花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)撿拾裝置參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)

姚禮軍，胡志超，王申瑩，曹明珠，于昭洋，王 冰

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036；2.農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)撿拾裝置參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)

姚禮軍1,2，胡志超1,2，王申瑩2，曹明珠2，于昭洋2，王 冰2

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036；2.農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京 210014)

為了提高花生撿拾收獲機(jī)撿拾機(jī)構(gòu)的作業(yè)質(zhì)量，提高撿拾率，降低落果率,在已有研究基礎(chǔ)上，以機(jī)器前進(jìn)速度、彈齒回轉(zhuǎn)速度、齒尖彎曲角度為影響因素，以撿拾率和落果率為考察指標(biāo)，運(yùn)用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)方法對(duì)撿拾收獲機(jī)撿拾機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，建立響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，分析了各影響因素對(duì)作業(yè)質(zhì)量的影響，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了綜合優(yōu)化。結(jié)果表明：各因素對(duì)撿拾率影響顯著順序依次為回轉(zhuǎn)速度、前進(jìn)速度、彎曲角度；對(duì)落果率影響顯著順序依次為前進(jìn)速度、回轉(zhuǎn)速度、彎曲角度；最優(yōu)參數(shù)組合為前進(jìn)速度為0.8m/s、回轉(zhuǎn)速度5.0rad/s、彎曲角度165°，撿拾率為99.36%，落果率為0.58%。

花生；撿拾機(jī)構(gòu)； 響應(yīng)面； 數(shù)學(xué)模型； 優(yōu)化

0 引言

花生是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物,其種植面積、總產(chǎn)量及出口量都位于世界前列[1-2]。據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，2013年我國花生總面積達(dá)471萬hm2，總產(chǎn)量1 700萬t，較2012年增加31萬t，產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，但較低的機(jī)械化收獲水平一直制約著花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3-4]。近10年來，隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化事業(yè)的發(fā)展，花生機(jī)械從開發(fā)研制到市場(chǎng)推廣都有長足進(jìn)展，常見的機(jī)型有挖掘犁、挖掘機(jī)、摘果機(jī)、履帶自走式半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)及牽引式全喂入式花生聯(lián)合收獲機(jī)等[5-10]。由于不同地區(qū)種植制度[11]、花生品種[12-14]、土壤條件及地形地貌等差異[14]，導(dǎo)致許多新型聯(lián)合收獲機(jī)的適應(yīng)性存在局限性，未能得到大面積推廣。

全球范圍內(nèi)，美國代表了花生機(jī)械化生產(chǎn)的最高水平，在20紀(jì)中期已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全程收獲機(jī)械化，典型的兩段收獲模式為其規(guī)?；a(chǎn)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)[15-18]；但引入到國內(nèi)后，對(duì)于本土直立型花生的撿拾存在多次作用才能撿起，甚至出現(xiàn)堆積撿拾現(xiàn)象，落果和漏撿損失嚴(yán)重。國內(nèi)對(duì)撿拾收獲的研究大多是借鑒牧草撿拾的彈齒式撿拾裝置[19-21]，未能透徹地分析不同結(jié)構(gòu)形式的撿拾裝置對(duì)蓬松姿態(tài)物料的適應(yīng)性。

目前，常見的撿拾裝置基本上可分為兩類：適用于牧草撿拾的滾筒式和適用于油菜的升運(yùn)器式[22-24]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)于花生撿拾裝置的研究，基本上是結(jié)合花生植株形態(tài)對(duì)適用于牧草的彈齒滾筒式撿拾裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化[25]，而未從結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新的角度來分析研究適合我國花生品種、種植制度的撿拾裝置。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所基于我國不同地形地貌差異，同時(shí)結(jié)合國外相關(guān)研究，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易型花生撿拾裝置。該類型撿拾裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可適用于不同幅寬收獲臺(tái)，避免了傳統(tǒng)的滾筒式撿拾裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜及關(guān)鍵參數(shù)較多等的問題。本文以八行撿拾收獲機(jī)撿拾裝置為研究對(duì)象，篩選前進(jìn)速度、撿拾裝置回轉(zhuǎn)速度、彈齒齒尖彎曲角度為影響因素，以撿拾率和落果率為主控目標(biāo)，尋求最優(yōu)參數(shù)組合，以期為機(jī)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 撿拾機(jī)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

撿拾機(jī)構(gòu)是撿拾花生收獲機(jī)收獲臺(tái)的主要組成部分，為簡(jiǎn)易型彈齒滾筒，位于收獲臺(tái)最前端，左右兩軸頭分別與收獲臺(tái)架的軸承座和變數(shù)箱齒輪配合安裝，如圖1所示。其主要由彈齒和焊接有角鋼安裝板的軸構(gòu)成，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，維修方便，能夠靈活地適用于不同幅寬的收獲臺(tái)，尤其是對(duì)大幅寬收獲臺(tái)的設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

1.彈齒 2.彈齒轉(zhuǎn)軸 3.軸頭圖1 撿拾機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Roller device of spring tooth

彈齒是與花生果秧首先緊密接觸的部件，對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有很大影響。根據(jù)一般直立型花生植株形態(tài)及種植密度等相關(guān)特性[11]，對(duì)彈齒的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.彈齒總高H 2.彈齒寬幅D 3.齒尖長度T 4.彎曲角度α圖2 彈齒結(jié)構(gòu)形態(tài)Fig.2 structural form of spring-finger

1.2 工作原理及影響因素

機(jī)器作業(yè)時(shí)，動(dòng)力經(jīng)過鏈條傳遞到變速箱，驅(qū)動(dòng)撿拾裝置做機(jī)器前進(jìn)方向相反的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)彈齒運(yùn)動(dòng)到收獲臺(tái)下前方時(shí)，撿拾花生果秧，在撿拾滑草板的支撐下向上輸送，直至攪龍銜接處果秧與彈齒分離，完成撿拾工序。

評(píng)價(jià)撿拾機(jī)構(gòu)性能的指標(biāo)有撿拾率和落果率，為達(dá)到良好的撿拾性能，對(duì)影響撿拾作業(yè)效果的相關(guān)因素進(jìn)行梳理歸納。在運(yùn)動(dòng)參數(shù)方面，機(jī)器前進(jìn)速度與彈齒回轉(zhuǎn)速度的選取存在多方面的關(guān)聯(lián)性：①彈齒運(yùn)動(dòng)軌跡是機(jī)器前進(jìn)運(yùn)動(dòng)與彈齒轉(zhuǎn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，軌跡為擺線，擺線形狀與速度比λ(彈齒端部轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度的比值)有關(guān)，存在3種不同情況,即λ<1、λ=1、λ>1[23-24]，如圖3所示。若要實(shí)現(xiàn)撿拾干脆，減少秧蔓莢果與地面的拖刷，降低落果率，且在最高點(diǎn)要滿足向后拋送物料的條件，即在最高點(diǎn)具有向后的合成速度，則此時(shí)速度比λ>1。②需根據(jù)花生果柄強(qiáng)度來確定λ值的大小[26-27]，減小彈齒對(duì)花生果柄的沖擊，減少落果。③隨著機(jī)器的前進(jìn)，原本彈齒齒端的圓形軌跡變成相互交錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)軌跡，形成漏檢區(qū)。為提高撿拾率，要求漏檢區(qū)控制在合理范圍，機(jī)器前進(jìn)速度越慢，彈齒回轉(zhuǎn)速度越快，漏檢區(qū)越小。

圖3 不同λ值曲線Fig.3 Different λ curves

結(jié)構(gòu)參數(shù)包括有彈齒排數(shù)、彈齒長度、齒尖長度、齒尖彎曲角度等，根據(jù)直立型花生的植株形態(tài)及前期機(jī)器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究，齒尖彎曲角度對(duì)機(jī)構(gòu)性能指標(biāo)有明顯影響，適當(dāng)增加彈齒齒尖彎曲角度，會(huì)減少彈齒撿拾的作用次數(shù)，漏撿和落果都會(huì)相應(yīng)減少。表1為撿拾裝置相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

表1 撿拾裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

本研究選取花生品種為八集小花生，種植地點(diǎn)為江蘇泗陽，種植方式為平作，中等種植密度(莢果平均產(chǎn)量3 150～3 750kg/hm2)。試驗(yàn)選取挖掘后晾曬3～4天的果秧，此時(shí)果柄強(qiáng)度較低，適合試驗(yàn)研究。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)主要設(shè)備有農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制的4HLJ-8型花生撿拾聯(lián)合收獲機(jī)、WDW-10 型微控電子式萬能試驗(yàn)機(jī)、相機(jī)、標(biāo)槍、便攜式彈簧測(cè)力器、卷尺、電子秤及裝機(jī)工具等。

2.3 試驗(yàn)方法與測(cè)定

本次研究是田間整機(jī)試驗(yàn)，測(cè)定不同參數(shù)組合下?lián)焓把b置的撿拾率和落果率。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)[28-29]，以撿拾率J、落果率P作為響應(yīng)值，以機(jī)器前進(jìn)速度v、彈齒回轉(zhuǎn)速度ω、齒尖彎曲角度α為影響因素開展試驗(yàn)研究。表2所示為試驗(yàn)因素與水平表。

表2 試驗(yàn)因素與水平

一次測(cè)試長度為前輪中心軸線到彈齒挑起果秧臨界點(diǎn)的水平距離，為2.0m。每次試驗(yàn)時(shí)，待機(jī)器達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到標(biāo)定位置停止機(jī)器，收集漏撿果秧、落果并稱重，每組試驗(yàn)測(cè)定3次取其平均值，記錄數(shù)據(jù)。

(1)

式中Δm—漏撿植株質(zhì)量；

M—試驗(yàn)總植株質(zhì)量。

(2)

式中 Δl—地面撿拾掉果質(zhì)量；

L—莢果質(zhì)量總和。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

試驗(yàn)應(yīng)用Design-Expert8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，建立二次多項(xiàng)式回歸方程。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建響應(yīng)面模型，對(duì)影響試驗(yàn)指標(biāo)的試驗(yàn)因素進(jìn)行分析研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)了三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)[30-31]。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)面值結(jié)果

3.2 回歸方程建立與方差分析

根據(jù)表3中的試驗(yàn)結(jié)果，在Design-Expert8.0.6軟件中進(jìn)行回歸擬合分析，建立以撿拾率、落果率為目標(biāo)函數(shù)，以機(jī)器前進(jìn)速度、彈齒回轉(zhuǎn)速度、齒尖彎曲角度為自變量的兩個(gè)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面回歸模型，結(jié)果如式(3)～式(4)所示，并對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析，如表4所示。

Y1=99.19-0.99X1+0.94X2-0.26X3+

0.45X1X2-0.093X1X3-0.013X2X3-

(3)

Y2=0.50-0.074X1+0.11X2-0.027X3-

0.048X1X2+0.11X1X3+0.030X2X3+

(4)

其中，X1為機(jī)器前進(jìn)速度；X2為彈齒回轉(zhuǎn)速度；X3齒尖彎曲角度；Y1為撿拾率；Y2為落果率。

p<0.01(極顯著**)，p< 0.05(顯著*)。

由表4分析可知：撿拾率Y1和落果率Y2的響應(yīng)面模型的P值分別為PY1=0.000 1,PY2<0.000 1，表明兩回歸模型極顯著(P<0.01)；失擬項(xiàng)P值分別為0.086 1、0.147 7，均大于0.05，表明回歸方程失擬度低；同時(shí)R2(決定系數(shù))值分別為0.973 5、0.981 6，與數(shù)值1很接近，說明回歸方程預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)測(cè)試值很接近，擬合度高。所以，兩模型可以用來優(yōu)化撿拾機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。

Y1=99.09-0.99X1+0.94X2-0.26X3+

(5)

Y2=0.50-0.074X1+0.11X2-0.048X1X2+

(6)

3.3 單因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響分析

各單因素對(duì)模型影響的主次順序可通過貢獻(xiàn)率K值進(jìn)行比較，貢獻(xiàn)率K[32]值的計(jì)算如式(7)～式(8)所示。各因素對(duì)撿拾率貢獻(xiàn)率的大小順序?yàn)椋夯剞D(zhuǎn)速度X2>前進(jìn)速度X1>彎曲角度X3；各因素對(duì)落果率貢獻(xiàn)率的大小順序?yàn)椋呵斑M(jìn)速度X1>回轉(zhuǎn)速度X2>彎曲角度X3。分析結(jié)果如表5所示。

(7)

(8)

表5 各因素貢獻(xiàn)率分析

3.4 交互因素對(duì)指標(biāo)影響規(guī)律分析

根據(jù)響應(yīng)面回歸方程分析結(jié)果，應(yīng)用Design -Expert 8.0.6 軟件繪制響應(yīng)面圖，對(duì)前進(jìn)速度X1、回轉(zhuǎn)速度X2、彎曲角度X3交互因素對(duì)撿拾率Y1、落果率Y2的影響進(jìn)行分析。

3.4.1 交互因素對(duì)撿拾率的影響規(guī)律分析

圖4為因素間交互作用對(duì)撿拾率響應(yīng)面曲線，每個(gè)響應(yīng)面反映了當(dāng)一個(gè)變量處于最佳水平時(shí)另外兩個(gè)變量之間的相互作用。圖4(a)為機(jī)器前進(jìn)速度X1與回轉(zhuǎn)速度X2對(duì)撿拾率Y1交互作用的響應(yīng)面圖。由圖4(a)可以看出：撿拾率Y1隨前進(jìn)速度X1和回轉(zhuǎn)速度X2變化的曲面都很明顯，表明試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)兩試驗(yàn)因素的變化反應(yīng)敏感；減小前進(jìn)速度，增大回轉(zhuǎn)速度，有助于撿拾率的提高。圖4(b)為前進(jìn)速度X1與齒尖彎曲角度X3對(duì)撿拾率Y1交互作用的響應(yīng)面圖。由圖4(b)可知：撿拾率Y1隨前進(jìn)速度X1變化的曲面明顯，而隨齒尖彎曲角度X3變化的曲面在相對(duì)平緩；當(dāng)齒尖彎曲角度X3為定值時(shí)，前進(jìn)速度X1增加，撿拾率Y1有所下降；當(dāng)前進(jìn)速度X1為定值時(shí)，撿拾率Y1會(huì)隨彎曲角度X3的增加而增大，達(dá)到最大值后開始下降。圖4(c)為回轉(zhuǎn)速度X2與齒尖彎曲角度X3對(duì)撿拾率Y1交互作用的響應(yīng)面圖。由圖4(c)可知：撿拾率Y1隨回轉(zhuǎn)速度X2變化明顯，而隨彎曲角度X3變化平緩；當(dāng)彎曲角度X3為定值時(shí)，撿拾率Y1隨著回轉(zhuǎn)速度X2的增加增大；當(dāng)回轉(zhuǎn)速度X2為定值時(shí)撿拾率Y1會(huì)隨彎曲角度X3的增加而增大，達(dá)到最大值后開始下降，存在最優(yōu)值。

圖4 因素間交互作用對(duì)撿拾率的影響Fig.4 Interactions between factors on the pickup rate

3.4.2 交互因素對(duì)落果率的影響規(guī)律分析

圖5為因素間交互作用對(duì)落果率影響的響應(yīng)面曲線。

圖5 因素間交互作用對(duì)落果率的影響Fig.5 Interactions between factors on the rate of peanut pods

圖5(a)為前進(jìn)速度X1與回轉(zhuǎn)速度X2對(duì)落果率Y2交互作用的響應(yīng)面圖。由圖5(a)可以看出：落果率隨前進(jìn)速度X1和回轉(zhuǎn)速度X2變化的曲面都很明顯，表明試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)兩試驗(yàn)因素的變化反應(yīng)敏感；當(dāng)回轉(zhuǎn)速度X2為定值時(shí)，落果率先隨前進(jìn)速度X1的增大而降低，達(dá)到最小值后開始上升，存在最優(yōu)值；當(dāng)前進(jìn)速度X1為定值時(shí)，落果率先隨回轉(zhuǎn)速度X2增大而降低，達(dá)到最小值后開始上升。圖5(b)為前進(jìn)速度X1和彎曲角度X3對(duì)落果率Y2交互作用的響應(yīng)面圖。由圖5(b)可知：落果率Y2隨前進(jìn)速度X1變化的曲面明顯，彎曲角度X3相對(duì)平緩；落果率Y2隨兩因素的變化反應(yīng)基本上都是先減小、后增大，存在最優(yōu)值。圖5(c)為回轉(zhuǎn)速度X2與彎曲角度X3對(duì)落果率Y2交互作用的響應(yīng)面圖。由圖5(c)可知：落果率Y2隨回轉(zhuǎn)速度X2變化的曲面明顯，彎曲角度X3相對(duì)平緩；落果率Y2隨兩因素的變化反應(yīng)基本上都是先減小、后增大，存在最優(yōu)值。

4 模型預(yù)測(cè)與試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 模型預(yù)測(cè)優(yōu)化

通過分析單因素和因素交互作用對(duì)撿拾率和落果率的影響可知：為達(dá)到的最佳撿拾效果，必須讓兩試驗(yàn)指標(biāo)同一參數(shù)組合下達(dá)到最佳效果，但兩指標(biāo)受因素影響的趨勢(shì)和程度都有很大差別。因此，在優(yōu)化軟件Design-Expert8.0.6中設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，尋求最佳的撿拾性能的參數(shù)組合。

其目標(biāo)函數(shù)為撿拾率達(dá)到最大值，即Y1→Y1max，落果率達(dá)到最小，即Y2→Y2min。約束條件：因素水平為-1≤Xm≤1。其中，m=1,2,3。在軟件中對(duì)各參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)優(yōu)化，得到最優(yōu)參數(shù)組合：當(dāng)前進(jìn)速度為0.78m/s、回轉(zhuǎn)速度5.07rad/s、彎曲角度165.10°時(shí)，撿拾率為99.44%，落果率為0.53%。

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，考慮到試驗(yàn)的可行性，將前進(jìn)速度設(shè)置為0.8m/s、回轉(zhuǎn)速度5.0rad/s、彎曲角度165°，在此優(yōu)化方案下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，取其平均值作為試驗(yàn)驗(yàn)證值，結(jié)果為撿拾率99.36%,落果率為0.58%。試驗(yàn)驗(yàn)證值與模型理論值非常接近，驗(yàn)證了響應(yīng)面分析的合理性，所得到的最優(yōu)參數(shù)組合符合要求。

圖6 田間試驗(yàn)Fig.6 Field testing

5 討論

1)對(duì)撿拾機(jī)構(gòu)主要參數(shù)進(jìn)行多因素分析，研究各因素對(duì)撿拾率和落果率的影響。由于此種考察是撿拾效果對(duì)主要參數(shù)組合的直接反饋，而未從主要參數(shù)對(duì)指標(biāo)影響的致因角度進(jìn)行分析(如彈齒轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生沖擊與果柄強(qiáng)度的關(guān)系、撿拾瞬間莢果與地面的刷拖對(duì)落果的影響)，因此在今后的研究中，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上可以將致因原理與相關(guān)因素相結(jié)合進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

2)優(yōu)化后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：評(píng)價(jià)撿拾機(jī)構(gòu)性能的兩指標(biāo)(撿拾率、落果率)均達(dá)到理想狀態(tài)，且高出花生機(jī)械收獲作業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)很多[33]，完全滿足實(shí)際作業(yè)要求。但本次試驗(yàn)只是針對(duì)單一適收期花生品種進(jìn)行了試驗(yàn)分析，在今后的研究中，需要對(duì)不同種類的花生進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化并驗(yàn)證試驗(yàn)裝置的可靠性。

6 結(jié)論

1)應(yīng)用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)方法對(duì)影響撿拾機(jī)構(gòu)撿拾率和落果率的機(jī)器前進(jìn)速度、回轉(zhuǎn)速度、齒尖彎曲角度建立二次回歸響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了影響趨勢(shì)分析,通過驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)模型和優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，表明模型可靠性高。

2)撿拾裝置各因素對(duì)撿拾率影響顯著順序依次為回轉(zhuǎn)速度X2>前進(jìn)速度X1>彎曲角度X3；各因素對(duì)落果率影響顯著順序依次為前進(jìn)速度X1>回轉(zhuǎn)速度X2>彎曲角度X3。

3)撿拾機(jī)構(gòu)最優(yōu)工作參數(shù)組合為前進(jìn)速度0.8m/s、回轉(zhuǎn)速度5.0rad/s、彎曲角度165°，試驗(yàn)結(jié)果為撿拾率99.36%，落果率0.58%。

[1] 胡志超.半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2013:4-8.

[2] 呂小蓮,胡志超,張延化.半喂入式花生摘果機(jī)的設(shè)計(jì)與性能測(cè)試[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2015,34(3):124-129.

[3] 尚書旗，劉曙光，王方艷，等.花生生產(chǎn)機(jī)械的研 究現(xiàn)狀與進(jìn)展分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(3)：143-147.

[4] 孫慶衛(wèi)，王延耀，徐志瑞，等.花生分段收獲機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，34(1)：234-237.

[5] 王東偉,尚書旗,趙大軍,等.4HBL-4 型二壟四行半喂入自走式花生聯(lián)合收獲機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(10):86-92.

[6] 楊然兵,范玉濱,尚書旗,等.4HBL-2型花生聯(lián)合收獲機(jī)復(fù)收裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016(9):1-7.

[7] 陳有慶，王海鷗，胡志超.半喂入花生聯(lián)合收獲損失致因與控制對(duì)策研析[J]. 中國農(nóng)機(jī)化，2011(1)：72-77.

[8] 高連興,李獻(xiàn)奇,關(guān)萌,等.雙吸風(fēng)口振動(dòng)式花生莢果清選裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2015,46(3):110-117.

[9] 胡志超,彭寶良,謝煥雄,等.升運(yùn)鏈?zhǔn)交ㄉ斋@機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2008,39(11)：220-222.

[10] 胡志超.半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[11] 葛再偉,楊麗英.不同種植密度對(duì)花生生育及產(chǎn)量的影響[J].花生學(xué)報(bào),2002,31(3):33-35.

[12] 呂小蓮,胡志超,于昭洋,等.花生籽粒幾何 尺寸及物理特性的研究[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào):農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2013(3):61-64.

[13] 沈一,劉永惠,陳志德.不同花生品種(系)果柄拉力強(qiáng)度試和莢果主要性狀調(diào)查[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(10):82-83.

[14] 吳琪,曹廣英,王云云.26個(gè)花生品種果柄強(qiáng)度研究[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,48(4):47-49.

[15] P K Padmanathan,K Kathirvel,V M Duraisamy et al.Influence of Crop,Machine and Operational Parameters on Picking and Conveying Efficiency of an Experimental Groundnut Combine[J].Journal of Applied Sciences Research,2007(8):700-705.

[16] 王伯凱，吳努，胡志超，等.國內(nèi)外花生收獲機(jī)械發(fā)展歷程與發(fā)展思路[J].中國農(nóng)機(jī)化，2011(4):6-9.

[17] Parman Corporation. Pearman Peanut Digger-Shaker-Inverters[R]. Georgia: Parman Corporation,2006.

[18] Pattee H E, Stalker H T. Advances in Peanut Science[M].Stillwater, OK: American Peanut Research and Education Society, 1995.

[19] 王文明,王春光. 彈齒滾筒式撿拾裝置的研究與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2012,34(10):221-225.

[20] 王文明,王春光.彈齒滾筒式撿拾裝置參數(shù)分析與仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012,43(10):82-89.

[21] 王國權(quán)，余群，卜云龍，等.秸稈撿拾打捆機(jī)設(shè)計(jì)及撿拾器的動(dòng)力學(xué)仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2001,32(5):59-61,68.

[22] 袁彩云，刁培松，張道林．彈齒滾筒撿拾器的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2011，33(5):73- 76．

[23] 吳崇友.齒帶式油菜撿拾收獲機(jī)設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化 [D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[24] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：下冊(cè)[K].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[25] 許濤,沈永哲,高連興,等. 基于兩段收獲的彈齒式花生撿拾機(jī)構(gòu)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,47(3):90-97,111.

[26] 關(guān)萌，沈永哲，高連興，等.花生起挖晾曬后的果柄機(jī)械特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,30(2):87-93.

[27] Guan Meng，Zhao Baoquan，Gao Lianxing，et al． Effect of curing time on moisture content and mechanical properties of peanut pods[J]．International Agriculture Engineering Journal，2015，24( 2):1-8．

[28] 于昭洋,胡志超,王海鷗,等. 大蒜果秧分離機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(1):40-46.

[29] 李云雁，胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理：2版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：124-159.

[30] 徐向宏，何明珠. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與Design-Expert、SPSS 應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[31] 丁素明，薛新宇，方金豹，等.手持式風(fēng)送受粉機(jī)工作參數(shù)優(yōu)化與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015,31(8):68-75.

[32] 明道緒.高級(jí)生物統(tǒng)計(jì)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2006.

[33] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY /T 2204—2012花生收獲機(jī)械 質(zhì)量評(píng)價(jià)作業(yè)規(guī)范[S]．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2013．Abstract ID:1003-188X(2017)12-0112-EA

Experiment and Parameters Optimization for Pickup Mechanism of Peanut Harvester

Yao Lijun1,2, Hu Zhichao1,2, Wang Shenying2, Cao Mingzhu2, Yu Zhaoyang2, Wang Bing2

(1.Engineering College, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2.Nanjing Research Institute for Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

In order to raise working quality of pickup mechanism of peanut harvester, increase the pickup rate and reduce the rate of peanut pods drop, in this paper, a experiment was designed on the basis of existing research. The forward speed of machine,rotary speed of spring-finger and tip angle of spring-finger were taken as the influencing factors. The pickup rate and the rate of fruit drop was used as test indexes. According to the above factors and indexes, this paper took Box-Benhnken central composite experimental design method to arrange experiments，established mathematical model about the response surface through Design-Expert 8.0.6，analyzed these factors how to influence the working quality of the pickup mechanism，and optimized relevant parameters. The results showed that trial factors had great effects on the working quality. The significant effects of rotary speed of spring-finger，forward speed of machine and tip angle of spring-finger on increasing pickup rate were in a decreasing order. The significant effects of forward machine speed, rotary speed of spring-finger and tip angle of spring-finger on reduce the rate of peanut pods drop were in a decreasing order.The optimal parameter combination was obtained, which was 0.8m/s as the forward speed of machine,5.0rad/s as rotary speed of spring-finger,165o as tip angle of spring-finger, with this optimal parameter combination, the pickup rate was 99.36% ，the rate of peanut pods drop the rate of peanut pods drop was 0.58%.

peanut; pickup mechanism; response surface; mathematical model; optimization

2016-09-23

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-14-機(jī)械化裝備)；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項(xiàng)目(2013-2018)

姚禮軍(1990-)，男，安徽安慶人，碩士研究生，(E-mail)1002526216@qq.com。

胡志超(1963-)，男，陜西藍(lán)田人，研究員，博士生導(dǎo)師，博士，(E-mail)nfzhongzi@163.com。

S225.7+3

A

1003-188X(2017)12-0112-07