ,2 k 生巫萼挈矗， OB：T2JKsin 0 2 + L E t a n 0 1 ， z l，L 2 t a n0 l r 1 - 2 。 ( 2 0 ) 基于上述分析可知，影响倾斜y 型断面沟倾斜角度 与沟底长度的因素有土壤休止角0 。、土壤回流口角度巩、 开沟器作业深度D ，、开沟器翼板宽度L ：，开沟器作业速度 V 。；在确定的倾斜y 型断面沟参数下秧苗移栽角度取决 于滞后投苗系数钾。 2 2 开沟器投苗位置参数模型的建立 土壤回流过程中土壤颗粒按照自然休止角【硼沿倾 斜矿型断面沟y 型侧面滑移回流进入沟内，y 型侧面上 其中一颗土壤颗粒为研究对象，受力分析如图5 所示。 注：B J 为滑落土坡长度，m m 扩为摩擦力，N ；m g 为土壤颗粒的重力，N ；F N 为土壤斜坡表面支撑力，N ；皿为土壤颗粒加速度，m s 2 。 N o t e ：B Jisle n g t ho fs lo p e ，m m , fisf r ict io nf o r ce ，N ；m gisw e ig h to f s o il p a r t icle ，N ；R iss u p p o r t in g f o r ce ，N ；q iss o ilp a r t iclea cce le r a t io n ，m s 4 图5 倾斜y 型断面沟侧面 F ig 5 I n clin e dVt y p ecr o s ss e ct io ng r o o v es id e 按图5 所示坐标，列平衡方程 E F t = 0 ，m 。g 。s in0 1f - m 吼= o ， Z F ，| = 0 ，n m g co s 0 1 = 0 ， ( 2 1 ) l角。R o 式中E 与E 分别为x y 轴方向的合力，N ；m 为土壤 颗粒的质量，g ；g 为重力加速度；佤为戈轴方向加速度，m s 2 ； R 为土壤颗粒对倾斜y 型断面沟侧边正压力，N ；厂为土壤 倾斜y 型断面沟侧边方向滑动摩擦力，N 泓为土壤颗粒 间动摩擦系数。 解得 吼= g ( s in0 1 - co s0 1 肛) 。 ( 2 2 ) 建立菇方向运动方程 扣t 毡揣， 肚器， ( 2 3 ) 昨争 式中t 为土壤颗粒滚落时间，s ；O J 为倾斜y 型断面沟侧边 水平宽度，m m ；B J 为倾斜y 型断面沟侧边截面长度，m m 。 解方程组得 ( 2 4 ) 在开沟器工作过程中，倾斜y 型断面沟y 型侧面形 成时间内开沟器前进距离为倾斜y 行断面沟形成滞后 距离 J s ： 25 _ 0 - 0 V o t 。( 2 5 ) U 一 o ， 式中J s 为倾斜y 型断面沟形成滞后距离，m m ；V o 为开沟 器前进速度，k m h 。 由式( 2 3 ) 、式( 2 4 ) 得 s = 学、面丽。 ( 2 6 ) 如图l所示，在实际作业过程中，为保证甘草苗能够 准确的落在倾斜沟底尿上，须滞后投苗，选取投苗过程 秧苗滞后投苗距离s 与倾斜y 型断面沟y 型侧面形成 滞后距离的比值为滞后投苗系数： 叼= S l_ 9 S I X 5 9 L 2 c0 2 s 5 0 0 1 ( y s 。iL n 2 0 ；- co s01t)S 一。( 2 7 ) ，一 2 5 0 y o L 2 。、厶。7 式中s ，为甘草苗滞后投苗距离( 甘草苗头部( 芽端) 与回 流土壤与开沟器翼板相交的末端点E 间距) ，m m 。 3 试验与分析 为检验开沟器的工作性能，探明各因素对开沟性能 的影响规律，优化设计参数，进行了相关试验研究。 3 1 试验设备与条件 试验在中国农业大学工学院机器一土壤一植物重点实 验室土槽试验台上进行( 如图6 所示) 。试验用土壤湿度为 11 3 ，1 6 7 ，2 2 5 ，用旋耕机旋3 遍，通过五点法在土槽 试验区开始、中间、尾部3 处选取土壤。通过堆积角的方法 测得3 种含水率的土壤休止角分别为2 2 4 0 、2 9 6 0 、3 6 8 。， 滑动摩擦系数为0 2 。 图6 土槽试验 F ig 6 S o ilb int e s t 3 2 开沟器成型试验 3 2 1 试验因素水平的确定 基于前述理论分析，确定影响倾斜y 型断面沟倾斜 2 0 农业工程学报( h t t p ：H w v 州v t cs a e o r g ) 2 0 1 6 年 角度0 和沟底长度的因素水平见表1 ，试验选用五因 素三水平正交表。 水平蝴止角兹筹魏糕嚣鬈，磁嚣 k v e ls S 。o ig ll。r e A p o ( o ) s e b a 。ck g le f lo w 觥p o 。，r to 叫p e n 。e r 。s 竹p e e 。，d 。嚣嚣磊二。芝蠹淼 3 2 2 试验指标的确定 在测取倾斜y 型断面沟沟底角度和长度参数时，开 沟器连续工作，形成的倾斜I ，型断面沟会被新流人沟内 的土壤覆盖，导致较难实时测定倾斜y 型断面沟倾斜角 度和沟底长度参数。为解决这一问题，在测量时，选取若 干根4 0 0m m 的长直杆等效测定倾斜y 型断面沟倾斜角 度和沟底长度参数，在开沟器作业时，运用人工将长直 杆铺放于倾斜土坡上，待完成开沟器作业之后，埋于土 壤内部的长直杆的长度和长直杆的倾斜角度即为投放 长杆瞬时倾斜y 型断面沟倾斜角度0 和沟底长度压， 参见图7 ，即 J K = 一B I ， ( 2 8 ) 0 - - a = s in _ l百A l。( 2 9 ) 式中为试验测量用长直杆的总长，m m ；B ，为裸露于土 壤外部直杆长度，m m ；A ，为长直杆尾部与土壤颗粒回流 后沟底的垂直距离，m m ；o c为长直杆倾斜角度，f 0 1 。 ，一7 j 、 ， 注：为测量用直杆长度，n lr ll；B - 为裸露与土壤外部直杆长度，n lm ； - 为长直杆尾部与土壤颗粒回流后沟底的垂直距离。m a n ；a 为长直杆倾 斜角度，( 。) 。 N o t e ：Lisle n g t ho fs t r a ig h tb a r ，m m ；B lisle n lg t ho fs t r a ig h tb a ru n co v e r e d b ys o il，n u n ；A ish e ig h to fs t r a ig h tb a rt a il，r a m ；aisa n S leo fs t r a ig h tb a r ，( 。) 图7 试验测量参数 F ig 7E x p e r im e n t a lm e a s u r e m e n tp a r a m e t e r s 3 3 开沟器投苗滞后系数试验 试验用一年生甘草根茎秧苗经选苗处理后长度约 3 0 0m m ，试验过程中甘草根茎秧苗倾斜移栽角度为3 0 0 1 间， 由于甘草秧苗质地柔软、茎秆弯曲，为方便测取相关参数， 选用3 0 0m m 长锥形杆进行甘草根茎秧苗滞后投苗试验。选 取倾斜y 型断面沟角度3 0 0 、倾斜y 型断面沟长度3 0 0a m 、 开沟器翼板宽度6 0 m m 、土壤自然休止角为2 2 4 0 、2 9 6 0 、 3 6 8 。，通过开沟器尺寸参数获取公式加工开沟器，土壤回 流口角度仗为3 0 0 ，开沟器翼板宽度来L ：为6 0m m ，通过 开沟器工作参数获取公式获得3 个开沟器作业深度参数 D 1 分别为1 7 8 、1 8 8 、1 9 9m m 。 试验过程中开沟器的速度选取为0 5 、O 7 5 、1 0 、1 2 5 、 1 5k m h 。试验过程中在5 种速度参数下，投苗滞后参数田 分别选取0 6 、0 7 、0 8 、0 9 、1 0 、1 1 、1 2 、1 3 、1 4 、1 5 。 3 4 试验结果分析 在开沟器进行正交试验作业过程中，试验效果如图8 所示，测量倾斜y 型断面沟倾斜角度0 和沟底长度压的 值并进行统计记录分析，试验结果见表2 7 斟8 试验结果 F ig 8 T e s tr e s u lt s 由表2 可知，影响倾斜y 型断面沟倾斜角度0 的因 素水平主次顺序为开沟器切角、开沟器翼板间距、土壤休 止角、开沟器前进速度、开沟器耕深。开沟器翼板间距、土 壤休止角、开沟器速度、开沟器作业深度的极差值仅为开 沟器土壤回流口夹角极差值的3 5 1 、2 6 9 、1 6 5 、 0 5 2 ，因此可忽略这4 个影响因素对倾斜角度的影响，确 定开沟器土壤回流口夹角为倾斜y 型断面沟倾斜角度的 主要因素。 表2 正交试验法各序号所对应的倾斜y 型断面沟长 度以及正交直观分析法所得结果中可以看出，影响倾斜y 型断面沟长度的因素按影响主次分别为开沟器作业深 度、开沟器切角、开沟器翼板间距、土壤休止角、开沟器前 进速度。 为验证开沟器尺寸参数、工作参数的数学模型( 2 7 ) 的 准确性，将各组参数输入验证式( 1 9 ) 得出验证参数p 和 ，通过计算验证参数和实际测量值之间的误差，即 栌孚1 0 0 ， ( 3 0 ) 7 压= 譬1 0 0 。 式中伽为倾斜y 型断面沟角度误差；叼为倾斜y 型断面 沟长度误差；矿为试验测得倾斜y 型断面沟角度，( o ) ；口为 式( 1 9 ) 得倾斜y 型断面沟角度验证参数，( 。) ；彤为试验测 得倾斜y 型断面沟长度，r a m ；J K 为式( 1 9 ) 得倾斜v 型断 面沟长度验证参数，m m 。 通过计算，得出各序号对应的倾斜y 型断面沟角度 误差和长度误差，其结果如图9 所示，倾斜y 型断面沟 角度误差和长度误差均在士4 范围之内，说明式( 1 9 ) 能 够真实反应试验过程中相关参数对倾斜y 型断面沟角 度和倾斜v 型断面沟长度两参数的影响。由此可知，开 沟器尺寸设计参数、工作参数获取式( 2 7 ) 能够用来获取 开沟器的设计的相关参数，实现特定角度，特定长度倾斜 y 型断面沟。 第1 3 期王徐建等：甘草倾斜移栽开沟器的设计与试验 2 1 k l 2 9 5 2 倾斜y 型k2 9 6 3 断面沟角 2 9 7 8 iI lcA n g e l芦极差r R 3 辟o 2 6 t y p ecr o 因素主次 s e ct io n P r im a r ya n d g r o o v e0s e co n d a r y f a ct o t s 2 4 7 3 2 9 8 3 4 3 9 9 6 6 2 9 5 5 2 9 7 1 2 9 6 7 0 1 6 B E A c D 2 9 6 8 2 9 6 3 2 9 6 3 0 0 5 2 9 6 8 2 9 7 9 2 9 4 5 0 3 4 黧羔蓍： 嬲 断面沟长 忱 ”“” 度D it ch k 3 1 6 5 le n g t ho f 极差R a n g e 3 4 1 7 iI l。h n e d 矿因素主次 t y p 87 ”8 P r im a r va I ld 舯”eJ K 8 瓮：善f r m r S 2 1 3 6 7 1 8 1 6 7 1 5 6 6 7 5 7 1 8 0 3 3 1 8 5 8 3 1 8 5 8 3 5 5 1 0 5 1 8 1 1 7 2 6 5 8 3 1 6 0 8 3 D B E A C 试验次数T e s tt im e s 图9 沟型参数误差折线图 F ig 9E r r o rlin ech a r to fg r o o v ep a r a m e t e r s 通过试验获得不同速度、不同投苗滞后系数情况 下甘草苗的角度，如图1 0 所示。由图1 0 可知，当滞后 投苗系数7 1 时，甘草秧苗的角度随滞后投苗系数田 值的减小而减小，随开沟器速度的增大而减小，当滞后 投苗系数r 1 ，甘草秧苗的倾斜角度在2 8 。3 1 。之间 稳定波动。 2 0 4 1 7 1 8 7 1 6 0 8 3 4 3 3 4 滞后投苗系数L a gs e e d lin ge o e f lle ie n t “ t 图lO 甘草苗角度误差折线图 F ig 1 0E r r o rlin ech a r t o f lico r ices e e d lin ga n g le 4 结论 1 ) 提出了以开沟器控制土壤回流实现甘草秧苗的倾 斜移栽的方式，设计了一种甘草倾斜移栽用开沟器，将甘 草秧苗放置于开沟器作业后形成倾斜y 型断面沟上，实 现甘草秧苗的倾斜移栽。 2 ) 建立开沟器作业机理的数学模型，确定开沟器作业 弛儿如凹勰”拍筋M毖一。一。I警：笄uIIP：IJoull越姬担蚪 农业工程学报( h t t p ：llw w w t cs a e o r g ) 2 0 1 6 仨 过程的影响参数，倾斜l，型断面沟倾斜角度和长度的理 论计算和试验结果误差均在4 范围之内。该数学模型为 实现特定倾斜角度、长度的倾斜y 型断面沟设计提供了 理论依据。 3 ) 在倾斜移栽角度3 0 。农艺条件下，当滞后投苗系数 小于1 时，甘草秧苗的角度随滞后投苗系数的减小而减 小，随开沟器速度的增大而减小；当滞后投苗系数大于等 于l时，甘草秧苗的倾斜角度在2 8 。3 l。之间波动，能够 实现甘草苗的稳定倾斜移栽。 参考文献 1 1 王晓荣榆林地区甘草资源的开发与利用 J 资源开发与市 场，2 0 0 3 ，1 9 ( 6 ) ：4 0 2 - 4 0 2 ，4 1 4 W a n gX ia o r o n g E x p lo it a t io na n du t iliz a t io no flico r icer e s o u r ce s inY u linr e g io n J R e s o u r ceD e v e lo p m e n t M a r k e t ，2 0 0 3 ，1 9 ( 6 ) ： 4 0 2 4 0 2 ，4 1 4 ( inC h in e s ew it hE n g lis ha b s t r a ct ) 2 1 张治科，南宁丽，张蓉，等野生和人工种植甘草害虫天敌资 源、群落特征及种群动态研究 J 】西北农林科技大学学报：自 然科学版，2 0 0 9 ，3 7 ( 1 1 ：1 6 1 1 6 6 Z h a n gZ h ik e ，N a nN in g li，Z h a n gR o n g ，e ta 1 R e s o u r ce sco m m u n it y ch a r a ct e r is t icsa n dd y n a m icso fn a t u r a le n e m ie sinw ilda n d a r t if icia lf ie ldo fg ly cy r r h iz au r a le n s is J J o u r n a lo fN o r t h w e s tA & F U n iv e r s it y ：N a t u r a l S cie n ceE d it io n ，2 0 0 9 ，3 7 f 1 ) ：1 6 1 1 6 6 ( inC h in e s ew it hE n g lis ha b s t r a ct ) 3 1 代少山乌拉尔甘草种质资源与药材质量研究 D 】保定：河 北农业大学，2 0 11 D a i S h a o s h a n S t u d yo nG e r m p la s mR e s o u r ceE v a lu a t io na n d M e d icin a l Q u a lit y R e s e a r cho f G ly cy r r h iz aU r a le n s isF D B a o d in g ：A g r icu lt u r a lU n iv e r s it yo fH e b e i，2 0 11 ( inC h in e s e w it hE n g lis ha b s t r a ct ) 4 1 安金翠乌拉尔甘草种质资源的评价与分析D 1 保定：河北 农业大学，2 0 0 9 A nJ in cu iE v a lu a t io na n dA n a ly s iso nG e r m p la s mR e s o u r ce so f G ly cy r r h iz aU r a le n s isF is ch D B a o d in g ：A g r icu lt u r a lU n iv e r s it y o fH e b e i。2 0 0 9 ( inC h in e s ew it hE n g lis ha b s t r a ct l 【5 1 韦利波，王维新，闫琴甘草移栽机的设计与运动分析 J 石 河子大学学报：自然科学版，2 0 1 1 ，2 9 ( 0 3 1 ：3 6 7 3 6 9 W e iL ib o ，W a n gW e ix in ，Y a nQ in D e s ig na n dM o t io na n a ly s is o flico r icet r a n s p la n t e r J J o u r n a lo fS h ih e z i U n iv e r s it y ：N a t u r a l S cie n ceE d it io n ，2 0 11 ，2 9 ( 0 3 ) ：3 6 7 - 3 6 9 ( inC h in e s ew it hE n g lis h a b s t r a ct ) 6 闫洪余，都基建，陈立刚，等2 Z G - - 2 型甘草类移栽机的设计 J 农机使用与维修，2 0 1 1 ( 6 ) ：4 3 4 5 Y a hH o n g y u ，D uJ ij ia n ，C h e nL ig a n g ，e ta 1 D e s ig no ft h e t r a n s p la n t in gm a ch in eo flico r ice J 1 A g r icu lt u r a lU s e a n d M a in t e n a n ceM a ch in e r y ，2 0 1l( 6 ) ：4 3 4 5 ( inC h in e s ew it hE n g lis h a b s t r a ct ) 7 L u n g k a p inLJ ，S a lo k h eVM ，K a ls ir is ilpR ，e ta 1 D e s ig na n d d e v e lo p m e n to facassavap la n t e r J T r a n s a ct io n so fT h eA S A E ， 2 0 0 9 ，5 2 ( 2 ) ：3 9 3 - 3 9 9 8 】C h e nLH ，Y o u n isTS ，A llis o nM H o r iz o n t a lt r a n s p la n t in go f s w e e tp o t a t o e s J A m a A g r icu lt u r a lM e ch a n iz a t io ninA s iaA f r ica T r a n s a ct io n so ft h eA S A E ，1 9 8 2 ，2 6 ( 7 ) ：1 5 2 4 1 5 2 8 9 D o o le yH T r a n s p la n t e rf o r f o r e s tn u r s e r ie s J T r a n s a ct io n so f T h eA S A E ，1 9 8 3 。2 5 f 7 1 ：1 6 6 l一1 6 6 4 1 0 1 王石，王笑岩，李成华挠性圆盘式蔬菜移栽机运动仿真分 析 J 】农机化研究，2 0 1 3 ( 1 0 ) ：4 2 4 5 W a n gS h i，W a n gX ia o y a n ，L iC h e n g h u a A n a ly s iso fk in e m a