联合耕整地机性能研究与设计

联合耕整地机性能研究与设计报告人：王小明生物与农业工程学院2016年5月课题研究的背景

随着中国农业机械化进程的发展，农业机具在农业生产中占据着越来越重要的地位，在中国惠农的政策下，政府对农机购置实施补贴政策，国内掀起了农业机械制造的浪潮。联合耕整地机因其功能齐全，操作方便，被广泛使用，但由于其在农业领域普及越来越广，随之出现了一系列问题：1.机具作业油耗偏高；（不符合目前国家推行节能减排的要求）2.作业参数不匹配；（需对机械作业参数进行优化，提高机械整体作业性能）3.作业效率偏低。（导致生产成本增大）课题研究的内容本课题根据东北三省的农艺情况，以及耕地的差异性，设计一款链传动变速联合耕整地机。本机不仅能够在作业中实现多组刀轴转速作业，适应不同性质的土壤，又因采用链传动，能够减少耗油量，提高生产效率，并且，在机具设计的同时，积极调查市场机具存在的问题，对机构进行创新设计，使机具的性能达到最优。

课题研究的意义本课题结合企业的项目委托，研创一款变速联合耕整地机具，在设计的过程中，多种机构创新均有体现，并结合正交试验优化方法对机构进行分析，以达到设计最优为目的，从而减小机具作业耗油量，提高作业效率。在性能上，机具有更多的参数选择，用来适应不同条件的土壤，它的开发和推广，是对传统的联合耕整地机的有益补充，因此，研发变速联合耕整地机械有着巨大的市场潜力。同时，在研究过程中的研究思路与受力分析方法均为变速联合耕整地机的进一步研究提供了借鉴的价值。影响机具作业效果的试验研究

联合耕整地机的耗油量是评价作业效果和机具实用性好坏的重要指标，然而该指标的好坏与很多因素有关，例如:刀轴的转速、耕深、机具的牵引速度、土壤的硬度等，作业效果会随着这些因素的水平变化而改变。通过对影响作业效果的试验的研究，可以得出影响耗油量的主次因素，并求出回归方程，进一步讨论作业参数与耗油量的关系。

本次试验采用正交设计，并对试验结果进行极差分析以及多元正交多项式回归分析。图2.1为1GZMN-140变速联合耕整地机的实体图。图2.11GZMN-140变速联合耕整地机试验方案的设计1.确定试验指标本案列中选取耕整地机的耗油量为试验指标，耗油量越低表示机器性能越好。2.选择试验因素及水平根据专业知识，以往的研究经验，本案列选取3个对试验指标影响较大的因素，并确定各因素水平数为3。水平因素1（Z1）转速r/min

2(Z2)前进速度

m/s

3(Z3)土壤坚实Mpa12101.502.522501.753.332902.004.13.选用合适的正交表本次试验选用L9(34)正交表进行正交试验。由于耗油量的大小与刀轴转速、机具前进速度以及土壤硬度有关，本次试验主要考察耗油量与这三种因素的关系。试验时不考虑交互作用，以耗油量为试验指标，共做9次试验

4.表头设计及编制试验方案试验号因素ABC11（210）1（1.50）1（2.5）21（210）2（1.75）2（3.3）31（210）3（2.00）3（4.1）42（250）1（1.50）3（4.1）52（250）2（1.75）1（2.5）62（250）3（2.00）2（3.3）73（290）1（1.50）2（3.3）83（290）2（1.75）3（4.1）93（290）3（2.00）1（2.5）5.试验结果处理试验号因素yiAB

C11113.3021223.2531333.1242133.2052212.7862322.9373123.6083233.2393313.409.710.19.58.99.39.810.29.59.63.233.373.172.973.103.263.403.173.300.430.270.09优水平主次因素A2B2C1最优组合A2B2C1ABC（一）极差分析法

通过比较极差Rj的大小，能够判断影响油耗量的主次因素分别是A,B,C，即刀轴转速对油耗量的影响最大，土壤硬度对油耗量影响最小。由于对油耗量的评价标准是油耗量越小越好，因此油耗量的最优搭配组合为A2B2C1，即在土地坚实度为2.5MPa的试验田，拖拉机以前进速度为1.75m/s，灭茬刀轴转速250r/min时，油耗量最低。为进一步探讨各因素对耗油量的影响，可以应用多元正交多项式回归设计的方法，计算回归系数，并求出回归方程。多元正交多项式回归设计是由各个单元正交多项式按正交原则组合而成的设计。对于P因素试验，应用多元正交多项式回归设计可以求得回归方程。在耗油量的回归设计中，根据试验方案配列出计算格式表，将计算所得与试验数据分别填入耗油量多元正交多项式回归分析表中，如表2.5所示。

(2)多元正交多项式回归分析试验方案

NO.Z1Z2Z3（0）（1）（2）（3）（4）（5）（6）YY20X1(Z1)X2(Z1)X1(Z2)X2(Z2)X1(Z3)X2(Z3)11

111-11-11-113.3010.8921

221-110-20-23.2510.5631331-1111113.129.7342

1310-2-11113.2010.24522110-20-2-112.787.73623210-2110-22.938.5873

12111-110-23.6012.96832

31110-2113.2310.43933111111-113.4011.56961861861828.8192.6928.810.562.08-0.651.030.07-0.533.200.0930.116-0.1080.0570.012-0.0290.0520.2400.070.0590.010.0164.9822.896.715.612.150.250.050.10.10.25表2.5耗油量多元正交多项式回归分析表由表2.5可以看出，多项式X1(Z3)的偏差和与其他项相比小的多，可以归入误差平方和，回归系数的计算与显著性检验过程中，若剔除不显著项X1(Z3)后，则由回归方程的偏差平方S回及其自由度f回为：总偏差平方和S及其自由度f为:剩余偏差平方和SR及其自由度fR为：回归方程检验：所以回归方程的显著性水平为0.1，即方程的置信度为90%。由此可以得到在编码空间的回归方程：又因无重复试验，则失拟检验用贡献率βR来衡量:尽管βR

中还包含有试验误差的贡献，但是，试验指标的总波动中，有90%以上是由S回引起的，可以认为回归方程是不失拟的。失拟检验：根据给定条件，已知：将上述公式代入编码空间的回归方程得到自然空间的回归方程:(3)影响耗油量因素的试验分析结论从回归方程中可以看出，在给定的试验条件下，刀轴转速、机具牵引速度和土壤硬度对油耗量的影响均存在二次项效应。为了进一步分析刀轴转速与油耗量的关系，可以根据回归方程在前进速度和土壤硬度给定的情况下，画出油耗量随刀轴转速的变化趋势图，如图5.8所示。

从图5.8可知，当作业的前进速度和土壤硬度固定后，油耗量与刀轴转速成二次函数关系。当刀轴转速在220r/min<n<250r/min时，油耗量随着刀轴转速的增加而减小，而当刀轴转速n>250r/min时，油耗量随着刀轴转速的增加而增大，也就是说刀轴转速偏高和偏低都比较费油，只有达到最佳转速时，才能让机具油耗量达到最小。结论

本案列分析了工作参数对机具作业性能的影响。采用正交试验的方法，对机具进行作业试验，分析试验因素(刀轴转速、前进速度和土壤硬度)对试验指