影響振動式挖掘機土壤分離能力主要因素

文學洙 ， 李 敏

（1.延邊大學工學院，吉林 延吉 133002；2.延邊特色產業發展中心，吉林 延吉 133000）

0 引言

由挖掘鏟、升運鏈和抖動輪等工作部件組成的牽引式塊根、塊莖收獲機的結構尺寸較大，作業中調頭不靈活，因此主要適用于較平坦的大面積砂土或砂壤土中工作，而且必須與動力較大的拖拉機配套使用[1]。為克服牽引式收獲機的缺點，國內外學者一直在進行振動式挖掘機的研究，并取得了一定的成績[2-19]。

筆者通過土壤切削試驗，測得每處理時振動篩上堆積的土壤高度，以此進行多元方差分析及各因素水平間的多重比較，從而確定各試驗因素對試驗指標的主次順序及各因素的最佳水平。

1 材料與方法

1.1 振動式挖掘機

振動式挖掘機主要由挖掘鏟和振動篩組成。挖掘鏟主要起到破碎土塊的作用，振動篩起到分離土塊及作物的作用。為了使挖掘機發生振動，其驅動軸的兩側各安裝偏心輪。動力由拖拉機動力輸出軸通過萬向節傳到齒輪速箱，再通過鏈傳動傳到挖掘機驅動軸，驅動軸帶動四桿機構使挖掘鏟振動，挖掘鏟再帶動另外四桿機構使振動篩振動[4]。

1.2 試驗條件

田間土壤的含水率為（17.1±1.2）%，土壤容重為（1.73±0.07）g/cm3，貫入阻力為（0.7±0.1）MPa，試驗地為壤土，每個處理區間為8 m。

1.3 試驗因素及水平

在試驗中，將振幅、振動頻率和前進速度作為試驗因素。試驗因素與水平如表1所示。試驗采用三因素完全隨機等重復（三次）試驗。

表1 試驗因素與水平Table1 Experimental factors and level

1.4 因素主次順序的確定方法

為了確定試驗因素振幅、振動頻率和前進速度對試驗指標的影響程度，首先用SAS統計分析軟件對每個處理時得到振動篩上堆積的土壤高度，進行多元方差分析。然后根據F值的大小或Pr＞F的大小，確定各試驗因素對試驗指標有沒有顯著或極顯著的影響和因素的主次順序。

1.5 各因素最佳水平的確定方法

為了確定試驗因素的各個水平對試驗指標有沒有顯著或極顯著的影響和因素的最佳水平，在確定試驗因素的主次順序后，再對每個因素的各水平進行多重比較，最后根據多重分析結果確定各因素的最佳水平。

2 試驗結果及分析

每處理時振動篩上堆積的土壤平均高度如表2所示。

表2 每處理時振動篩上堆積的土壤平均高度（mm)Table 2 Average height of soil accumulated on the vibrating sieve per treatment

2.1 多元方差分析

為了確定試驗因素及其交互作用對振動篩上堆積的土壤高度的影響，用SAS統計分析軟件進行了多元方差分析，方差分析結果如表3所示。

由表3可知，模型的方差值F=7.39，其概率＜0.0001。可見模型擬合優度極好。因素A、F、V的F值的概率都小于顯著水平α=0.01，這表明振幅、振動頻率和拖拉機前進速度對試驗指標的均值都有極顯著的差異；而它們交互作用的F值的概率“Pr＞F”值都大于顯著水平α=0.05，這表明振幅、振動頻率和拖拉機前進速度之間的交互作用均不顯著。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

2.2 各因素水平間的多重比較

為了確定試驗因素的各個水平對試驗指標有沒有顯著或極顯著的影響和因素的最佳水平，對每個因素的各個水平進行了多重比較。試驗因素A、F、V對試驗指標的多重比較結果如表4、表5、表6所示。試驗指標是振動篩上堆積的土壤平均高度，所以土壤高度越小，說明土壤分離能力越好。

由表4可知，振幅的3個水平3 mm、6 mm、9 mm之間均有顯著的差異。第1水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為207.11 mm，第2水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為133.56 mm，第3水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為79.85 mm。所以振幅的3個水平中，振幅為9 mm是最佳的水平。

表4 振幅對振動篩上堆積的土壤平均高度的多重比較結果Table 4 Multiple comparison results of amplitude to the average height of accumulated soil on the vibrating sieve

表5 振動頻率對振動篩上堆積的土壤平均高度的 多重比較結果Table 5 Multiple comparison results of vibration frequency to the average height of the accumulated soil on the vibrating sieve

由表5可知，振動頻率的3個水平11.2 Hz、14.9 Hz、17.0 Hz中，第1水平與第2、第3水平之間有顯著差異，但第2和第3水平之間沒有顯著差異。第1水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為164.89 mm，第2水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為133.63 mm，第3水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為122.00 mm。由于水平2和3之間沒有顯著差異，而且考慮到隨著振動頻率的增加，振動挖掘機本身的振動和噪音也增加。所以振動頻率的3個水平中，振動頻率14.9 Hz是最佳的水平。

表6 拖拉機前進速度對振動篩上堆積的土壤平均高度的 多重比較結果Table 6 Multiple comparison results of tractor forward speed to the average height of accumulated soil on the shaker

由表6可知，拖拉機前進速度的3個水平1.56 m/s、1.13 m/s、0.91 m/s中，各個水平之間有顯著差異。第1水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為174.85 mm，第2水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為142.04 mm，第3水平對應的振動篩上堆積的土壤平均高度的均值為103.63 mm。所以拖拉機前進速度的3個水平中，前進速度0.91 m/s是最佳的水平。

3 結論

為確定試驗因素振幅、振動頻率和前進速度對振動式挖掘機振動篩上堆積的土壤平均高度的影響進行了多元方差分析和各水平間的多重比較。分析結果表明：振幅、振動頻率和拖拉機前進速度對試驗指標的均值都有極顯著的差異；振幅、振動頻率和拖拉機前進速度之間的交互作用均不顯著；影響振動式挖掘機土壤分離能力的主次順序為振幅、拖拉機前進速度及振動頻率；提高振動式挖掘機土壤分離能力的最佳因素水平組合是振幅9 mm，拖拉機前進速度的最佳水平為0.91 m/s，振動頻率的最佳水平為14.9 Hz。