馬鈴薯微型種薯振動排序播種裝置播種性能優(yōu)化

劉文政，何 進※，李洪文，李學強，盧彩云，魏忠彩，蘇國粱，趙宏波，劉 鵬，王春雷

（1. 中國農業(yè)大學工學院，北京 100083；2. 山東省馬鈴薯生產裝備智能化工程技術研究中心，德州 253600；3. 山東希成農業(yè)機械科技有限公司，德州 253600；4. 山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院，淄博 255091）

0 引 言

以微型薯為種薯所種出的馬鈴薯具有產量高、品質好、商品率高等優(yōu)點，為提升微型薯的種植面積和機械化水平，應推動其播種機械化的發(fā)展[1-4]?，F有微型薯機械化播種技術研究主要集中在氣力式和輸送帶式投種等兩個方面。其中，氣力式投種方面，Mcleod等[5]研究開發(fā)了一種氣力式微型薯精量播種裝置，通過負壓吸種和攜種，正壓排種，且在播種裝置上設置噴槍，將噴嘴上吸附的多余種子剔除，以降低重播率；美國Crary公司生產的Lockwood 600系列播種機[6]，采用負壓吸種方式播種微型薯，并利用電子監(jiān)控系統(tǒng)控制種子播量；賴慶輝等[7-8]針對微型薯不易充種問題，設計了一種可振動供種的氣吸圓盤式微型薯排種器，并進行了充種性能模擬和排種性能試驗以獲取較優(yōu)的參數組合；呂金慶等[9-10]研制出一種多種臂氣吸取種式馬鈴薯排種器，并開展正壓吹種零速投種性能優(yōu)化試驗。輸送帶式投種方面，Meijer等[11]設計一種單人操作單行半自動馬鈴薯播種機，采用輸送帶式排種器，并開展了相關播種性能試驗；德國Grimme公司制造的GB330型帶式馬鈴薯播種機[12]，取種方式采用水平差速傳送帶，可實現高速取種；何玉靜[13]開發(fā)研制一種帶式馬鈴薯排種機構，并開展播種性能試驗研究。綜上所述，以上兩種播種方式為微型薯機械化播種提供了技術支持。然而，對于氣力式播種裝置而言，因微型薯為大顆粒，對播種裝置的氣密性和配套動力均提出較高要求[14]；而帶式馬鈴薯播種裝置雖具有對薯種外形體積要求不高，可高速取種等優(yōu)點，但該類播種裝置結構復雜，操作繁瑣，對作業(yè)環(huán)境適應性較差且價格較為昂貴[15]。

近年來，因基于受迫振動原理對谷物進行分選、輸送和播種具有作業(yè)穩(wěn)定、谷物損傷小、作業(yè)質量高等優(yōu)點，國內外學者已開展相關研究。Kim 等[16]為提高谷物（水稻、小麥等）分選機的分選性能，通過有限元分析和模態(tài)分析，研究了分選機的振動特性；王應彪等[17]根據振動送料原理，提出一種實現玉米種子定向排列輸送的方法，對種子定向過程進行了動力學分析；邢潔潔等[18]通過理論分析、EDEM 仿真和實際試驗對電磁振動料斗內成堆玉米種子分散于排序輸送機理進行了研究，為后續(xù)玉米種子定向包裝及播種提供了參考。

綜上，本文提出一種基于受迫振動原理對微型薯進行單列排序播種的機械化播種方式，研制開發(fā)了相關播種裝置。對振動排序播種過程進行運動和受力分析，明確影響播種性能的主要因素，確定影響因素的試驗取值范圍，搭建試驗臺，開展播種性能試驗，并進行相關參數優(yōu)化，以期提供一種振動排序機械化播種技術，為微型薯精量播種裝置的發(fā)展提供技術支持，為振動排序式微型薯播種裝置的優(yōu)化提供參考。

1 工作原理

1.1 播種裝置整體結構及工作原理

馬鈴薯微型種薯振動排序播種裝置（圖 1）主要由動力驅動機構、單列排序輸送投種機構、振動回種機構、種箱、排種架等構成。其擺動板和振動板均基于受迫振動原理分別對薯種進行剔種和回種，實現薯種的單列排序、振動回種和輸送投種等。此外，微型薯在播種前需根據尺寸進行分級處理，以實現高質量播種。電機通過鏈輪、鏈條將動力輸送至動力驅動機構中的驅動軸，驅動軸帶動擺動偏心輪和振動偏心輪轉動；在擺動偏心輪和振動偏心輪徑向方向分別套裝有擺動連接盤和振動連接盤；位于驅動鏈輪和左護板之間的擺動連接盤通過擺動連接板與擺動板相連；位于驅動鏈輪與右護板之間的振動連接盤通過振動連接板與振動板相連。在擺動偏心輪和振動偏心輪轉動時，擺動連接盤和振動連接盤均沿著與驅動軸軸線相垂直的方向做前后往復擺動，進而帶動擺動板前后擺動和振動板在上下、前后方向上的復合振動。

圖1 馬鈴薯微型種薯振動排序播種裝置總體結構Fig.1 Whole structure of vibration-arranging based seeding device for potato micro-seed

工作時，微型薯從種箱落種口落至振動板上的集種口處，在振動板的振動作用下，由于薯種的流動性，微型薯從振動板運動至輸送帶（外表面右側邊緣設置護種凸起）和擺動板所構成的導種通道內并向后輸送，在擺動板前后-左右方向上復合往復擺動并在擺動板與輸送帶的外表面右側邊緣的護種凸起的共同限制作用下實現薯群的單列排序；同時輸送帶上多余的、未經排序的微型薯越過護種凸起并運動至振動板上，在振動板上下-前后方向復合往復振動作用下，振動板上的微型薯運動至振動板集種口處并再次進入輸送帶進行單列排序。單列排序的微型薯在輸送帶的輸送下運動至隔板、左護板的后部、輸送帶傾斜段的上層帶和壓種帶的下層帶所共同構成的落種通道。此時，與輸送帶轉速相同的壓種帶對薯種進行壓種定位，并在輸送帶和壓種帶共同作用下將微型薯送至落種口，最終種薯因失去支持力而投落至開溝裝置所開的種溝內，完成播種作業(yè)。

此外，護種凸起高度、輸送帶寬度、振動板寬度等會對不同等級微型薯振動單列排序效果產生不同程度的影響。其中，護種凸起高度較低時，單列排序的薯種易從護種通道內逃逸，導致漏播率升高；護種凸起高度較高時，因薯種尺寸相對較小，未經排序的薯種不易從護種通道內剔除，致使重播率增加，根據前期預試驗，并依據國內常用微型薯尺寸在12～36 mm等級范圍內[19]，選擇設計護種凸起高度為8 mm。同時，護種通道寬度可通過調節(jié)擺動板左右位置而改變并受到輸送帶寬度的影響，以適應不同尺寸微型薯的單列排序，結合薯種尺寸和設計要求，設計輸送帶寬度為60 mm。振動板寬度較寬時，剔除的種薯因在振動板上過于分散而不易回種至集中口；振動板寬度較窄時，剔除的種薯流動性降低，不僅不易回種至集中口，而且會對單列排序的薯種造成影響，因此，為使微型薯在振動板上具有較好的回種效果，結合預試驗和實際生產經驗，設計振動板寬度為115 mm。

1.2 投種過程分析

微型薯在投種過程中一般經歷單列排序、振動回種和輸送投種等 3個過程，分析其運動特性，并建立相關力學模型，以進一步對播種裝置的播種機理開展研究。同時，為便于分析，假設微型薯為剛性球體，且在受迫振動中不考慮薯種翻轉的情況。

1.2.1 單列排序

微型薯是通過單列排序輸送投種機構進行單列排序的，該過程其運動和受力狀態(tài)主要分為以下 3個方面：堆疊、剔種、排序。

1）堆疊。播種裝置播種時，振動板集種段將匯集大量薯種，在振動板高頻低幅往復振動下，薯群會進入單列排序輸送投種機構的輸送帶上并發(fā)生堆疊形成種堆。由于種堆受擺動板影響，假設種堆呈半圓錐體，以半圓錐的一個中心截面（與振動板相垂直）為基準，取底層（與輸送帶上表面和擺動板相接觸）微型薯中的1粒（微型薯P）為研究對象，其相關受力情況如圖2所示。

令其他薯種對微型薯P的合力為F0，則

在理想狀態(tài)下，微型薯 P從堆疊至單列排序是加速度一直在變化的加速運動，設加速度為at，方向為x軸正方向，整個過程歷時為t，則

聯立公式（1）、（2）

圖2 堆疊過程中微型薯P的受力分析Fig.2 Dynamic analysis of micro-seed P during stacking process

整個過程微型薯P相對于輸送帶沿x方向位移S為

在堆疊過程中，假設微型薯P始終與擺動板相貼合，則

式中 F0y、Fpy分別為 F0、Fp沿 y軸方向的分力，N；a1為擺動板在振動過程中沿y軸方向的加速度，m/s2。對擺動板進行運動學分析，如圖3所示。

以擺動偏心輪外圓周邊緣一點A（初始點）為研究對象，擺動偏心輪繞點O以角速度ω（rad/s）做勻速轉動；經時間 t1，擺動偏心輪轉動角度 θ，此時點 A運動至 A′點；此外點O′為擺動偏心輪截面圓圓心，點B、B′分別為經過點O的截面圓直徑和弦線的另一端端點，由相交弦定理得

則點A在時間t1內沿x軸方向位移xA為

假設擺動板為剛體且隨擺動偏心輪和擺動連接盤組成的振動機構同步振動，故在時間 t1內，擺動板沿 x軸方向位移xd與xA相等，又

聯立式（7）、（8）得

則在時間t1內擺動板沿y軸方向位移ys為

因擺動偏心輪的偏心距較小，轉速較快，故擺動板沿y軸方向加速度a1

由上，聯立式（5）和（9）得

圖3 擺動機構運動簡圖Fig.3 Kinematic diagram of swing mechanism

2）剔種。堆疊的薯種群經輸送帶輸送和擺動板復合振動，其在導種通道內逐漸形成薯群條，此時依然有部分薯種堆積在單列排序的薯群條上，需通過擺動板復合振動進行剔除。

選其中一個堆疊的薯種M為分析對象。根據實際剔種情況，此過程可分為3個子過程（如圖4所示）：Ⅰ.薯種堆疊在薯群條的正上端（擺動板始終與薯種M相接觸）；Ⅱ.從薯群條上端剔落至輸送帶護種凸起；Ⅲ.種薯與振動板接觸，完成剔種。則

其中，a2、a3分別為微型薯 M在剔種過程Ⅱ、Ⅲ的加速度，方向分別為指向振動板且偏向于輸送帶速度 vb方向和偏離輸送帶且偏向于輸送帶速度vb方向。

圖4 剔種過程微型薯M運動學分析Fig.4 Kinematic analysis of micro-seed M during process of seeds removing

3）排序。薯群經堆疊、剔種后，多余薯種被剔除，剩余薯種按前后緊密貼合的方式形成薯群條，且以與輸送帶相同的速度向落種通道運動，此時薯處于穩(wěn)定狀態(tài)，取其中一個種薯Q作為研究對象（如圖5所示），則

1.2.2 振動回種

輸送帶上多余的、未經排序的薯種越過輸送帶護種凸起并運動至振動板上，其在振動板復合往復振動下運動至振動板集種段處。選取微型薯O為研究對象，其運動學分析如圖6所示。

圖5 微型薯單列排序示意圖Fig.5 Diagram of single row arrangement of micro-seeds

圖6 振動回種機構運動簡圖Fig.6 Kinematic diagram of vibratory reseeding mechanism

振動回種機構驅動方式與擺動機構（圖3）類似，設振動板為剛體且隨振動偏心輪和振動連接盤組成的振動機構同步振動，在相同的時間t1內，滿足下列關系式

因振動偏心輪的偏心距小，轉速快，可得振動板沿x軸和z軸方向的加速度avx、avz

振動板朝上-前方振動時，其與薯種O始終保持接觸，對薯種O受力分析得

振動板朝下-后方振動時，因薯種O從振動板脫離作初速度為上-前方的上拋運動，此時，薯種O僅受自身重力，至下一周期與振動板再次接觸。

由上，avx、avz、Fv和 fv等值由上述相關各指標值確定，即振動偏心輪的偏心距e2、外徑R2、角速度ω和彈性支撐板的安裝角δ、長度l1等，其中根據相關文獻[20-24]及設計要求確定R2=30 mm，δ=π/6，l1=170 mm，其余參數則根據后續(xù)試驗確定。

1.2.3 輸送投種

單列排序的微型薯由輸送投種機構完成投種（圖7），因輸送帶與壓種帶帶速相同，則薯種在落種通道內是相對于輸送帶和壓種帶靜止的，對其中一個薯種M分析，得

圖7 輸送投種機構運動簡圖Fig.7 Kinematic diagram of seeds conveying and dropping mechanism

由式（24），薯種M 在落種通道內所受合力為0，其沿著輸送帶傾斜段方向向下做速度為 vb的勻速運動。理想狀態(tài)下，假設微型薯為球形顆粒，直徑為D，mm；設機具前進速度為vd，m/s；則在相同時間Δt(s)內落入種溝的種薯量等于排種裝置排出的種薯量，由此可得

由此得，該播種裝置的播種株距d3與機具前進速度vd、輸送帶帶速vb和薯種粒徑D等有關。

綜上并結合前期試驗可知，影響播種性能的主要參數有擺動/振動偏心輪偏心距 e1/e2、驅動軸轉速 n（代替擺動/振動偏心輪角速度ω）、機具前進速度vd和薯種粒徑 D。根據實際生產設計要求，設定振動/擺動偏心輪偏心距相等，即e1=e2=e。各因素的試驗取值范圍為：偏心輪偏心距3～5 mm，驅動軸轉速700～900 r/min，機具前進速度[25]0.56～1.40 m/s，薯種按照粒徑可分為13～17、18～22、23～27 mm等3個級別，且各級別下薯種平均粒徑分別為15、20、25 mm。本文在3個不同級別的薯種粒徑下，開展播種性能試驗，以明確上述其余 3個主要因素對播種性能的影響。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與裝置

選用國家馬鈴薯工程技術研究中心培育的質量分布在3～5 g左右（三軸平均粒徑在15～25 mm）的希森3號脫毒微型馬鈴薯，其含水率66.97%～78.23%，平均含水率為73.90%；密度為1 049.60～1 085.90 kg/m3，平均密度為1 077.03 kg/m3。

利用自制的試驗臺開展播種性能試驗（圖 8a）。播種裝置固定于安裝架上，后側下方固定有種床帶，其中播種裝置的動力驅動軸、輸送帶以及種床帶均由直流無刷減速電機（廣州市德馬克電機有限公司，750 W直流無刷減速電機）控制，以模擬田間作業(yè)情況；此外，考慮到若種床帶較光滑或投種高度過高，薯種從投種口投落至種床帶上將發(fā)生彈跳而影響測定效果，故在種床帶表面粘貼一層海綿并在落種區(qū)域按照一定距離（20 mm）均勻布置海綿條以形成網格狀條形落種區(qū)，且設定投種高度為50 mm。

圖8 試驗臺試驗Fig. 8 Experiment of test bed

2.2 試驗方法

本試驗目的是明確播種裝置結構和作業(yè)參數對 3個不同級別的微型薯播種性能的影響規(guī)律，并獲取較優(yōu)取值參數組合，以指導播種裝置高質量作業(yè)。選取偏心輪偏心距、驅動軸轉速和種床帶速度為試驗因素，重播率y1、漏播率 y2和播種合格率 y3為評價指標[26]。試驗分別選取 3級種薯（粒徑為 13～17、18～22、23～27 mm）開展試驗，采用 Box-Behnken二次回歸正交組合試驗設計方法[27]，水平編碼試驗因素（表1）。

表1 試驗因素與水平Table 1 Coding test of factor level

此外，種床帶帶速模擬機具前進速度，理論播種株距為15 cm，根據播種裝置的結構，通過電機調節(jié)播種裝置的輸送帶帶速以對應不同粒徑、不同機具前進速度下的機具實際作業(yè)情況；待試驗臺運行穩(wěn)定后測量種床帶上60個實際播種粒距[9]，按照“GB/T 6242-2006 種植機械 馬鈴薯種植機 試驗方法”[26]進行數據處理以獲取各指標值，每組試驗重復 4次，并取平均值用于后續(xù)數學統(tǒng)計分析。試驗情況如圖8b所示。

3 結果與分析

3.1 試驗方案與結果

2018年7月，在山東希成農業(yè)機械科技有限公司進行播種性能試驗。根據上述試驗設計方法，獲取 3個級別的微型薯試驗方案與數據統(tǒng)計結果如表2所示。

3.2 回歸分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對3級微型薯試驗結果分別進行方差分析[28]，以分析影響播種性能的相關因素和投種機理。

表2 試驗方案與數據Table 2 Program and results of micro-seed test

3.2.1 一級種薯播種性能回歸分析

對一級種薯（平均粒徑15 mm）進行方差分析，如表 3，試驗過程中除考慮單因素作為主效應的影響因素外，還應考慮單因素間的交互效應。主效應的各試驗因素對重播率、漏播率和播種合格率影響顯著順序分別為：偏心輪偏心距x1＞驅動軸轉速 x2＞種床帶速度x3，驅動軸轉速x2＞種床帶速度x3＞偏心輪偏心距x1，驅動軸轉速x2＞種床帶速度x3＞偏心輪偏心距x1；在交互效應中，對重播率、漏播率和播種合格率影響最為顯著的因素均為x22。剔除影響不顯著的交互項，得出如下擬合較好且具有實際分析意義的因素編碼值的回歸方程

表3 一級種薯分析結果Table 3 Analysis results of level 1 potato seed test

在交互效應中，各因素間交互項僅驅動軸轉速-種床帶速度有輕微顯著的影響，其他 2個因素間交互項偏心輪偏心距-驅動軸轉速和偏心輪偏心距-種床帶速度對播種性能影響不顯著，而單因素以及各單因素的二次項對播種性能均具有顯著影響。圖9為驅動軸轉速-種床帶速度交互作用對一級種薯播種合格率的影響，由圖可知，偏心距為4 mm，種床帶速度在0.56～1.40 m/s范圍內變化時，播種合格率隨著驅動軸轉速的增加先升高后降低。

圖9 交互作用對一級種薯播種合格率的影響Fig.9 Effect of interactions on qualified rate for level 1 micro-seed

分析其原因可能在于，因一級種薯尺寸小、質量輕，驅動軸轉速在一定范圍內（約700～850 r/min）的增加，有利于薯種的振動排序和剔種，降低重播率和漏播率，進而提升播種合格率；當驅動軸轉速大于一定值（850 r/min左右），由于振動板和擺動板的振頻較高，薯種進入輸送帶以及排序效果變差，且剔種能力較強，出現播種不均勻，致使重播率和漏播率均提升，播種合格率呈逐漸下降的趨勢。

3.2.2 二級種薯播種性能回歸分析

如表4所示為二級種薯（平均粒徑20 mm）方差分析結果，可知，在主效應的各試驗因素中，對重播率、漏播率和播種合格率影響顯著順序分別為：偏心輪偏心距 x1＞種床帶速度 x3＞驅動軸轉速 x2，種床帶速度 x3＞驅動軸轉速 x2＞偏心輪偏心距 x1，驅動軸轉 x2＞偏心輪偏心距x1＞種床帶速度x3；在交互效應中，對重播率、漏播率和播種合格率影響最為顯著的因素均為 x22。剔除影響不顯著的交互項，得出如下擬合較好的因素編碼值回歸方程。

表4 二級種薯分析結果Table 4 Analysis results of level 2 potato seed test

選取對二級種薯播種性能影響最顯著的交互項分別進行舉例說明（圖10）。由圖10a可知，驅動軸轉速為800 r/min，種床帶速度在0.56～1.40 m/s范圍內變化時，重播率隨偏心距的增加先提升后降低；圖10b所示，在偏心輪偏心距為4 mm，驅動軸轉速在700～900 r/min范圍內變化時，漏播率隨種床帶速度的提升而增大；圖 10c所示，種床帶速度為0.98 m/s，偏心輪偏心距在3～5 mm范圍內變化時，隨著驅動軸轉速的增加，重播率先降低后增加，而播種合格率則先增加后降低。

圖10 交互作用對二級種薯播種性能的影響Fig.10 Effect of interactions on seeding performance for level 2 micro-seed

對播種性能分析，原因可能在于，二級種薯較一級種薯尺寸大、質量重，偏心輪偏心距成為影響重播率最顯著因素，在偏心輪偏心距較小時，因振動板和擺動板的振幅較低，薯種不能很好地回種和剔種，導致堆疊與排序的種子一同進入排種段而出現重播現象；當偏心輪偏心距較大時，因種薯尺寸較大且不規(guī)則，擺動板振幅較大，故對輸送帶上排序的薯種產生較為明顯的干擾，在進入排種段瞬間種薯排列狀態(tài)不一，重播率增加。對于漏播率，種床帶速度的提升增加了壓種帶將薯種喂入排種段的難度，薯種在喂入口被排擠，導致漏播。播種合格率受重播率和漏播率交互作用，驅動軸轉速對播種合格率影響最大，驅動軸轉速處在中間水平附近范圍內時，因種薯振動回種、單列排序以及輸送投種等過程效果較好，重播率和漏播率均較低，此時播種合格率較高。

3.2.3 三級種薯播種性能回歸分析

如表5所示為三級種薯（平均粒徑25 mm）方差分析結果，可知，在主效應的各試驗因素中，對重播率和播種合格率影響顯著順序相同為：驅動軸轉速x2＞偏心輪偏心距x1＞種床帶速度x3，而漏播率則為驅動軸轉速x2＞種床帶速度x3＞偏心輪偏心距x1；在交互效應中，對重播率、漏播率和播種合格率影響最為顯著的因素分別為x2x3，x22和 x22。剔除影響不顯著的交互項，得出如下擬合較好的因素編碼值回歸方程

表5 三級種薯分析結果Table 5 Analysis results of level 3 potato seed test

選取對三級種薯播種性能影響最顯著的交互項進行舉例說明（圖11）。由圖11a、b可知，在偏心輪偏心距為4 mm，種床帶速度在0.56～1.40 m/s范圍變化時，重播率隨著驅動軸轉速的增大而逐漸降低，漏播率則隨著驅動軸轉速的增大先降低后增加；圖11c所示，種床帶速度為0.98 m/s，偏心輪偏心距在3～5 mm范圍內變化時，播種合格率則隨驅動軸轉速的增大先增加后降低。

對三級種薯排種性能分析，因三級種薯尺寸較大、質量較重，驅動軸轉速成為最顯著因素，驅動軸轉速的提升，降低了種薯在輸送帶上單列排序過程中堆疊的概率，從而降低了重播率。對于漏播率，當驅動軸轉速較低時，種薯在導種通道內排序效果不好，其分布較為散亂，進入排種段前種薯被排擠出導種通道的概率較大，增加了漏播率；當驅動軸轉速較高時，種薯在單列排序過程中受到擺動板的影響較大，增加了排序好的種薯被剔除出導種通道的概率，進而增加漏播率。播種合格率受驅動軸轉速和種床帶速度的影響較大，并受到重播率和漏播率的共同限制，當驅動軸轉速處于中間水平范圍內時，種薯單列排序效果較好，且排序好的種薯更能順利地進入排種段進行最終的投種。

3.3 參數優(yōu)化與驗證試驗

利用Design-Expert 8.0.6 軟件優(yōu)化模塊，對3個級別下的微型薯播種回歸模型分別進行有約束的目標優(yōu)化求解，以獲取播種裝置較優(yōu)的排種性能作業(yè)參數[9,24]。

對上述 3級種薯播種參數進行優(yōu)化，為實現較優(yōu)的播種性能參數組合，均需滿足以下條件

其中，-1＜x1＜1；-1＜x2＜1；-1＜x3＜1。同時，在優(yōu)化模塊的條件設置中對 3個評價指標的重要程度進行設定，其中重播率設定為“+++”，漏播率設定為“+++++”，播種合格率設定為“++”。得到優(yōu)化結果為：

1）對于一級種薯，當偏心輪偏心距為3.5～4.5 mm，驅動軸轉速為 803～855 r/min，種床帶速度為 0.56～0.61 m/s時，理論重播率為 0.56%～1.29%，漏播率為2.50%～3.21%，播種合格率為95.50%～96.94%；

2）對于二級種薯，當偏心輪偏心距為3.8～4.2 mm，驅動軸轉速為 796～841 r/min，種床帶速度為 0.82～0.91 m/s時，理論重播率為 2.74%～3.11%，漏播率為3.40%～4.02%，播種合格率為92.87%～93.86%；

3）對于三級種薯，當偏心輪偏心距為3.9～4.5 mm，驅動軸轉速為 822～863 r/min，種床帶速度為 1.02～1.13 m/s時，理論重播率為 3.25%～3.68%，漏播率為1.29%～1.72%，播種合格率為94.60%～95.46%。

綜上，結合實際生產設計要求，根據表 6所示相關參數開展試驗臺驗證試驗，每個級別下重復試驗 3次，得各相關評價指標平均值。結果表明，經優(yōu)化調節(jié)后的播種裝置各項作業(yè)性能指標平均值接近理論優(yōu)化結果，各評價指標理論與實際值誤差均小于5%，播種合格率均在90%以上，且均優(yōu)于國家標準要求[29]。

表6 試驗臺驗證試驗結果Table 6 Verification test results of test bed

4 結 論

播種裝置基于受迫振動原理對微型薯進行單列排序、振動回種和輸送投種等，實現微型薯的播種作業(yè)。本文對播種裝置的投種過程進行分析，通過建立運動學和動力學分析模型得出影響該播種裝置的關鍵因素為偏心輪偏心距、驅動軸轉速、機具前進速度和薯種粒徑等。

以偏心輪偏心距、驅動軸轉速、種床帶速度（代替機具前進速度）為試驗因素，重播率、漏播率和播種合格率為評價指標，利用播種試驗臺對 3個級別下的微型薯開展正交組合試驗，并對各級種薯的播種性能進行回歸分析。由此得：對于一級種薯，對重播率、漏播率和播種合格率影響最顯著的主效應因素分別為偏心輪偏心距、驅動軸轉速和驅動軸轉速；對于二級種薯，則分別對應為偏心輪偏心距、種床帶速度和驅動軸轉速；對于三級種薯，對重播率、漏播率和播種合格率影響最顯著的主效應因素均為驅動軸轉速。

利用Design-Expert 8.0.6軟件參數優(yōu)化功能，以低重播率、低漏播率和高播種合格率為約束條件，對 3個級別下的微型薯優(yōu)化求解，求得較優(yōu)的參數組合范圍：對于一級種薯，偏心輪偏心距為3.5～4.5 mm，驅動軸轉速為803～855 r/min，種床帶速度為0.56～0.61 m/s；對于二級種薯，偏心輪偏心距為3.8～4.2 mm，驅動軸轉速為796～841 r/min，種床帶速度為0.82～0.91 m/s；對于三級種薯，偏心輪偏心距為3.9～4.5 mm，驅動軸轉速為822～863 r/min，種床帶速度為1.02～1.13 m/s。對理論分析結果進行試驗臺驗證試驗，結果表明，3個級別下的微型薯在較優(yōu)的試驗組合下，重播率和漏播率均小于5%，播種合格率均在 90%以上，符合國家標準，該播種裝置滿足微型薯播種作業(yè)要求。