三七超窄行氣吸式精密排種器設(shè)計與試驗

賴慶輝 于慶旭 蘇 微 孫 凱

(昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 昆明 650500)

0 引言

三七是中國名貴中藥材，在云南省廣泛種植。三七播種的株距和行距均為50 mm左右，屬于密集型精密播種[1-2]。精密排種器是播種機的核心部件，其作業(yè)精度決定播種質(zhì)量，按其工作原理，精密排種器通常分為機械式和氣力式兩大類[3-10]。氣吸式排種器[11-17]具有傷種率低、通用性好、作業(yè)穩(wěn)定等特點，適合三七等密集型精密播種作物。

國外對氣吸式排種器研究較早，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用。GUARELLA等[18]研究分析氣吸式蔬菜精密排種器型孔直徑、型孔形狀和種子距離對排種器吸種的影響，并建立數(shù)學(xué)模型。BARUT等[19]以玉米精密排種器為研究對象，研究吸孔形狀、吸室真空度、吸孔面積、排種輪線速度等因素對排種性能的影響，得出吸種率隨排種輪線速度的增加而降低、隨吸室真空度的升高而升高的結(jié)論。SINGH等[20]對播種機氣吸式排種器進(jìn)行優(yōu)化，對排種孔的孔徑及其形狀進(jìn)行試驗研究，得到優(yōu)化后的孔徑參數(shù)，并確定了最合適的排種孔形狀。GAIKWARD等[21]用洋蔥種子和辣椒種子對氣吸式精密排種器進(jìn)行性能測試，得出適合播種洋蔥和辣椒的排種器吸孔吸力及噴嘴直徑。

融合機械氣力組合充種技術(shù)，可進(jìn)一步提高氣吸式排種器的充種性能，目前許多學(xué)者對機械氣力組合式排種器進(jìn)行了研究。史嵩等[22]設(shè)計了一種氣壓組合孔式玉米精量排種器，通過正壓氣流與導(dǎo)槽相結(jié)合，為研制播種精度更高的排種器提供了參考。賈洪雷等[23]設(shè)計了一種氣吸機械復(fù)合式大豆精密排種器，在排種輪上同時設(shè)有吸孔、導(dǎo)種槽和取種槽，通過回歸分析和多因素試驗得出排種器最優(yōu)結(jié)構(gòu)。殷德峰[24]設(shè)計了一種氣力窩眼輪式小粒徑種子排種器，結(jié)合氣力式排種器和窩眼輪式排種器的特點，解決了由于小粒徑蔬菜種子外形不規(guī)則造成的充種難度大的問題。

按照三七特性和種植農(nóng)藝要求，融合機械氣力組合充種技術(shù)，本文設(shè)計一種超窄行氣吸式精密排種器。通過理論計算、仿真試驗和臺架試驗，得到主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，并分析吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度對排種性能的影響規(guī)律。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 排種器結(jié)構(gòu)

超窄行氣吸式三七精密排種器主要由機架、種箱、導(dǎo)種器機構(gòu)和排種輪機構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。排種輪機構(gòu)由排種輪、負(fù)壓導(dǎo)氣管、密封隔板和空心連接軸等組成。

圖1 排種器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of seeding metering device 1.負(fù)壓導(dǎo)氣管 2.鏈輪 3.軸承 4.左側(cè)空心連接軸 5.中間空心連接軸 6.種箱 7.種層高度調(diào)節(jié)板 8.排種輪 9.軸承座 10.右側(cè)空心連接軸 11.導(dǎo)種器機構(gòu) 12.密封隔板 13.機架

1.2 工作原理

負(fù)壓導(dǎo)氣管上加工有固定角度的通氣開口。在充種區(qū)和攜種區(qū)，排種輪的通氣孔與負(fù)壓導(dǎo)氣管的負(fù)壓腔相通；在投種區(qū)通氣孔與負(fù)壓腔隔絕。密封隔板保證排種輪外部的氣密性。排種器的工作示意圖如圖2所示。

圖2 排種器工作示意圖Fig.2 Working structural diagram of seeding metering device 1.負(fù)壓腔 2.吸孔 3.窩眼孔 4.通氣孔 5.負(fù)壓接口

排種輪兩側(cè)端面加工有水滴形窩眼孔，窩眼孔底部加工有吸孔，吸孔與通氣孔相通。鏈條帶動排種輪轉(zhuǎn)動工作，在充種區(qū)，通氣孔與負(fù)壓腔相通，吸孔產(chǎn)生吸附力，三七種子在吸附力和重力共同作用下進(jìn)入窩眼孔，并且吸附力將種子吸附在窩眼孔內(nèi)，完成充種；在攜種區(qū)，吸附在窩眼孔內(nèi)的種子，隨著排種輪一起轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)攜種；在投種區(qū)，通氣孔與負(fù)壓腔隔絕，吸孔吸附力消失，種子在自身重力作用下投種，完成投種過程。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計及參數(shù)確定

2.1 三七種子參數(shù)

三七種子含水率ω′為20%～60%，密度ρ為929～1 132 kg/m3，長度L為5.2～7.2 mm，寬度W為4.8～6.8 mm，高度H為4.0～6.0 mm，平均直徑D為5.62 mm，球度S為90.86%，可近似為球體[25]，特征參數(shù)如表1所示。

表1 三七種子特征參數(shù)Tab.1 Material parameters of Panax notoginseng seed

2.2 排種輪設(shè)計

排種輪的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括排種輪直徑、窩眼孔數(shù)量及尺寸、吸孔直徑和排種輪厚度。排種輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，圖中d1為排種輪直徑，d2為吸孔分布圓直徑，d3為負(fù)壓導(dǎo)管安裝孔直徑，d4為通氣孔直徑，d5為吸孔直徑。

圖3 排種輪結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structural diagram of seeding disc

2.2.1排種輪直徑

排種輪直徑是排種器基本結(jié)構(gòu)特征參數(shù)之一，決定排種器的結(jié)構(gòu)布置，以及其他部件的結(jié)構(gòu)尺寸。當(dāng)窩眼孔和吸孔停留在充種區(qū)的時間越長，越有利于充種，充種性能通常越好。為研究排種輪各參數(shù)對充種時間的影響，建立影響充種時間t的方程

(1)

式中α——充種區(qū)域角，(°)

ω——排種輪角速度，rad/s

n——排種輪轉(zhuǎn)速，r/min

v——播種機作業(yè)速度，m/s

L′——粒距，mm

Z——窩眼孔數(shù)量

由式(1)整理可得

(2)

由式(2)可知，在作業(yè)速度v、粒距L′和充種區(qū)域角α固定的情況下，吸孔在充種區(qū)停留時間t只與窩眼孔數(shù)量Z有關(guān)，但隨著排種輪直徑增大，窩眼輪的排布數(shù)量可以增多，即可增加充種區(qū)停留時間t，從而可增加合格指數(shù)，同時負(fù)壓腔的空間也會增大，需要風(fēng)機提供的空氣流量也相應(yīng)增加，能耗增加。

型孔輪直徑一般選取80～200 mm[26]，綜合考慮排種器的整體結(jié)構(gòu)，最終選取排種輪直徑d1=150 mm。根據(jù)排種輪直徑和種箱尺寸布置，選取種層高度范圍為20～80 mm。

2.2.2窩眼孔數(shù)量及尺寸

(1)窩眼孔數(shù)量

根據(jù)排種器整體結(jié)構(gòu)布置，負(fù)壓導(dǎo)管安裝孔直徑d3為30 mm，排種輪的通氣孔直徑d4為8 mm，通氣孔不能互相干涉，因此根據(jù)通氣孔和負(fù)壓導(dǎo)管安裝孔直徑布置可知

(3)

由式(3)可確定窩眼孔數(shù)量Z≤11.6，通氣孔夾角盡量選取整數(shù)，便于加工，所以確定窩眼孔數(shù)量Z=10。

(2)窩眼孔尺寸

三七種子近似為球體，播種屬于單粒點播，因此窩眼孔底部形狀為半球型；加工窩眼孔的球頭銑刀與排種輪端面法線的夾角為加工傾角δ，加工出來的窩眼孔類似水滴形，這有利于充種和投種。圖4為水滴形窩眼孔結(jié)構(gòu)示意圖，圖中w為窩眼孔開口寬度，h為窩眼孔深度，r為窩眼孔底部球半徑。

圖4 水滴形窩眼孔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structural diagram of water drop-shaped hole

為提高窩眼孔機械充種效果，窩眼孔開口寬度w、窩眼孔深度h和窩眼孔底部球半徑r需根據(jù)三七種子的最大長度Lmax而定[27]，即

(4)

由式(4)整理可得

(5)

已知三七種子的最大長度Lmax=7.2 mm，由式(5)可得窩眼孔底部球半徑r≥4.91 mm，本文選取窩眼孔底部球半徑r=5 mm，窩眼孔深度h=7.5 mm，窩眼孔開口寬度w=8.67 mm。

窩眼孔與排種輪圓周的壁厚為2～5 mm，所以吸孔分布圓直徑d2=135 mm。

(3)窩眼孔加工傾角

排種輪材質(zhì)選取丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(簡稱 ABS塑料)，三七種子與ABS塑料最大靜滑動摩擦角φ為26.5°[25]，所以窩眼孔加工傾角δ必須大于26.5°，本文選取加工傾角為30°、40°、50°、60°、70°進(jìn)行單因素五水平試驗。采用離散元軟件EDEM進(jìn)行仿真試驗[28-29]，種子顆粒選取直徑6 mm的圓球，種層高度為50 mm，排種輪轉(zhuǎn)速為24 r/min，吸孔無吸附力，其他試驗條件均一致，分析窩眼孔加工傾角對機械充種性能的影響，仿真試驗如圖5所示。

圖5 仿真試驗Fig.5 Simulation test

只驗證機械充種效果，窩眼孔充入1粒種子即為充種合格。參照GB/T 6973—2005 《單粒(精密)播種機試驗方法》進(jìn)行試驗，以合格指數(shù)、漏播指數(shù)和重播指數(shù)作為試驗指標(biāo)，每組試驗統(tǒng)計4行，每行連續(xù)測量200個窩眼孔，每組試驗重復(fù)3次，取平均值，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 加工傾角與試驗指標(biāo)關(guān)系Fig.6 Relationship curves of machining angle and reference index

隨著加工傾角增大，窩眼孔容積急劇增加。窩眼孔可充入多顆種子，由圖6可知，當(dāng)加工傾角大于50°時，重播指數(shù)急劇加大，漏播指數(shù)降低至0，導(dǎo)致合格指數(shù)先增大后急劇減小?；诜抡娼Y(jié)果，加工傾角δ選取為50°。

2.2.3吸孔直徑與吸孔壓差

(1)吸孔直徑

排種輪吸孔直徑d5經(jīng)驗公式[27]為

d5=(0.6～0.7)D

(6)

三七種子平均直徑D=5.62 mm，由式(6)可得吸孔直徑范圍為3.37～3.93 mm，本文選擇吸孔直徑d5=3.5 mm。

(2)吸孔理論壓差

假設(shè)種子為均勻球體，合力作用于質(zhì)心，氣室內(nèi)負(fù)壓腔為穩(wěn)定氣流，種子受力如圖7所示，此時種子受到自身重力G、吸孔吸附力F、支撐力N和摩擦力f作用。

圖7 種子受力分析圖Fig.7 Force analysis of seed

對三七種子在窩眼孔內(nèi)時進(jìn)行受力分析，沿著吸孔吸附力F和重力G方向建立xoy坐標(biāo)系，建立種子受力平衡方程

(7)

式中β——支撐力方向角

種子所受吸附力由吸孔內(nèi)外壓差所形成，壓差ΔP則決定三七種子能否吸附在窩眼孔內(nèi)，吸附力F和重力G方程式為

(8)

式中g(shù)——重力加速度，m/s2

由式(7)、(8)整理得

(9)

由圖7可得支撐力方向角β為

(10)

已知三七種子平均直徑D=5.62 mm，選取最大密度ρ=1 132 kg/m3，最大靜滑動摩擦角φ=26.5°，由式(9)、(10)計算得吸孔理論壓差ΔP=50 Pa。

2.2.4排種輪厚度及氣室內(nèi)部流場分析

(1)排種輪厚度

根據(jù)三七種植技術(shù)規(guī)程，本文播種密度采用5 cm×5 cm[1]，即粒距L′=50 mm，按照播種密度對排種輪和導(dǎo)種器進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，如圖8所示。

圖8 排種輪和導(dǎo)種器結(jié)構(gòu)布置圖Fig.8 Structural arrangement diagram of seed-metering wheel and guiding device 1.導(dǎo)種器 2.排種輪

導(dǎo)種器寬度l1≥12 mm，安裝間隙l2≥1 mm，由圖8可得排種輪厚度范圍為

2h+d4

(11)

式中l(wèi)——排種輪厚度，mm

由式(11)得排種輪厚度范圍為23 mm

(2)氣室內(nèi)部流場分析

為進(jìn)一步確定排種輪厚度，本文采用Fluent軟件分別對厚度為25、30、35 mm的排種輪進(jìn)行內(nèi)部流場模擬分析，選取吸孔端面處的流速作為評價指標(biāo)，吸孔端面為吸孔與窩眼孔底部交匯面，吸孔端面處的流速越大表明吸種能力越強，同時各個吸孔處的流速及空氣運動軌跡基本一致，說明各個吸孔差異不大，流場分布均勻，利于充種和攜種[30-31]。

在UG軟件中建立排種器的氣室模型，如圖9所示。該排種器氣室模型包括窩眼孔、吸孔、通氣孔和負(fù)壓腔，在吸種區(qū)和攜種區(qū)通氣孔數(shù)量共計6個，30 mm厚度排種輪的氣室體積約為132 856 mm3，僅為同行數(shù)氣吸滾筒式排種器氣室體積的5%左右。

圖9 排種器的氣室模型Fig.9 Seed-metering air chamber model 1.吸孔端面 2.壓力出口 3.壓力入口 4.窩眼孔 5.吸孔 6.通氣孔 7.負(fù)壓腔

模擬過程采用k-ε模型，選取窩眼孔端面為壓力入口邊界條件，入口壓力設(shè)置為0 Pa，負(fù)壓接口為壓力出口邊界條件，出口壓力設(shè)置為-1 000 Pa，壁面采用無滑移邊界條件。不同厚度排種輪吸孔端面的速度云圖如圖10所示。

圖10 不同厚度排種輪吸孔端面的速度云圖Fig.10 Velocity contours of suction hole end face with different thickness seed-metering wheel

本文吸孔采用直孔形式，由圖10可知，排種輪厚度為30 mm時，吸孔端面處流速最大達(dá)到31.43 m/s，表明吸種能力最強，同時各個吸孔處的流速及空氣運動軌跡基本一致，說明各個吸孔差異不大，流場分布均勻，有利于充種和攜種。

厚度30 mm排種輪的速度云圖和壓力云圖如圖11所示。由圖11a可知，腔體內(nèi)未出現(xiàn)較大局部渦流和回流現(xiàn)象，整體流場分布均勻。由圖11b可知，氣室內(nèi)部壓降較小，壓力分布較均勻，且吸孔端面處的最小壓差為417.12 Pa，大于吸孔理論壓差ΔP=50 Pa，進(jìn)一步驗證排種輪厚度為30 mm時氣室布置最為合理。

圖11 厚度30 mm排種輪的速度云圖和壓力云圖Fig.11 Velocity contour and pressure contour of seed-metering wheel in 30 mm thickness

2.3 排種輪轉(zhuǎn)速

本文排種器的作業(yè)速度v=0.9～1.8 km/h，粒距L′=50 mm，窩眼孔數(shù)量Z=10，由式(1)可得排種輪轉(zhuǎn)速方程為

(12)

由式(12)得排種輪轉(zhuǎn)速n=30～60 r/min。

3 排種性能試驗

3.1 試驗材料與儀器設(shè)備

選取文山三七種子，含水率為60%，在JPS-12型計算機視覺排種器性能檢測試驗臺上進(jìn)行試驗，利用加野麥克斯KANOMAX6036型熱式風(fēng)速風(fēng)量儀(精度0.01 kPa)測量吸孔端面氣壓，U型測壓管監(jiān)測氣壓穩(wěn)定性，排種性能試驗如圖12所示。

圖12 排種性能試驗Fig.12 Seed-metering performance test 1.排種器 2.U型測壓管 3.KANOMAX6036型熱式風(fēng)速風(fēng)量儀 4.JPS-12型計算機視覺排種器性能檢測試驗臺

3.2 試驗方法

根據(jù)GB/T 6973—2005 《單粒(精密)播種機試驗方法》實施，選取對排種器工作性能影響較大的排種輪轉(zhuǎn)速、吸孔負(fù)壓和種層高度作為試驗因素，為尋求最佳參數(shù)組合，進(jìn)行三因素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，以排種合格指數(shù)Y1、重播指數(shù)Y2、漏播指數(shù)Y3和各行排量一致性變異系數(shù)Y4為評價指標(biāo)，每組試驗統(tǒng)計4行，每行連續(xù)測量200粒種子，每組試驗重復(fù)3次，取平均值。

3.3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗

通過前期單因素試驗，確定吸孔負(fù)壓為450～750 Pa，排種輪轉(zhuǎn)速為30～60 r/min，種層高度為20～80 mm。試驗因素編碼如表2所示，試驗設(shè)計方案與結(jié)果如表3所示，表中X1、X2、X3為吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速、種層高度的編碼值。

3.4 回歸數(shù)學(xué)模型的建立與顯著性檢驗

采用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，對試驗結(jié)果進(jìn)行回歸分析，可以得到合格指數(shù)Y1、重播指數(shù)Y2、漏播指數(shù)Y3和各行排量一致性變異系數(shù)Y4的回歸方程。

表2 試驗因素編碼Tab.2 Experimental factors and codes

表3 試驗方案設(shè)計與結(jié)果Tab.3 Experiment design and results

3.4.1合格指數(shù)Y1

通過試驗以及對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素對排種合格指數(shù)Y1影響的回歸模型為

(13)

回歸方程的顯著性檢驗如表4所示。根據(jù)表4可知，模型的擬合度極顯著(P<0.01)。但吸孔負(fù)壓和排種輪轉(zhuǎn)速的交互項(X1X2)、吸孔負(fù)壓和種層高度的交互項(X1X3)以及排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度的交互項(X2X3)的P值均大于0.1，說明以上各項對排種合格指數(shù)的影響不顯著，其他各項的P檢驗均極顯著，說明相關(guān)試驗因素對響應(yīng)值影響不是簡單的線性關(guān)系，存在二次關(guān)系。失擬項P=0.126 9，不顯著，說明無其他影響指標(biāo)的主要因素?；貧w方程的決定系數(shù)R2=0.94，說明回歸方程的預(yù)測值與實際值擬合良好。剔除不顯著因素后的回歸模型為

(14)

通過對式(14)回歸系數(shù)的檢驗得出，影響排種合格指數(shù)的因素主次順序為吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速、種層高度。

3.4.2重播指數(shù)Y2

通過試驗以及對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素對重播指數(shù)Y2影響的回歸模型為

(15)

(16)

通過對式(16)回歸系數(shù)的檢驗得出，影響重播指數(shù)的因素主次順序為種層高度、吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速。

3.4.3漏播指數(shù)Y3

通過試驗以及對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素對漏播指數(shù)Y3影響的回歸模型為

(17)

(18)

通過對式(18)回歸系數(shù)的檢驗得出，影響漏播指數(shù)的因素主次順序為吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速、種層高度。

3.4.4各行排量一致性變異系數(shù)Y4

通過試驗以及對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素對各行排量一致性變異系數(shù)Y4影響的回歸模型為

(19)

(20)

通過對式(20)回歸系數(shù)的檢驗得出，影響各行排量一致性變異系數(shù)的因素主次順序為排種輪轉(zhuǎn)速、吸孔負(fù)壓、種層高度。

表4 回歸方程方差分析Tab.4 Variance analysis of regression equation

注：*表示影響顯著(P<0.05)，** 表示影響極顯著(P<0.01)。

3.5 各因素對排種合格指數(shù)的影響

通過Design-Expert 8.0.6對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度對合格指數(shù)的影響，其響應(yīng)曲面如圖13所示。任意固定某個因素的水平，根據(jù)響應(yīng)曲面圖，分析其余2個因素間的交互作用對排種合格指數(shù)的影響。

3.5.1吸孔負(fù)壓和排種輪轉(zhuǎn)速的交互作用

圖13a為種層高度為50 mm時，吸孔負(fù)壓和排種輪轉(zhuǎn)速對排種合格指數(shù)交互作用的響應(yīng)曲面圖。由圖可知，在吸孔負(fù)壓為600～640 Pa，排種輪轉(zhuǎn)速為35～42 r/min時，排種合格指數(shù)較高。吸孔負(fù)壓一定時，隨著排種輪轉(zhuǎn)速的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。排種輪轉(zhuǎn)速一定時，隨著吸孔負(fù)壓的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。

圖13 交互因素對合格指數(shù)的影響Fig.13 Effects of interactive factors on qualified index

3.5.2吸孔負(fù)壓和種層高度的交互作用

圖13b為排種輪轉(zhuǎn)速為45 r/min時，吸孔負(fù)壓和種層高度對排種合格指數(shù)交互作用的響應(yīng)曲面圖。由圖可知，在吸孔負(fù)壓為600～640 Pa，種層高度為40～50 mm時，排種合格指數(shù)較高。吸孔負(fù)壓一定時，隨著種層高度的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。種層高度一定時，隨著吸孔負(fù)壓的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。

3.5.3排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度的交互作用

圖13c為吸孔負(fù)壓為600 Pa時，排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度對排種合格指數(shù)交互作用的響應(yīng)曲面圖。由圖可知，在排種輪轉(zhuǎn)速為38～41 r/min，種層高度為44～50 mm時，排種合格指數(shù)較高。排種輪轉(zhuǎn)速一定時，隨著種層高度的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。種層高度一定時，隨著排種輪轉(zhuǎn)速的增大，排種合格指數(shù)先上升后下降。

3.6 最佳參數(shù)優(yōu)化

設(shè)定合格指數(shù)大于93.0%，漏播指數(shù)小于3.5%，重播指數(shù)小于3.5%，各行排量一致性變異系數(shù)小于3.0%，優(yōu)化得到最佳參數(shù)范圍如圖14所示。在種層高度為50 mm時，黃色區(qū)域為最佳參數(shù)優(yōu)化區(qū)域，即吸孔負(fù)壓560～660 Pa，排種輪轉(zhuǎn)速34～48 r/min時，合格指數(shù)大于93.0%，漏播指數(shù)小于3.5%，重播指數(shù)小于3.5%，各行排量一致性變異系數(shù)小于3.0%。

圖14 參數(shù)優(yōu)化分析Fig.14 Parameters optimization and analysis

對優(yōu)化得到的結(jié)果進(jìn)行驗證。在相同的試驗條件下選取吸孔負(fù)壓為650 Pa，排種輪轉(zhuǎn)速為40 r/min，種層高度為50 mm，進(jìn)行3次重復(fù)驗證試驗，得到排種器合格指數(shù)平均值為94.1%，且均大于93.0%；漏播指數(shù)平均值為3.1%，且均小于3.5%；重播指數(shù)平均值為2.8%，且均小于3.5%；各行排量一致性變異系數(shù)平均值為2.7%，且均小于3.0%；試驗結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果相符。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計的超窄行氣吸式三七精密排種器，融合機械氣力組合充種技術(shù)，排種輪兩側(cè)加工有水滴形窩眼孔，可進(jìn)行“一輪雙行、多輪串聯(lián)”播種作業(yè)。該排種器結(jié)構(gòu)緊湊，相對于氣吸滾筒式排種器氣室更小，對風(fēng)量和風(fēng)壓穩(wěn)定要求低?？蛇M(jìn)行超窄行播種作業(yè)，適應(yīng)三七等密集型精密播種作物。

(2)基于離散元法，利用EDEM軟件，以水滴形窩眼孔加工傾角為試驗因素，以合格指數(shù)、重播指數(shù)和漏播指數(shù)為試驗指標(biāo)，進(jìn)行單因素仿真試驗，驗證水滴形窩眼孔機械充種性能，得出較佳加工傾角為50°。

(3)采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗方法進(jìn)行試驗，以吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速和種層高度作為試驗因素，以合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和各行排量一致性變異系數(shù)為試驗指標(biāo)，對試驗結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程，得出影響合格指數(shù)的主次順序為吸孔負(fù)壓、排種輪轉(zhuǎn)速、種層高度。

(4)利用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，當(dāng)種層高度為50 mm、吸孔負(fù)壓為560～660 Pa、排種輪轉(zhuǎn)速為34～48 r/min時，合格指數(shù)大于93.0%，重播指數(shù)小于3.5%，漏播指數(shù)小于3.5%，各行排量一致性變異系數(shù)小于3.0%。對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗證試驗，得到的試驗結(jié)果與優(yōu)化結(jié)果基本一致。