中国农业科技导报 ›› 2023, Vol. 25 ›› Issue (9): 122-130.DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0892
收稿日期:
2022-10-21
接受日期:
2023-04-25
出版日期:
2023-09-15
发布日期:
2023-09-28
通讯作者:
廖宇兰
作者简介:
郭带贵E-mail:3014349750@qq.com;
基金资助:
Daigui GUO(), Yulan LIAO(
), Xihui ZHANG, Chengyu YUAN, Zhongye WU
Received:
2022-10-21
Accepted:
2023-04-25
Online:
2023-09-15
Published:
2023-09-28
Contact:
Yulan LIAO
摘要:
目前木薯种植主要依靠人工,种植劳动强度大,少量木薯种植机由其他果蔬移栽机改装而成,该机型在作业过程中常不能按规定的株行距实现精确地播种导致合格率低、漏种率高,因此,运用中心组合试验设计理论开展作业参数优化试验,分析作业参数对合格率和漏种率的影响规律。以合格率和漏种率为试验指标,前进速度、曲柄转速和机具高度为试验因素,通过响应曲面法进行三因素三水平响应面试验,利用Design Expert软件建立各因素与合格率和漏种率的回归模型,研究各因素及其交互作用对试验指标的影响规律。田间试验结果表明,作业参数组合为前进速度0.89~0.94 m?s-1、曲柄转速43 r?min-1、机具高度383 mm时,种植合格率为95.47%,漏种率2.05%,与模型优化值相对误差小于5%,表明模型可靠。研究结果对提高木薯种植效果具有重要指导意义,可为今后木薯种植机优化设计和参数优化提供参考。
中图分类号:
郭带贵, 廖宇兰, 张惜辉, 袁成宇, 吴中野. 木薯种植机参数优化与试验[J]. 中国农业科技导报, 2023, 25(9): 122-130.
Daigui GUO, Yulan LIAO, Xihui ZHANG, Chengyu YUAN, Zhongye WU. Parameter Optimization and Experiment of Cassava Planter[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2023, 25(9): 122-130.
图1 木薯种植机结构注:1—三点悬挂装置;2—播种装置;3—机架;4—分种装置;5—座椅;6—覆土装置;7—机架高度调节装置;8—摇杆;9—减速器;10—行走轮。
Fig. 1 Structural of cassava planterNote: 1—Three point suspension device; 2—Seeding device; 3—Rack; 4—Seeding device; 5—Seats; 6—Earth covering device; 7—Rack height adjustment device; 8—Rocker; 9—Reducer; 10—Traveling wheel.
水平 Level | 因素Factor | ||
---|---|---|---|
A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm | |
1 | 0.4 | 26 | 340 |
2 | 0.6 | 34 | 360 |
3 | 0.8 | 42 | 380 |
4 | 1.0 | 50 | 400 |
5 | 1.2 | 58 | 420 |
表1 单因素试验水平
Table 1 Single-factor test levels
水平 Level | 因素Factor | ||
---|---|---|---|
A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm | |
1 | 0.4 | 26 | 340 |
2 | 0.6 | 34 | 360 |
3 | 0.8 | 42 | 380 |
4 | 1.0 | 50 | 400 |
5 | 1.2 | 58 | 420 |
编码 Encrypt | A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm |
---|---|---|---|
-1 | 0.8 | 34 | 360 |
0 | 1.0 | 42 | 380 |
1 | 1.2 | 50 | 400 |
表2 试验因素编码
Table 2 Test factor code
编码 Encrypt | A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm |
---|---|---|---|
-1 | 0.8 | 34 | 360 |
0 | 1.0 | 42 | 380 |
1 | 1.2 | 50 | 400 |
序号 No. | A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm | Y1:合格率 Qualification rate/% | Y2:漏种率 Seed leakage rate/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 0 | -1 | 1 | 84.62 | 6.34 |
2 | 0 | 0 | 0 | 93.34 | 2.17 |
3 | -1 | -1 | 0 | 88.97 | 4.53 |
4 | 1 | 1 | 0 | 84.38 | 6.25 |
5 | 1 | 0 | -1 | 83.79 | 6.78 |
6 | 1 | 0 | 1 | 80.31 | 8.16 |
7 | 0 | 0 | 0 | 93.14 | 2.32 |
8 | -1 | 0 | -1 | 86.74 | 5.29 |
9 | 0 | 1 | 1 | 87.54 | 4.87 |
10 | -1 | 1 | 0 | 90.18 | 3.31 |
11 | 0 | 0 | 0 | 92.76 | 2.54 |
12 | 0 | -1 | -1 | 82.74 | 7.15 |
13 | 0 | 0 | 0 | 92.15 | 2.94 |
14 | 1 | -1 | 0 | 81.25 | 7.84 |
15 | 0 | 0 | 0 | 91.63 | 2.57 |
16 | -1 | 0 | 1 | 89.45 | 4.07 |
17 | 0 | 1 | -1 | 90.49 | 3.35 |
表3 多因素组合试验方案及结果
Table 3 Multi-factor combination test plan and results
序号 No. | A:前进速度 Forward speed/(m∙s-1) | B:曲柄转速 Crank speed/(r∙min-1) | C:机具高度 Implement height/mm | Y1:合格率 Qualification rate/% | Y2:漏种率 Seed leakage rate/% |
---|---|---|---|---|---|
1 | 0 | -1 | 1 | 84.62 | 6.34 |
2 | 0 | 0 | 0 | 93.34 | 2.17 |
3 | -1 | -1 | 0 | 88.97 | 4.53 |
4 | 1 | 1 | 0 | 84.38 | 6.25 |
5 | 1 | 0 | -1 | 83.79 | 6.78 |
6 | 1 | 0 | 1 | 80.31 | 8.16 |
7 | 0 | 0 | 0 | 93.14 | 2.32 |
8 | -1 | 0 | -1 | 86.74 | 5.29 |
9 | 0 | 1 | 1 | 87.54 | 4.87 |
10 | -1 | 1 | 0 | 90.18 | 3.31 |
11 | 0 | 0 | 0 | 92.76 | 2.54 |
12 | 0 | -1 | -1 | 82.74 | 7.15 |
13 | 0 | 0 | 0 | 92.15 | 2.94 |
14 | 1 | -1 | 0 | 81.25 | 7.84 |
15 | 0 | 0 | 0 | 91.63 | 2.57 |
16 | -1 | 0 | 1 | 89.45 | 4.07 |
17 | 0 | 1 | -1 | 90.49 | 3.35 |
来源 Source | 合格率Qualification rate/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
平方和 Sum of squares | 自由度 Degrees of freedom | 均方差 Mean squared error | F值 F value | P值 P value | |
模型Model | 283.79 | 9 | 31.53 | 15.49 | 0.000 8 |
A | 81.98 | 1 | 81.98 | 40.28 | 0.000 4 |
B | 21.74 | 1 | 21.74 | 10.68 | 0.013 7 |
C | 0.423 2 | 1 | 0.423 2 | 0.207 9 | 0.662 2 |
AB | 0.921 6 | 1 | 0.921 6 | 0.452 8 | 0.522 6 |
AC | 9.58 | 1 | 9.58 | 4.71 | 0.066 7 |
BC | 5.83 | 1 | 5.83 | 2.87 | 0.134 3 |
A² | 76.34 | 1 | 76.34 | 37.50 | 0.000 5 |
B² | 23.83 | 1 | 23.83 | 11.71 | 0.011 1 |
C² | 70.98 | 1 | 70.98 | 34.87 | 0.000 6 |
残差Residual | 14.25 | 7 | 2.04 | ||
失拟项Lack of fit | 13.43 | 4 | 3.36 | 12.25 | 0.033 5 |
纯误差Pure error | 0.822 3 | 3 | 0.274 1 | ||
总和Sum | 298.03 | 16 | |||
R² | 0.952 2 |
表4 合格率方差分析
Table 4 Variance analysis of qualification rate
来源 Source | 合格率Qualification rate/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
平方和 Sum of squares | 自由度 Degrees of freedom | 均方差 Mean squared error | F值 F value | P值 P value | |
模型Model | 283.79 | 9 | 31.53 | 15.49 | 0.000 8 |
A | 81.98 | 1 | 81.98 | 40.28 | 0.000 4 |
B | 21.74 | 1 | 21.74 | 10.68 | 0.013 7 |
C | 0.423 2 | 1 | 0.423 2 | 0.207 9 | 0.662 2 |
AB | 0.921 6 | 1 | 0.921 6 | 0.452 8 | 0.522 6 |
AC | 9.58 | 1 | 9.58 | 4.71 | 0.066 7 |
BC | 5.83 | 1 | 5.83 | 2.87 | 0.134 3 |
A² | 76.34 | 1 | 76.34 | 37.50 | 0.000 5 |
B² | 23.83 | 1 | 23.83 | 11.71 | 0.011 1 |
C² | 70.98 | 1 | 70.98 | 34.87 | 0.000 6 |
残差Residual | 14.25 | 7 | 2.04 | ||
失拟项Lack of fit | 13.43 | 4 | 3.36 | 12.25 | 0.033 5 |
纯误差Pure error | 0.822 3 | 3 | 0.274 1 | ||
总和Sum | 298.03 | 16 | |||
R² | 0.952 2 |
来源 Source | 漏种率Seed leakage rate/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
平方和 Sum of squares | 自由度 Degrees of freedom | 均方差 Mean squared error | F值 F value | P值 P value | |
模型Model | 61.75 | 9 | 6.86 | 10.90 | 0.002 4 |
A | 17.49 | 1 | 17.49 | 27.80 | 0.001 2 |
B | 5.90 | 1 | 5.90 | 9.37 | 0.018 3 |
C | 0.094 6 | 1 | 0.094 6 | 0.150 3 | 0.709 7 |
AB | 0.034 2 | 1 | 0.034 2 | 0.054 4 | 0.822 3 |
AC | 1.69 | 1 | 1.69 | 2.69 | 0.145 3 |
BC | 1.36 | 1 | 1.36 | 2.16 | 0.185 4 |
A² | 16.93 | 1 | 16.93 | 26.90 | 0.001 3 |
B² | 4.02 | 1 | 4.02 | 6.39 | 0.039 3 |
C² | 16.02 | 1 | 16.02 | 25.45 | 0.001 5 |
残差Residual | 4.41 | 7 | 0.629 3 | ||
失拟项Lack of fit | 4.07 | 4 | 1.02 | 9.08 | 0.050 3 |
纯误差Pure error | 0.336 3 | 3 | 0.112 1 | ||
总和Sum | 66.16 | 16 | |||
R² | 0.933 4 |
表5 漏种率方差分析
Table 5 Variance analysis of seed leakage rate
来源 Source | 漏种率Seed leakage rate/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
平方和 Sum of squares | 自由度 Degrees of freedom | 均方差 Mean squared error | F值 F value | P值 P value | |
模型Model | 61.75 | 9 | 6.86 | 10.90 | 0.002 4 |
A | 17.49 | 1 | 17.49 | 27.80 | 0.001 2 |
B | 5.90 | 1 | 5.90 | 9.37 | 0.018 3 |
C | 0.094 6 | 1 | 0.094 6 | 0.150 3 | 0.709 7 |
AB | 0.034 2 | 1 | 0.034 2 | 0.054 4 | 0.822 3 |
AC | 1.69 | 1 | 1.69 | 2.69 | 0.145 3 |
BC | 1.36 | 1 | 1.36 | 2.16 | 0.185 4 |
A² | 16.93 | 1 | 16.93 | 26.90 | 0.001 3 |
B² | 4.02 | 1 | 4.02 | 6.39 | 0.039 3 |
C² | 16.02 | 1 | 16.02 | 25.45 | 0.001 5 |
残差Residual | 4.41 | 7 | 0.629 3 | ||
失拟项Lack of fit | 4.07 | 4 | 1.02 | 9.08 | 0.050 3 |
纯误差Pure error | 0.336 3 | 3 | 0.112 1 | ||
总和Sum | 66.16 | 16 | |||
R² | 0.933 4 |
指标 Indicator | 合格率 Qualification rate/% | 漏种率 Seed leakage rate/% |
---|---|---|
试验平均值 Test average | 95.47 | 2.05 |
优化值 Optimization value | 93.85 | 1.96 |
相对误差 Relative error | 1.73 | 4.60 |
表6 验证结果
Table 6 Verification result
指标 Indicator | 合格率 Qualification rate/% | 漏种率 Seed leakage rate/% |
---|---|---|
试验平均值 Test average | 95.47 | 2.05 |
优化值 Optimization value | 93.85 | 1.96 |
相对误差 Relative error | 1.73 | 4.60 |
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