刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验.pdf

徐勇 宋明翰 孙国峻 等 刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验 J 华南农业大学学报 2021 42 6 79 87 XU Yong SONG Minghan SUN Guojun et al Design and test of organic fertilizer discharging device with scraper conveyor for greenhouse J Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 79 87 刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验 徐 勇 宋明翰 孙国峻 余洪锋 何瑞银 南京农业大学 工学院 江苏 南京 210031 摘要 目的 解决现有有机肥排肥装置排肥稳定性差的问题 提高大棚内有机肥施撒机械化水平 设计一种刮板 输送式大棚有机肥排肥装置 方法 以苏南地区草莓种植大棚为例 依据大棚基本尺寸参数和草莓种植农艺要 求 确定排肥装置设计的主要要求 结合散体力学理论对设计的排肥装置关键结构和参数进行分析和确定 确 定影响排肥量稳定性的主要因素为排肥轴转速和排肥器开度 搭建室内有机肥排肥试验平台 进行转速与排肥 量单因素试验和两因素五水平的响应面试验 结果 转速与排肥量相关性试验结果表明 在试验设定的转速和 开度范围内 不同开度条件下 转速和排肥量均呈良好的线性关系 整体的决定系数大于0 985 7 排肥量可通过 实时调节开度和转速实现调节 响应面试验结果表明 排肥范围内排肥量稳定性较好 排肥轴转速对于排肥稳 定性变异系数的影响大于排肥器开度 当排肥器开度为30 42 mm 排肥轴转速为51 5 r min时 排肥稳定性变 异系数结果最优 为1 84 验证试验结果表明 变异系数相对误差不大于5 变异系数相对误差均值仅为 2 95 符合要求 对比验证试验表明 常用的螺旋式有机肥排肥器的排肥稳定性变异系数均值为6 12 本文 设计的刮板输送式有机肥排肥器有效提高了有机肥的排肥稳定性 结论 设计的刮板输送式排肥装置具有较好 的排肥性能 能够满足设施大棚内有机肥施肥作业要求 关键词 有机肥 刮板 受力分析 排肥稳定性 优化试验 中图分类号 S224 21 文献标志码 A 文章编号 1001 411X 2021 06 0079 09 Design and test of organic fertilizer discharging device with scraper conveyor for greenhouse XU Yong SONG Minghan SUN Guojun YU Hongfeng HE Ruiyin College of Engineering Nanjing Agricultural University Nanjing 210031 China Abstract Objective In order to improve the mechanization level of organic fertilizer application in the greenhouse and solve the problem of low fertilizer discharge stability of the existing organic fertilizer discharging device an organic fertilizer discharging device with scraper conveyor for greenhouse was designed Taking the strawberry planting greenhouse in southern Jiangsu area as an example the main requirements for the design of the fertilizer discharging device were determined according to the basic size parameters of the greenhouse and the agronomic requirements of strawberry planting The key structure and parameters of the designed fertilizer discharging device were analyzed and determined by combining the bulk mechanics theory and the main factors affecting the stability of the fertilizer discharging volume were 收稿日期 2021 02 05 网络首发时间 2021 09 26 09 31 33 网络首发地址 作者简介 徐 勇 1996 男 硕士研究生 E mail m740415467 通信作者 何瑞银 1964 男 教授 博士 E mail ryhe njau 基金项目 江苏省农业科技自主创新资金项目 CX 19 2012 江苏省现代农机装备与技术示范推广项目 NJ2019 14 华南农业大学学报 Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 79 87 DOI 10 7671 j issn 1001 411X 202102008 determined to be the rotational speed of the fertilizer discharging shaft and the opening degree of the fertilizer discharging device An indoor organic fertilizer discharging test plat was built and single factor test and two factor five level response surface test of rotational speed and fertilizer discharging volume were conducted Result The results of the correlation test between rotational speed and fertilizer discharging volume showed that within the range of rotational speed and opening degree set in the test the rotational speed and fertilizer discharging volume had a good linear relationship under the conditions with different opening degree The overall coefficient of determination was above 0 985 7 and the fertilizer discharging volume could be adjusted by adjusting the opening degree and rotational speed in real time The results of the response surface test showed that the stability of fertilizer discharging volume within the set range was good and the rotational speed of the fertilizer discharging shaft had a greater influence on the coefficient of variation of the fertilizer stability compared with the opening of the fertilizer discharging device The coefficient of variation of fertilization stability was optimal 1 84 when the opening degree of fertilizer discharging device was 30 42 mm and the rotational speed of fertilizer discharging shaft was 51 5 r min The comparison test showed that the average value of the coefficients of variations of the commonly used spiral organic fertilizer discharger was 6 12 and the organic fertilizer discharger with scraper conveyor designed in this paper effectively improved the stability of organic fertilizer discharging Conclusion The designed fertilizer discharging device with scraper conveyor has good fertilizer discharging perance and meets the requirements of organic fertilizer application in greenhouse Key words organic fertilizer scraper stress analysis fertilization stability optimization test 设施大棚种植业的发展能够有效保证蔬菜 瓜 果的淡季供应 具有巨大的社会效益和经济效益 1 中国设施农业机械化发展水平相对滞后 综合机械 化水平仅为33 2 3 施肥是设施大棚种植作业中 最重要的环节之一 施撒有机肥能够有效改善土 质 减少温室气体排放 改良作物品质 提高作物产量 4 8 但是 目前大棚中有机肥的撒施仍然主要依靠人 工 劳动强度大 作业效率低 9 要实现高效高质的 设施农业生产 必须依靠机械施肥 排肥装置是施 撒有机肥的关键部件 10 现阶段 国内外对于有机 肥施肥机械的研究很多 11 13 但专用于设施大棚的 施肥机械鲜见介绍 为了提高我国设施大棚施肥机 械化水平 有必要设计大棚有机肥排肥装置 目前 用于有机肥施撒的主要排肥装置及原理为 离心圆 盘式 利用圆盘的离心力抛撒肥料 14 桨叶式 通过 桨片高速旋转将肥料抛撒到田间 15 锤片式 通过螺 旋绞龙运送肥料至卸料口 再用高速运动的锤片将 肥料撕裂 粉碎 自上而下抛出 16 抛撒转轴式 通 过排料口挡板调节落料量 落料通过旋转转轴抛撒 而出 17 以上排肥装置都只适用于大型农场或大田 18 施撒效率高 排肥原理都是利用排肥器高速旋转的 离心力惯性抛撒有机肥 肥料经排肥器排出过程中 会有大量泄漏 导致排肥量不稳定 刮板输送装置对散体物料良好的输送特性保 证了散体物料运输 排施过程的稳定性和定量可控 性 19 21 但将刮板输送装置应用于有机肥施撒并不 多见 本研究综合考虑刮板输送装置的机构特性和 输送原理 设计一种刮板输送式有机肥排肥装置 对其关键结构参数进行设计和分析 搭建排肥器性 能试验平台 对关键参数进行优化 以期为整机的 设计提供参考依据 1 整体结构与工作原理 1 1 大棚有机肥施撒农艺要求 以苏南地区草莓大棚为例 该地区草莓种植大 棚多为8 332型大棚 图1 棚高3 2 m 棚宽8 m 长 80 m 大棚门宽1 2 m 高度为1 75 m 大棚内作 业空间有限 一般采用人工作业 22 23 为了促进草 莓开花结果 一般在草莓种植之前 在整个大棚内 进行基肥施撒作业 施撒有机肥量为1 50 2 25 kg m 2 8 m 3 2 m 1 8 m 1 2 m 1 5 m1 75 m 图 1 8 332型大棚基本尺寸 Fig 1 Basic dimensions of 8 332 greenhouse 80 华南农业大学学报 第 42 卷 有机肥种类为腐熟的肥类有机肥 施肥作业先将有 机肥撒于地表 后用旋耕机将有机肥旋入土壤 1 2 排肥装置整体结构 刮板输送式排肥装置主要由承料箱 挡肥板升 降装置 刮板输送式排肥器 传动装置和控制器组 成 承料箱由箱体和挡肥板组成 其中挡肥板安装 在箱体两边的滑道中 可以上下升降移动 挡肥板 升降装置主要由齿轮轴 齿轮和齿条组成 齿条焊 接在挡肥板上 依靠齿轮旋转运动带动齿条上下移 动 刮板输送式排肥器由排肥轴 链轮 链条 链 板 刮板等组成 刮板用沉头螺钉安装在链板上 链 板与链板之间采用铰接 传动装置主要由步进电 机 联轴器 三相异步电机和减速机组成 步进电机 通过联轴器连接齿轮轴 减速机侧面轴孔连接三相 异步电机轴 正面轴孔连接排肥轴 控制器包括步 进电机控制器 三相异步电机变频器以及编码器 编码器通过联轴器安装在排肥轴上 实时测量排肥 轴转速 整体结构如图2所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 22 21 20 19 18 17 16 15 1 步进电机 2 步进电机安装座 3 联轴器1 4 齿条 5 齿轮 6 齿轮 轴 7 挡肥板 8 箱体 9 轴承座1 10 三相异步电机 11 减速机 12 三 相异步电机安装座 13 支架 14 排肥轴 15 轴承座2 16 链轮 17 链 条 18 链板 19 刮板 20 挡片 21 联轴器2 22 编码器 1 Stepping motor 2 Stepping motor mounting seat 3 Coupling 1 4 Rack and pinion 5 Gear 6 Gear shaft 7 Fertilizer plate 8 Box body 9 Bearing seat 1 10 AC motor 11 Reducer 12 AC motor mounting seat 13 Bracket 14 Sprocket shaft 15 Bearing seat 2 16 Sprocket 17 Chain 18 Chain plate 19 Scraper 20 Baffle 21 Coupling 2 22 Encoder 图 2 排肥装置结构图 Fig 2 Structure diagram of fertilizer discharging device 1 3 排肥装置工作原理 步进电机通过联轴器将驱动力传输到齿轮轴 固定在齿轮轴上的齿轮带动齿条升降 把电机的旋 转运动转化为直线运动从而驱动挡肥板升降 精准 控制排肥装置开度 三相异步电机的动力通过减速 机驱动排肥轴 带动链条 链板和刮板向排肥口处 运动 刮板可把料箱底部的物料刮走 上方物料在 自身重力作用下 克服摩擦力和内聚力而下落 继 续受刮板作用力 使物料连续不断地稳定排出 24 实施排肥作业时 分别调节步进电机控制器和三相 异步电机变频器旋钮 设置对应排肥器开度和排肥 轴转速 根据设定的开度值 步进电机转动相应的 步距角 调节挡肥板开度 根据设定的转速值 三相 异步电机带动排肥轴实施排肥作业 2 排肥器主要参数 2 1 排肥量的确定 排肥轴的单转排肥量是衡量排肥装置排肥性 能的重要指标 25 排肥器单转排肥量的稳定性决定 了整个排肥装置的排肥稳定性 不考虑轴承座和支 架两侧壁摩擦力影响 其排肥轴理论单转排肥量用 下式计算 q dHb a a z 1 式中 q表示输送链轮旋转一周排出的肥料 kg r 1 H为排肥器的开度 m b为排肥刮板的长度 m a为刮板间距 m z为刮板厚度 m d为输送链轮直 径 m 为有机肥的密度 kg m 3 2 2 刮板间距与高度 有机肥在承料箱中运动时 呈连续的均质流输 送 整个肥料流分为上下两层 下层有机肥高h1 刮 板上方的有机肥高h2 任取1个刮板间距的有机肥 为1个单元体 参考文献 26 对刮板上层的有机 肥进行受力分析 结果如图3所示 FX 由散体力学理论可得 由于上层有机肥对承料 箱壁有侧向压力作用 其大小随有机肥深度呈线性 增加 并作三角形分布 其值为该点深度处的正压 力与侧压系数之积 则承料箱每侧边单位面积的平 均侧向力 为 FX 12 gban 12 gh2tan2 4 2 2 式中 n为侧压系数 g为重力加速度 m s 2 为有 机肥的休止角 有机肥对承料箱侧壁产生一个作用在1 3h2 高度处的外摩擦力 FS 为 FS h 22af1 2 gtan 2 4 2 3 式中 f1为有机肥与承料箱的外摩擦系数 如果假设在两刮板垂直平面之间的上层肥料 流为一固定单元体 摩擦力FS使单元体承受一个 弯矩 弯矩在刮板A 的上表面产生压应力 在刮板 B的上表面产生一个大小相等 方向相反的拉应 力 此应力将与上层有机肥在刮板A B表面上产 生的压应力叠加 使A压应力增加 B压应力减小 此时B内摩擦力产生的剪应力为上下层有机肥接 触面上各处内摩擦力产生的剪应力的最小值 则 B内摩擦力产生的剪应力 B 为 第 6 期 徐 勇 等 刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验 81 B f h2 g 4FSh2ba2 4 式中 f为内摩擦系数 只有使上 下层有机肥接触面上各处的内摩擦 力产生的剪应力均大于有机肥和承料箱两侧外摩 擦力作用于整个接触面上均匀分布的剪应力 才能 保证有机肥能够整体运动 在没有挡肥板的情况 下 倾仓而出 根据这一条件得 B 2FSba 5 式中 为有机肥和承料箱两侧外摩擦力作用于整 个接触面上均匀分布的剪应力 N m 2 取式 4 的 B和式 3 的FS代入式 5 得到 h2的二次方程式 h2 14f 8abf2 a2 f1tan2 4 2 f1tan2 4 2 a 6 经过试验测得有机肥休止角 47 内摩擦系 数f tan 1 07 根据文献 27 有机肥与承料箱的 外摩擦系数f1 0 35 b为刮板长度 取b为1 m 刮 板高度通过试验取为0 01 m 可以达到施肥量的要 求 承料箱中有机肥的最大输送高度依据排肥装置 最大开度设定并预留一定的承肥空间 承料箱高度 取整为0 2 m 由式 6 可得h2和a的函数关系如 图4所示 0 04 0 08 0 12 0 16 0 200 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 刮板间距 m Scraper spacing 肥料高度 m Fertilizer height 图 4 肥料高度和刮板间距的关系 Fig 4 The relationship between fertilizer height and scraper spacing 由式 6 可得刮板间距的下极限值 amin 2f f1h22tan2 4 2 bf h2 f1tan2 4 2 7 amin 式中 是刮板间距 a 的最小值 当承料箱中有 机肥的料层高度为最大h2时取到 对于一定的有 机肥和承料箱宽度 a不能随意增大 因为a增大 将导致上层有机肥内部产生滑移 使有机肥上表层 滞留在刮板后方 影响排肥稳定性 为避免在承料 箱中形成滑移面 a必须有最大极限值 假设两刮板之间整体肥料为一固定单元体 不 考虑挡肥板的阻力 将肥料体即将产生滑移面时的 情况作为受力平衡情况 得 FA Fr 2FS FB 8 式中 有机肥体与承料箱底板的外摩擦力 Fr 为 A G B a b v Fs Fr FA FX FX FB h 1 h 2 h a 刮板间距 h1 刮板间有机肥高度 h2 刮板上方的有机肥高度 h 输送有机肥整体高度 b 排肥刮板的长度 FS 有机肥与承料箱侧壁的摩擦力 Fr 有机肥体与承料箱底板的外摩擦力 FX 有机肥对承料箱壁的侧压力 FA 后刮板对单元体有机肥的推力 FB 前刮板对单元体有机肥的压力 G 上层有 机肥重力 A 后刮板 B 前刮板 v 刮板前进速度 a Scraper spacing h1 Height of organic fertilizer between scrapers h2 Height of organic fertilizer above the scraper H Overall height of transported organic fertilizer b Legth of the scraper FS Friction between organic fertilizer and the side wall of the carrier box Fr External friction between the organic fertilizer body and the bottom plate of the carrier box FX Lateral pressure of organic fertilizer on the wall of the carrier box FA Thrust of the rear scraper on unit organic fertilizer FB Pressure of the front scraper on unit organic fertilizer G Upper organic fertilizer gravity A Back scraper B Front scraper v Scraper forward speed 图 3 单元体有机肥的受力分析 Fig 3 Force analysis of unit organic fertilizer 82 华南农业大学学报 第 42 卷 Fr b h1 h2 a gf1 9 由于上层有机肥和承料箱侧壁外摩擦力Fs对 上层肥料产生一个弯矩 该弯矩在前后刮板上表面 分别产生拉 压应力 则前 后刮板上方的垂直压应 力分别为 A1 h2 g 4FSh2ba 10 B1 h2 g 4FSh2ba 11 式中 A1为后刮板上方的垂直压应力 N m 2 B1为前刮板上方的垂直压应力 N m 2 刮板下方的垂直应力不受该弯矩的影响 则有 A2 B2 h1 h2 g 12 式中 A2为后刮板下方的垂直压应力 N m 2 B2为前刮板下方的垂直压应力 N m 2 用刮板上 下方的平均侧压力代替刮板对于单 元体的作用力 FA FB 则FA FB分别为 FA 12 A1 A2 1nh1b h2 h12 g 2FSh2ba 1 nh1b 13 FB 12 B1 B2 nh1b h2 h12 g 2FSh2ba nh1b 14 将式 3 9 13 14 的各计算值代入式 8 化简后得刮板间距上限值的二次方程式 h2 h12 1 n n h1b h 32 f1 a 1 n2 h 1 b h 1 h2 h22n f 1a 0 15 令 B h2 h12 1 n n h1b 16 C 1 n2 h1h32 f1 17 A b h1 h2 h22n f1 18 代入式 15 得 B Ca Aa 0 19 amax B pB2 4AC 2A 20 为保证有机肥的稳定排施 a的合理范围应为 amin amax 依据式 7 20 得amin 0 004 m amax 0 166 m 为了获得较大的有机肥承载量 由 图4中h2和a的函数关系 刮板间距应该选取尽可 能大的值 为了便于加工 a取值为0 15 m 2 3 排肥器转速 根据刮板输送式排肥装置的排肥原理 由式 1 可以计算出刮板输送式排肥装置排施有机肥的 理论单转排肥量 依据 1 1 所述苏南地区草莓 大棚施撒基肥习惯用量 假设施肥机械的行驶速度 为0 5 1 2 m s 1 为了满足当地基肥习惯量 刮板输 送式排肥器的转速应该为16 5 59 5 r min 1 2 4 排肥器开度 排肥器开度的下限值取为刮板的高度 上限值 为最大单转排肥量所对应的排肥器开度 单位面积 内的排肥量 Q 可由下式计算 Q qn sbv 21 式中 q为排肥器单转的排肥量 kg r 1 n为排肥器 转速 r min 1 s为施肥面积 m2 b为施肥幅宽 即刮 板长度 m v为施肥机具前进速度 m s 1 根据 1 1 所述最大基肥习惯用量可得单位 面积内的最大施肥量Q为2 25 kg 施肥机具前进 速度为1 2 m s 1 转速n为16 5 r min 1时 所对应 的挡肥板开度为35 mm 则排肥器开度调节为 10 35 mm范围内即可满足排肥量的要求 在确定h1 a b z d 这些参数后 排肥装置 的排肥量只与排肥轴转速 n 和开度 H 有关 3 排肥器工作性能试验 排肥器开度大小会影响出料高度 进而影响排 肥过程中肥料的下落 影响排肥量的稳定性 排肥 轴转速影响出料的初始速度和排肥装置的振动 从 而影响有机肥的落肥效果 造成排肥量稳定性的变 化 排肥器开度 排肥轴转速不仅影响排肥稳定性 也是影响排肥量的重要因素 为探讨排肥器工作性 能 优化其设计参数 搭建试验台并进行排肥量和 排肥稳定性试验 3 1 材料与评价指标 3 1 1 试验材料 试验使用的有机肥为长春市新 阳光有机肥料有限公司生产的粉末状有机肥 主要 以鸡粪为主 其中氮 磷 钾总养分质量分数为9 9 有机质质量分数为75 试验装置如图5所示 采用步进电机 86BYG250H 通过步进电机控制器 KH 01 调节 排肥器开度 采用三相异步电机 YS 903 4 连接减 速机 型号为NMRV63 减速比为1 20 通过变频 器 AE200 2 1PH 3 0G 调节排肥轴转速 并用编码 器 LPD3806 400BM G5 24C 实时读取排肥轴 转速 第 6 期 徐 勇 等 刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验 83 图 5 有机肥施肥试验台 Fig 5 Test bench of organic fertilizer discharging 3 1 2 排肥性能评价指标 试验以排肥量稳定性 变异系数作为评价标准 计算方法如下 x n i 1 xi n 22 S n i 1 xi x 2 n 1 23 V Sx 100 24 式中 xi为各次排肥量 kg x为各次排肥量的平均 值 kg S为标准差 kg V为排肥稳定性变异系 数 n为测定次数 3 2 转速与排肥量相关性试验 排肥轴转速和排肥器开度影响排肥量 为考察 各因素对排肥量的影响 基于前文的分析 在转速 15 60 r min 1和开度10 35 mm范围内进行试验 试验时根据排肥器开度与步进电机步距角对应关 系 设置开度分别为10 15 20 25 30 35 mm 调节变频 器旋钮 设置转速分别为15 24 33 42 51 60 r min 1 排肥装置在设定参数下运行10 s 在排肥口处用塑 料盆接肥 结束后采用精度 5 g的电子秤称量并记 录排肥量 每个转速和开度重复3次试验 试验结 果见图6 由图6可得 排肥量与排肥轴转速 排肥器开 度密切相关 排肥量随着排肥器开度和排肥轴转速 的增大而增加 且同一排肥器开度下排肥轴转速与 排肥量呈良好的线性关系 整体决定系数 0 985 7 不同的转速匹配不同的排肥器开度可实现不同排 肥量的需求 因此可以通过实时控制排肥轴转速或 同时控制排肥器开度实现变量施肥 3 3 响应面试验 3 3 1 试验设计 通过分析排肥轴转速和排肥器 开度对刮板输送式排肥装置的排肥效果 对排肥装 置的结果参数和运行参数进行优化 选用二次通用 旋转组合试验方法 分析排肥轴转速和排肥器开度 对排肥稳定性的影响 以排肥稳定性变异系数为评 价指标 试验因素及水平编码见表1 表 1 试验因素及水平编码表 Table 1 Coding of test factors and levels 编码值 Code value 因素 Factor 开度 mm Opening x1 转速 r min 1 Rotational speed x2 1 414 35 0 59 5 1 31 3 53 0 0 22 5 38 0 1 13 7 23 0 1 414 10 0 16 5 3 3 2 试验方案与结果分析 应用Design Expert 软件对试验结果进行回归分析 以确定2个试验因 素下排肥稳定性变异系数的变化规律 试验方案及 结果如表2所示 以排肥器开度和排肥轴转速为试 验因素 以排肥稳定性变异系数为试验指标 运用 Design Expert软件对试验结果进行方差分析 方差 分析结果见表3 由表3可知 模型的显著性检验F 25 70 P 0 01 决定系数R2 0 948 3 表示回归模型极显著 且在试验范围内拟合程度好 由变异系数模型可 知 x2 x1x2 x22对方程影响极显著 P 0 01 x1 x12对方程影响显著 P 0 05 得到变异系数的回 归方程为 V 3 41 0 12x1 0 34x2 0 32x1x2 0 12x21 0 24x22 25 3 3 3 试验因素对指标的影响 排肥器开度和排 肥轴转速对排肥稳定性变异系数的影响如图7所 示 由图7a可知 在排肥器开度较大时变异系数随 着排肥轴转速减小而增大 在排肥器开度较小时变 异系数随着排肥轴转速先增大后减小 由图7b可 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60 70 转速 r min 1 Rotational speed 排肥流量 kg min 1 Fertilizer flow 10 mm 20 mm 30 mm 15 mm 25 mm 35 mm y 7 079x 49 212 R2 0 998 7y 6 486x 27 298 R2 0 997 2y 5 681x 24 746 R2 0 996 3y 5 137x 8 664 R2 0 995 4 y 3 454x 17 008 R2 0 993 8 y 2 776x 5 217 R2 0 985 7 图 6 不同开度水平下转速与排肥流量的关系 Fig 6 The relationship between rotational speed and fertilizer discharging flow under different opening degrees 84 华南农业大学学报 第 42 卷 知排肥轴转速对排肥稳定性变异系数的影响比排 肥器开度大 该结论与方差分析得出的结论相吻合 3 3 4 试验结果目标优化与试验验证 为寻求各 因素最优组合 以排肥稳定性变异系数最小为原 则 应用Design Expert软件对排肥稳定性系数优化求 解 得排肥器开度30 42 mm 排肥轴转速51 5 r min 1 预测变异系数最优值为1 84 在自制试验台上进 行排肥稳定性变异系数和排肥量试验 重复5次 试验结果如表4所示 变异系数的相对误差最大值 为4 89 最小值为0 54 平均相对误差仅为2 95 相对误差均在5 范围内 为可接受的误差范围 满 足实际试验要求 3 3 5 排肥稳定性对比验证试验 为验证排肥器 排肥稳定性 与目前果园施撒有机肥应用最多的螺 旋式排肥器 28 30 进行试验对比 果园内施肥作业空 间有限 基肥的施撒量也同样巨大 31 试验时设定 两者的工作转速都是51 5 r min 1 试验时间10 s 进行5组试验 每组试验重复3次取平均值 统计 排肥量和试验的稳定性变异系数 试验结果如表5 所示 本研究设计的刮板输送式排肥器排肥稳定性 变异系数的均值为1 84 而螺旋式排肥器排肥稳 定性变异系数达6 12 相较于螺旋式排肥器有效 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 53 47 41 35 29 23 13 70 18 10 22 50 26 90 31 30 排肥器开度 mm Opening height of fertilizer 排肥轴转速 r min 1 Fertilizer shaft speed 排肥稳定性变异系数 Coef ficient of variation of fertilizer stability 53 47 41 35 29 2313 70 18 10 22 50 26 90 31 30 排肥器开度 mm Opening height of fertilizer 排肥轴转速 r min 1 Fertilizer shaft speed a 响应曲面 Response surface b 等高线图 Contour map 图 7 试验因素对变异系数的影响 Fig 7 Influence of experimental factor on the coefficient of variation 表 2 正交试验方案及结果1 Table 2 Orthogonal test plan and results 试验编号 Test number 试验因素 Experimental factor 排肥稳定性变异系数 Coefficient of variation of fertilization stabilityx1 x2 1 22 5 38 0 2 47 2 31 3 53 0 1 89 3 35 0 38 0 1 85 4 22 5 38 0 2 53 5 31 3 23 0 3 21 6 22 5 16 5 3 38 7 22 5 59 5 2 47 8 13 7 23 0 2 62 9 22 5 38 0 2 31 10 13 7 53 0 2 59 11 22 5 38 0 2 45 12 10 0 38 0 2 43 13 22 5 38 0 2 31 1 x1 x2分别表示排肥器开度和排肥轴转速 1 x1 x2 indicated opening degree of fertilizer discharging device and rotational speed of the fertilizer discharging shaft 表 3 方差分析表1 Table 3 Variation analysis table 变异来源 Variance source 平方和 Sum of squares 自由度 Degree of freedom F P 模型 Model 2 080 5 25 70 0 000 2 x1 0 110 1 6 71 0 035 9 x2 0 960 1 59 10 0 000 1 x1x2 0 420 1 25 73 0 001 4 x12 0 098 1 6 05 0 043 4 x22 0 430 1 26 68 0 001 3 残差 Residual 0 110 1 失拟项 Lack of fit 0 074 3 2 48 0 200 0 纯误差 Pure error 0 040 4 总和 Sum 2 190 12 1 x1 x2分别表示排肥器开度和排肥轴转速 1 x1 x2 indicated opening degree of fertilizer discharging device and rotational speed of the fertilizer disch