油菜耕整移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)液壓仿形系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

湯 慶 吳 俊 蔣 蘭 吳崇友 肖體瓊 江 濤

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所， 南京 210014)

0 引言

油菜是我國重要的油料作物，85%集中在長江流域冬油菜產(chǎn)區(qū)，其中40%因輪作茬口或氣候條件等原因，不具備直接播種的條件，必須采用育苗移栽方式種植。吳崇友團(tuán)隊(duì)提出了“毯狀苗切塊取苗，切縫插栽”的高效移栽方式[1]，開發(fā)了以拖拉機(jī)為動(dòng)力，將耕整地與移栽功能于一體的油菜耕整移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)[2]，其包含兩個(gè)栽植單元，每個(gè)單元需要具有獨(dú)立的地面仿形能力。移栽機(jī)栽植深度一致性是衡量移栽機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，其與倒伏、埋苗、露苗等多項(xiàng)性能指標(biāo)有內(nèi)在關(guān)聯(lián)，栽植過深或過淺都會影響植株的生長以及養(yǎng)分的吸收[3-6]，甚至影響作物產(chǎn)量[7]。

仿形技術(shù)因可以有效地保證栽深一致性而得到了廣泛的應(yīng)用。在免耕播種機(jī)上應(yīng)用廣泛[8-9]，用于控制播深一致性，并且多采用單體仿形機(jī)構(gòu)。在許多播種機(jī)上都設(shè)計(jì)了具有仿形功能的開溝器[10-11]，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)仿形，提高了播深一致性。為了提高農(nóng)用車底盤的地面仿形、平順性和通過性，學(xué)者設(shè)計(jì)了仿形農(nóng)用車底盤[12]以及其他仿形裝置[13-14]。但這些多為機(jī)械式仿形，通常利用彈簧形變，采用單點(diǎn)單桿鉸鏈?zhǔn)椒滦螜C(jī)構(gòu)、平行四桿仿形機(jī)構(gòu)、多桿雙自由度仿形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)仿形功能，但在仿形過程中，隨著地表的起伏，彈簧會產(chǎn)生壓縮與伸長，對土壤的壓力是實(shí)時(shí)變化的，導(dǎo)致仿形效果差[15]。

為解決機(jī)械式仿形存在的問題，國外最早出現(xiàn)了基于機(jī)-電-液一體化技術(shù)的電液仿形系統(tǒng)[16]。PASI等[17]采用角度傳感器和遠(yuǎn)程超聲測距傳感器檢測地表高度，控制電液比例減壓閥，輸出相應(yīng)的壓力，從而控制開溝深度恒定。NIELSEN等[18-20]開發(fā)了一種犁刀開溝器深度控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)播深穩(wěn)定性顯著高于傳統(tǒng)播種機(jī)。國內(nèi)也有多位學(xué)者進(jìn)行了研究[21-23]，雖然電液仿形系統(tǒng)能夠提高仿形效果，但結(jié)構(gòu)成本高，對系統(tǒng)控制模型要求高。

針對機(jī)械式仿形對地面有壓實(shí)，仿形精度低和電液仿形制造成本高、控制模型復(fù)雜等問題，本文結(jié)合機(jī)械式仿形和電液仿形的優(yōu)勢，提出機(jī)械式高度(離地)感應(yīng)，液壓控制的方案，設(shè)計(jì)油菜耕整移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)液壓仿形系統(tǒng)并進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期提升仿形精度，提高栽深合格率。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

移栽機(jī)由兩個(gè)栽植單元組成，每個(gè)栽植單元設(shè)置一套獨(dú)立仿形系統(tǒng)，仿形系統(tǒng)組成與原理如圖1所示，主要包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和仿形輪裝置。機(jī)械系統(tǒng)由栽植器、秧箱和仿形四桿機(jī)構(gòu)組成，仿形輪裝置由仿形輪、高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和拉線等組成。仿形輪裝置安裝在栽植機(jī)構(gòu)的主梁上，可以隨栽植機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)。

移栽機(jī)工作前，依據(jù)土壤軟硬程度及栽植深度要求通過高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整仿形輪的初始高度。在開始工作，仿形輪接觸地面向上抬起，仿形輪一端通過拉線與液壓系統(tǒng)的比例閥閥芯相連，可以拉動(dòng)閥芯移動(dòng)。正常作業(yè)時(shí)拉動(dòng)閥芯處于中立位置，液壓系統(tǒng)液壓油直接回油箱，提升油缸不動(dòng)作。當(dāng)遇到地面凸起時(shí)，仿形輪沿著地面向上抬起，此時(shí)帶動(dòng)拉線拉動(dòng)閥芯操縱桿使換向閥處于左位，液壓系統(tǒng)給提升油缸供油使油缸收縮拉動(dòng)仿形四桿機(jī)構(gòu)向上抬起，仿形輪相對栽植機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)到達(dá)正常工作位置，完成向上仿形，為減少液壓沖擊，在提升油缸有桿腔設(shè)置有蓄能器。當(dāng)遇到地面凹陷時(shí)，仿形輪裝置的仿形輪沿著地面向下落，拉線收縮使閥芯移動(dòng)到右位，秧箱在重力的作用下拉動(dòng)提升油缸伸長，提升油缸中液壓油經(jīng)過換向閥直接流回油箱，仿形輪相對栽植機(jī)構(gòu)向上移動(dòng)到達(dá)正常工作位置，完成向下仿形。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

仿形輪裝置與液壓系統(tǒng)是栽植單元液壓仿形系統(tǒng)的主要工作部件。在作業(yè)過程中，仿形輪裝置用于檢測地面起伏情況，通過拉線控制液壓系統(tǒng)的液壓油流向，控制提升油缸動(dòng)作完成仿形，適應(yīng)于地面起伏情況下的正常栽植作業(yè)。

2.1 仿形輪裝置設(shè)計(jì)

如圖2，仿形輪裝置依靠固定機(jī)架螺栓固定于栽植單元的主梁上，在擋位板上調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)手柄在不同位置，通過鉸接在高度調(diào)節(jié)手柄上的調(diào)節(jié)連桿拉動(dòng)高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)體繞高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，仿形輪通過仿形輪支架鉸接在高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)體上，跟隨著高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使仿形輪實(shí)現(xiàn)初始高度的調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)不同的栽植深度。在移栽作業(yè)時(shí)仿形輪相對高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)體的鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而拉動(dòng)拉線調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，拉線可以通過復(fù)位彈簧作用回位，在高度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)體上有弧形槽，控制仿形輪支架在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中限制位置，控制仿形量。

如圖3，移栽作業(yè)前，仿形輪處于自由狀態(tài)，仿形輪上連桿AOD繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，點(diǎn)O固定于栽植單元機(jī)架上，OA長為L，DO長為l，點(diǎn)D聯(lián)動(dòng)拉線拉動(dòng)比例閥閥芯控制液壓系統(tǒng)，比例閥閥芯從下降位移動(dòng)到上升位距離為S。當(dāng)開始作業(yè)，仿形輪向上移動(dòng)處于正常工作位置，拉線拉動(dòng)閥芯處于中位保壓位置，提升油缸無動(dòng)作。當(dāng)?shù)孛嬗型蛊疬_(dá)到最大上仿形量時(shí)，仿形輪由正常工作的點(diǎn)A上升到點(diǎn)E處于地面凸起工作位置，此時(shí)拉線端由點(diǎn)D移動(dòng)到點(diǎn)F，此時(shí)lDF=S/2，lAE=LS/(2l)，閥芯處于上升位，提升油缸開始動(dòng)作提升栽植單元；當(dāng)?shù)孛嬗邪枷葸_(dá)到最大下仿形量時(shí)，仿形輪由正常工作點(diǎn)A下降到點(diǎn)G，此時(shí)拉線端由點(diǎn)D移動(dòng)到點(diǎn)H，此時(shí)lDH=S/2，lAG=LS/(2l)，閥芯處于下降位，提升油缸中液壓油直接回油箱，栽植單元下降；根據(jù)地形和栽前整地條件，參照播種機(jī)的仿形參數(shù)，上、下仿形量通常為80～120 mm[24]?？梢詫AE和lAG近似為最大上、下仿形量，所以lAE=lAG=LS/(2l)=120 mm，本文設(shè)計(jì)液壓比例閥的閥芯移動(dòng)行程S=12 mm，即L/l=20。

仿形輪在地面上被動(dòng)滾動(dòng)為純滾動(dòng)，滾動(dòng)阻力為滾動(dòng)軸之間的摩擦力，摩擦力的大小與壓力、摩擦因數(shù)有關(guān)，由于仿形輪與滾動(dòng)軸材料為確定值且在正常滾動(dòng)情況下壓力也為定值，所以滾動(dòng)阻力為定值，那么滾動(dòng)阻力矩為定值。仿形輪滾動(dòng)動(dòng)力為仿形輪與地面的摩擦力，由于壓力和摩擦因數(shù)為定值，同樣摩擦力也為定值，但是仿形輪的直徑為變化值，所以直徑越大，動(dòng)力矩越大，仿形輪越容易滾動(dòng)。但仿形輪安裝于栽植裝置與整地裝置之間，且受仿形量限制，仿形輪活動(dòng)空間有限，綜合考慮仿形輪直徑為120 mm，材料選用硬聚氯乙烯增大摩擦力，減少粘土。

2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)由液壓缸、換向閥、節(jié)流閥、溢流閥、卸荷閥、截止閥、提升油缸、蓄能器、油箱和閥芯移動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成(圖4)，閥芯移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括拉線、閥芯操縱桿等，仿形輪可以拉動(dòng)拉線移動(dòng)閥芯操縱桿，根據(jù)地面情況使閥芯分別處于上升位、中立位、下降位，提升油缸也相應(yīng)處于提升、靜止、下降位置，栽植單元在提升油缸的作用下隨著仿形輪的上升而上升、下降而下降，實(shí)現(xiàn)仿形。系統(tǒng)中溢流閥和卸荷閥起到安全作用，防止系統(tǒng)壓力過高。當(dāng)仿形輪感應(yīng)到地面凸起，仿形輪抬起通過連桿拉動(dòng)拉線通過閥芯移動(dòng)機(jī)構(gòu)使閥芯處于上升位(左端)，液壓馬達(dá)給提升油缸供油，提升栽植單元，完成向上仿形，在提升油缸有桿腔內(nèi)設(shè)置蓄能器，起到蓄能緩沖作用；當(dāng)仿形輪感應(yīng)到地面凹陷，仿形輪下移拉線縮回通過閥芯移動(dòng)機(jī)構(gòu)使閥芯處于下降位(右端)，液壓馬達(dá)不給提升油缸供油，提升油缸原有的液壓油通過換向閥流回油箱，栽植單元下降，完成向下仿形，在回油路上還設(shè)置了節(jié)流閥來調(diào)整栽植單元下降速度；當(dāng)正常作業(yè)時(shí)，閥芯處于中立位，提升油缸處于保壓狀態(tài)，栽植單元不動(dòng)作。

液壓系統(tǒng)要求在仿形過程中提升油缸能夠快速動(dòng)作，系統(tǒng)液壓流量要求在10 L/min以上，由

Q=q0nηV×10-3

(1)

式中ηV——容積效率，取0.85

n——泵轉(zhuǎn)速，取1 800 r/min

q0——泵排量，mL/r

Q——系統(tǒng)流量，取10 L/min

可得泵的計(jì)算排量為6.5 mL/r，從泵的標(biāo)準(zhǔn)序列中需選取大于計(jì)算排量，所以選取泵的公稱排量為8 mL/r，采用定量齒輪泵，型號為CBTSL-F308-AFφL。由此計(jì)算得出實(shí)際工作中系統(tǒng)流量Q=12.24 L/min。

仿形輪與栽植器的距離為450 mm，按照作業(yè)速度2 m/s計(jì)算，當(dāng)感應(yīng)輪感應(yīng)到地面凸起或凹陷，移栽機(jī)行進(jìn)使栽植器到達(dá)凸起或凹陷的時(shí)間為0.22 s，提升油缸必須滿足0.22 s使栽植器到達(dá)理論的高度。提升油缸必須滿足高靈敏度，提升速度公式為

(2)

式中VL——提升油缸的提升速度，m/min

Z——油缸數(shù)量，取1

D——活塞直徑，取60 mm

d——活塞桿直徑，取15 mm

計(jì)算可得VL=5.77 m/min。以仿形的極端情況由最低的凹坑到最高的凸起，其仿形量按200 mm來計(jì)算，仿形油缸的仿形行程為20.26 mm，提升時(shí)間為0.21 s，提升油缸的提升速度滿足要求。

在仿形過程中，高壓油會迅速進(jìn)入提升油缸或液壓油快速回油箱，由于油缸和負(fù)載(栽植單元)具有慣性，油缸的速度不可能立即改變，這時(shí)油缸的速度與進(jìn)入的流量不平衡，多余(或欠缺)的流量就會引起油缸的驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)壓力的上升(或下降)，導(dǎo)致油缸壓力和速度持續(xù)振蕩，引起沖擊[25]。這種振蕩一般經(jīng)過一段時(shí)間后，壓力與負(fù)載力達(dá)到平衡而使運(yùn)動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，但在實(shí)際作業(yè)仿形過程中，油缸的提升和下降時(shí)間很短，很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)而使提升油缸一直處于這種振蕩狀態(tài)，降低了仿形的穩(wěn)定性。為了降低沖擊，提高仿形穩(wěn)定性，本文采用在提升油缸的有桿腔增加蓄能器的方法，依據(jù)油缸的工作壓力等條件選用慣性小的氣囊式SB330-0.5A1/112A-330A型蓄能器。

3 試驗(yàn)

3.1 模擬路面試驗(yàn)

3.1.1試驗(yàn)條件與方法

為檢驗(yàn)液壓仿形系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與靈敏性，進(jìn)行室內(nèi)的模擬路面試驗(yàn)。制作正弦曲線路面，曲線方程為

y=25sin(4πvt)

(3)

式中v——移動(dòng)小車的前進(jìn)速度，m/s

t——時(shí)間，s

y——豎直方向上的位移，mm

如圖5所示，移動(dòng)小車推動(dòng)曲面導(dǎo)軌移動(dòng)模擬機(jī)具前進(jìn)，移動(dòng)小車速度可調(diào)，油菜移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)臺架驅(qū)動(dòng)，通過導(dǎo)軌移動(dòng)模擬移栽機(jī)仿形輪在地面上行進(jìn)。通過高速攝像機(jī)拍攝仿形輪在曲面導(dǎo)軌上浮動(dòng)的視頻，利用ProAnalyst高速攝影視頻處理軟件進(jìn)行后處理。如圖6所示，選取曲面導(dǎo)軌上一點(diǎn)來測定移動(dòng)小車的行駛速度，以仿形輪的中心點(diǎn)和栽植機(jī)構(gòu)主梁的角點(diǎn)為標(biāo)定點(diǎn)，分別測定仿形輪和栽植機(jī)構(gòu)豎直方向上的位移。

3.1.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

調(diào)整移動(dòng)小車行駛速度，分別試驗(yàn)不同速度(0.3、0.6、0.9、1.2 m/s)下仿形輪和栽植機(jī)構(gòu)的豎直方向上位移，利用Matlab軟件對仿形輪和機(jī)具試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行一階正弦曲線擬合(Sum of sine)，得到豎直方向上位移與時(shí)間的變化函數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7和表1所示。從仿形曲線觀察，仿形輪和栽植機(jī)構(gòu)的豎直方向上位移軌跡和正弦曲線路面趨勢一致，液壓仿形系統(tǒng)作用明顯。4種速度下仿形輪移動(dòng)幅值分別為47.08、42.38、41.16、33.10 mm，而設(shè)計(jì)路面軌跡幅值為50 mm，幅值分別降低5.8%、15.2%、17.7%、33.8%，且基本上隨著行進(jìn)速度的增大幅值呈下降趨勢。栽植機(jī)構(gòu)的移動(dòng)幅值分別為42.54、39.26、29.26、22.72 mm，相比仿形輪分別降低9.64%、7.36%、28.91%、31.36%，相比路面軌跡幅值分別降低14.9%、21.5%、41.5%、54.6%，隨著行進(jìn)速度的增大幅值呈下降趨勢，而且下降幅度逐漸增大。從圖中變化曲線的峰值可以發(fā)現(xiàn)仿形輪和栽植機(jī)構(gòu)相對理論行走軌跡的時(shí)間均存在一定程度滯后，分別將仿形輪和機(jī)具的峰值對應(yīng)時(shí)間與理論行走軌跡的峰值應(yīng)用時(shí)間作比較，得到仿形輪和機(jī)具的時(shí)間差即相位差，如表1所示，不同前進(jìn)速度下機(jī)具滯后時(shí)間均比仿形輪更長，相位差隨著前進(jìn)速度的增大而呈上升趨勢。

表1 不同前進(jìn)速度下的仿形擬合曲線方程Tab.1 Profiling curve fitting equation of different forward speeds

3.2 田間試驗(yàn)

3.2.1試驗(yàn)條件與方法

試驗(yàn)于2019年11月在江蘇省南京市白馬鎮(zhèn)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為黃壤土，前茬作物為水稻。試驗(yàn)前，0～10 cm處土壤容積密度為1.26 g/cm3，10～20 cm處土壤容積密度為1.51 g/cm3，0～5 cm處土壤含水率為21.3%，5～10 cm處土壤含水率為26.7%，10～15 cm處土壤含水率為27.2%，15～20 cm處土壤含水率為29.8%，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖8所示。檢測設(shè)備包括游標(biāo)卡尺、秒表、鋼尺及卷尺等。

影響液壓仿形質(zhì)量的因素有機(jī)組前進(jìn)速度、栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差等，液壓仿形質(zhì)量通過栽植深度合格率來衡量，仿形效果直接影響移栽機(jī)栽植深度的合格率，故以前進(jìn)速度、栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差為影響因素，以栽植深度合格率為試驗(yàn)指標(biāo)，采用三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法安排試驗(yàn)。

目前，受油菜移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)的限制，前進(jìn)速度限制為0.4～1.2 m/s，栽植單元質(zhì)量定為30～50 kg，地面起伏高度差受田間情況影響在20～100 mm之間。試驗(yàn)因素編碼如表2所示。

表2 試驗(yàn)因素編碼Tab.2 Coding of factors

3.2.2試驗(yàn)指標(biāo)測定

栽植深度影響秧苗的緩苗和根系的再生，秧苗基質(zhì)(土)層上表面等高于覆土表面，其栽植深度按零計(jì)。在一個(gè)栽植行測定區(qū)間內(nèi)，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求的栽植深度D(應(yīng)不小于1 cm)為標(biāo)準(zhǔn)，所栽秧苗深度在D±1 cm之內(nèi)為合格，栽植深度合格穴數(shù)所占設(shè)計(jì)穴數(shù)的百分比為栽植深度合格率，試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行4 次，結(jié)果取平均值，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)大于等于75%。

3.2.3試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

運(yùn)用Design-Expert 8.0軟件對表3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，剔除不顯著項(xiàng)，得到栽植深度合格率回歸方程：H=89.63-0.065A-0.378B+22.787C+0.0037AB-0.07AC-10.355C2。A、B、C為因素編碼值。

表3 試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示。從各個(gè)因素P值可以看出，栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差、前進(jìn)速度對栽植深度合格率都有顯著性影響，強(qiáng)弱次序?yàn)椋築、A、C。交互項(xiàng)AB和AC以及二次項(xiàng)C2的P值均表現(xiàn)影響顯著，故所選因素與響應(yīng)值之間同時(shí)存在因素間的交互作用以及二次非線性關(guān)系。模型顯著性檢驗(yàn)F=14.13，P<0.000 1，二次回歸方程的檢測達(dá)到顯著水平；失擬性檢驗(yàn)F=4.21，為不顯著，表明試驗(yàn)范圍內(nèi)模型的擬合性很好；Design-Expert 8.0軟件分析結(jié)果可知：模型決

表4 方差分析Tab.4 Analysis of variance

定系數(shù)R2=0.867 1，表明可以解釋響應(yīng)值86.71%的變化；該模型誤差較小，因此可以使用該模型對栽植深度合格率進(jìn)行分析和預(yù)測。

3.2.4交互作用影響

圖9為試驗(yàn)因素水平范圍內(nèi)栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差以及前進(jìn)速度對栽植深度合格率影響的響應(yīng)曲面。由圖9a可知，當(dāng)前進(jìn)速度一定時(shí)，栽植單元質(zhì)量增加，同時(shí)地面起伏高度差減小時(shí)，可以提高仿形效果，即栽植深度合格率相應(yīng)增大。由圖9b可知，在地面起伏高度差較小時(shí)，隨著前進(jìn)速度增大，栽植深度合格率基本增大。但在地面起伏高度差較大時(shí)，隨著前進(jìn)速度增大，栽植合格率先逐漸增大到峰值后降低，且隨著地面起伏高度差越大，峰值對應(yīng)的前進(jìn)速度相對較小。綜合上述變化規(guī)律可知：栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差以及前進(jìn)速度共同決定栽植深度合格率，為了改善仿形效果，提高栽植質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)增加栽植單元質(zhì)量，減小地面起伏高度差，并且選擇合適的前進(jìn)速度。

3.2.5參數(shù)優(yōu)化

通過試驗(yàn)探究地面起伏高度差A(yù)、栽植單元質(zhì)量B以及前進(jìn)速度C對栽植深度合格率影響規(guī)律，依據(jù)試驗(yàn)得到的回歸方程，以栽植深度合格率H取最大值為優(yōu)化目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型

(4)

經(jīng)尋優(yōu)可得優(yōu)化后最優(yōu)值為：栽植單元質(zhì)量30 kg、地面起伏高度差20 mm、前進(jìn)速度1 m/s，此時(shí)栽植深度合格率H為90.27%。

4 結(jié)論

(1)為了解決油菜耕整移栽聯(lián)合作業(yè)機(jī)栽植深度不一致問題，設(shè)計(jì)了以仿形輪為地面高度感應(yīng)部件和帶蓄能器的液壓仿形驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證液壓仿形系統(tǒng)對提高聯(lián)合作業(yè)機(jī)栽植深度合格率有明顯效果。

(2)液壓仿形系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室模擬路面試驗(yàn)，結(jié)果顯示在不同的移動(dòng)速度下仿形輪軌跡與栽植器的動(dòng)作軌跡一致，在0.3、0.6、0.9、1.2 m/s 4種速度下仿形輪的移動(dòng)幅值相比設(shè)計(jì)路面軌跡幅值分別降低5.8%、15.2%、17.7%、33.8%，且基本上隨著行進(jìn)速度的增大呈下降趨勢。栽植機(jī)構(gòu)的移動(dòng)幅值相比仿形輪的移動(dòng)幅值分別降低9.64%、7.36%、28.91%、31.36%，隨著行進(jìn)速度的增大呈下降趨勢，而且下降幅度變大。仿形輪和栽植機(jī)構(gòu)相對理論軌跡相位差分別為0.026 7、0.011 9、0.022 5、0.036 6 s和0.182、0.126 4、0.127 8、0.148 9 s。

(3)以機(jī)組前進(jìn)速度、栽植單元質(zhì)量、地面起伏高度差為影響因素，以栽植深度合格率為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行了三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。因素影響的強(qiáng)弱次序?yàn)椋涸灾矄卧|(zhì)量、地面起伏高度差、機(jī)組前進(jìn)速度。經(jīng)尋優(yōu)得到三因素最優(yōu)值為：栽植單元質(zhì)量30 kg、地面起伏高度差20 mm、前進(jìn)速度1 m/s，此時(shí)栽植深度合格率90.27%，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值，表面液壓仿形系統(tǒng)可以有效控制栽深，提高栽植深度穩(wěn)定性。