水田株间立式除草装置除草机理与试验研究(4)

表2　试验方案与结果Table 2　Results and design of tests序号No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23试验因素Factors弹齿转速x1（r·min-1）Rotational speed -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1.682 1.682 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0前进速度x2（m·s-1）Machine speed -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 0 0 -1.682 1.682 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0入土深度x3（mm）Depth of enteringsoil -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 0 0 0 0 -1.682 1.682 0 0 0 0 0 0 0 0 0性能指标 Test index除草率y1（%）Weedingrate 70.2 81.1 63.7 69.3 73.2 84.4 71.2 75.1 65.7 78.2 80.5 68.2 71.9 80.3 73.7 72.6 72.5 75.2 72.7 71.9 72.8 72.6 73.3伤苗率y2（%）Injury rate 2.6 4.7 1.8 2.1 4.6 9.2 2.6 5.0 1.5 6.2 6.7 2.7 1.6 7.8 3.8 3.6 3.2 4.4 3.6 3.7 3.7 3.5 4.2

为直观分析试验指标与因素间关系，运用De?sign-Expert 6.0.10软件绘制响应曲面，如图7～8所示。

根据上述回归方程和响应曲面图可知，除草弹齿旋转速度、机具前进速度及弹齿入土深度间存在交互作用。除草弹齿旋转速度、机具前进速度及弹齿入土深度对除草性能指标（除草率及伤苗率）影响趋势基本相同。

由图7a可知，当除草弹齿旋转速度一定时，除草率随机具前进速度增加而减小；当机具前进速度一定时，除草率随弹齿旋转速度增加而增加；当弹齿旋转速度变化时，除草率变化区间较大，因此弹齿旋转速度对除草率影响更显著。由图7b可知，当除草弹齿旋转速度一定时，除草率随弹齿入土深度增加而增加；当弹齿入土深度一定时，除草率随弹齿旋转速度增加而增加；当弹齿旋转速度变化时，除草率变化区间较大，因此弹齿旋转速度对除草率影响更为显著。由图7c可知，当机具前进速度一定时，除草率随弹齿入土深度增加而增加；当弹齿入土深度一定时，除草率随机具前进速度增加而减小；当机具前进速度变化时，除草率变化区间较大，因此机具前进速度对除草率影响更显著。综上，对除草率影响显著性依次为：弹齿旋转速度>机具前进速度>弹齿入土深度。

由图8a可知，当除草弹齿旋转速度一定时，伤苗率随机具前进速度增加而减小；当机具前进速度一定时，伤苗率随弹齿旋转速度增加而增加；当弹齿旋转速度变化时，伤苗率变化区间较大，因此弹齿旋转速度对伤苗率影响更为显著。由图8b可知，当除草弹齿旋转速度一定时，伤苗率随弹齿入土深度增加而增加；当弹齿入土深度一定时，除草率随弹齿旋转速度增加而增加；当弹齿入土深度变化时，伤苗率变化区间较大，因此弹齿入土深度对伤苗率影响更为显著。由图8c可知，当机具前进速度一定时，伤苗率随弹齿入土深度增加而增加；当弹齿入土深度一定时，除草率随机具前进速度增加而减小；当弹齿入土深度变化时，伤苗率变化区间较大，因此弹齿入土深度对伤苗率影响更显著。综合上述分析，对伤苗率影响显著性依次为：弹齿入土深度>弹齿旋转速度>机具前进速度。

图7　各因素对除草率响应曲面Fig.7　Response surfaces of all factors on weeding rate

图8　各因素对伤苗率响应曲面Fig.8　Response surfaces of all factors on injury rate

4.5　试验优化与验证

为得到试验因素最佳水平组合，验因素。建立参数化数学模型，结合试验因素边界条件，分析除草率和伤苗率回归方程，得到其非线性规划数学模型为：

当除草弹齿旋转速度为69.3 r·min-1，机具前进速度为0.44m·s-1，弹齿入土深度为38mm时，株间立式除草装置性能质量最优，除草率为84.1%，伤苗率为3.9%。根据优化结果验证试验，除草率为81.5%，伤苗率为4.6%，与优化结果基本一致，误差在可接受范围内，满足机械除草农艺要求。

5　结论

a.以水田株间立式除草装置为研究载体，分析压埋式除草机理，建立除草运动学与动力学模型。分析可得，影响除草质量主要因素为除草弹齿转速、机具前进速度及弹齿入土高度。

b.采用二次正交旋转组合设计试验，建立除草性能指标与试验参数间数学模型，通过响应曲面图直观得出试验因素对指标影响趋势和交互作用关系，表明试验结果与优化结果基本一致。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0412/477.html