基于DEM的導(dǎo)種管優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

李飛翔 唐凱懌 葛越鋒 楊大芳 李得志 馬佳佳

摘要：為提高玉米精量播種機(jī)播種均勻性，需要合理的導(dǎo)種管引導(dǎo)種子進(jìn)入種溝，基于離散元法研究玉米精量播種機(jī)導(dǎo)種管的優(yōu)化設(shè)計(jì)。以零速投種理論為基礎(chǔ)，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)能量守恒方程分析導(dǎo)種管主曲線，得到種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程；基于Isight軟件RSM優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)，結(jié)合所得導(dǎo)種管出口處水平速度方程，以圓弧段夾角α、直線段與豎直方向夾角β、直線段高度h1、圓弧段半徑R為因素，考慮分析出口水平速度及實(shí)際農(nóng)藝種子株距的范圍調(diào)節(jié)，增加排種盤角速度ω為因素，以株距變異系數(shù)、出口水平速度為響應(yīng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)主曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。在ω為15～45 r/min參數(shù)范圍下，以出口水平速度小于0.1 m/s，變異系數(shù)小于5%進(jìn)行尋優(yōu)求解，得到導(dǎo)種管主曲線的最佳參數(shù)組合為：α=25°，β=11°，h1=200 mm，R=625 mm。根據(jù)所得最佳參數(shù)采用CATIA軟件建立三維模型并3D打印進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn)所得種子變異系數(shù)為11.58%、合格指數(shù)為98.2%、漏播指數(shù)為0.83%、重播指數(shù)為0.97%，結(jié)果表明導(dǎo)種管主曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：精量播種機(jī)；導(dǎo)種管；離散元；優(yōu)化設(shè)計(jì)；變異系數(shù)

中圖分類號(hào)：S223.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2024） 02004107

收稿日期：2022年9月30日 ?修回日期：2022年12月1日

基金項(xiàng)目：國(guó)家農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新中心計(jì)劃項(xiàng)目（2021A04）

第一作者：李飛翔，男，1992年生，河南洛陽(yáng)人，碩士，工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)與裝備。Email： lifeixiang147258@163.com

通訊作者：唐凱懌，男，1991年生，河南洛陽(yáng)人，碩士，工程師；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備智能化和精量播種。Email： flytky@live.cn

Research on optimal design method of maize seed tube based on DEM

Li Feixiang， Tang Kaiyi， Ge Yuefeng， Yang Dafang， Li Dezhi， Ma Jiajia

（Luoyang Smart Agricultural Equipment Institute Co.， Ltd.， Luoyang， 471000， China）

Abstract：

In order to improve the uniformity of sowing by maize concentrate seeder， it is necessary to guide seeds into the seed ditch with reasonable seed tubes， and the optimal design of the seed tube of maize concentrate seeder is studied based on discrete element method. Firstly， based on the zerospeed seeding theory， the kinematic energy conservation equation is used to analyze the main curve of the seed tube， and the horizontal velocity equation of the seed at the outlet of the seed tube is obtained. Then the RSM optimization module design experiment based on Insight software， combined with the horizontal velocity equation of the outlet of the seed tube， the angle α?of the circular arc segment， the angle β?between the straight segment and the horizontal direction， the height of the straight segment h1， and the radius of the circular arc segment R are selected as factors. At the same time， considering the analysis of the outlet horizontal velocity and the range adjustment of the actual agronomic seed spacing， the angular velocity of the seed discharge disc ω?is increased as the factor， and the main curve parameters are optimized and solved in response to the plant spacing variation coefficient and the outlet horizontal velocity. In the range of ω=15-45 r/min parameters， the outlet horizontal speed is less than 0.1 m/s， and the coefficient of variation is less than 5%， and the optimal parameter combination of the main curve of the seed tube is： α=25°， β=11°， h1=200 mm， R=625 mm. According to the best parameters obtained， CATIA software was used to build a threedimensional model and 3D printing was used for bench test. The coefficient of variation of the seeds obtained from the bench test was 11.58%， the pass index was 98.2%， the missed sowing index was 0.83%， and the reseeding index was 0.97%. The results show that the optimal design of the main curve of the seed guide tube is reasonable.

Keywords：

precision planter; seed tube; discrete element; optimal design; coefficient of variation

0 引言

精量播種機(jī)播種要求有均勻的播種株距，在播種機(jī)的同位仿形和高位投種的結(jié)構(gòu)形式下，導(dǎo)種管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)播種效果有著重大影響［12］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在導(dǎo)種管的設(shè)計(jì)改進(jìn)上已做大量研究［35］。導(dǎo)種管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要為導(dǎo)種管主曲線的模型設(shè)計(jì)，目前最常采用“直線+曲線”兩段組合式，通過(guò)理論分析，建立種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程，即可根據(jù)零速投種原理對(duì)導(dǎo)種管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化［6］。楊文彩等［7］針對(duì)2BQ-28型三七精密播種機(jī)存在播種不均勻的問(wèn)題，基于零速投種原理建立滿足三七種子零速投種的數(shù)學(xué)模型，并采用MATLAB軟件對(duì)模型進(jìn)行求解，找出了滿足零速投種的最佳變量區(qū)間。Zubrilina等［8］為提高種子經(jīng)過(guò)導(dǎo)種管后播種的均勻性，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法對(duì)種子在導(dǎo)種管出口處的速度及角度進(jìn)行分析，建立了導(dǎo)種管的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。

針對(duì)導(dǎo)種管主曲線方程的推導(dǎo)中多采用理想狀態(tài)下種子下落的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方程，本文采用能量守恒方程進(jìn)行分析的同時(shí)，考慮種子在主曲線下摩擦阻力做的功，進(jìn)一步對(duì)種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程進(jìn)行分析；結(jié)合所得方程，基于Isight軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)，為更加符合實(shí)際，試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用5因素，除主曲線的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，增加排種角速度為變量進(jìn)行分析；為進(jìn)一步增加試驗(yàn)的精準(zhǔn)性，離散元仿真設(shè)計(jì)中，種子顆粒模型采用三維激光掃描儀掃描種子輪廓模型作為顆粒模板進(jìn)行仿真，同時(shí)增加臺(tái)架試驗(yàn)以驗(yàn)證仿真及優(yōu)化參數(shù)的合理性。

1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

導(dǎo)種管主曲線的設(shè)計(jì)主要有主曲線數(shù)學(xué)模型的建立和優(yōu)化、曲線方程和參數(shù)的確定［9］。本研究以最常用的“直線+曲線”兩段組合式進(jìn)行研究，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的方法分析種子在導(dǎo)種管中的運(yùn)動(dòng)情況，基于零速投種理論，建立種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程。

為實(shí)現(xiàn)零速投種，采用排種器與導(dǎo)種管的配置，如圖1所示，種子經(jīng)過(guò)導(dǎo)種管直線段區(qū)域Ⅰ和曲線段區(qū)域Ⅱ后水平方向?qū)崿F(xiàn)加速，加速后達(dá)到的數(shù)值與前進(jìn)速度相同，相對(duì)導(dǎo)種管的速度為零，最終落至土壤區(qū)域Ⅲ。選擇排種器中種子的排出位置，使得種子出來(lái)后沿著導(dǎo)種管的內(nèi)表面滑動(dòng)而不發(fā)生彈跳。種子沿導(dǎo)種管內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的能量是由距溝底部高度H處的種子En0勢(shì)能組成，種子的動(dòng)能Ek0的速度是種子從排種盤排出的速度，種子經(jīng)過(guò)導(dǎo)種管后，在導(dǎo)種管出口處獲得水平方向的最終速度，此時(shí)的動(dòng)能和勢(shì)能分別為Enn、Ekn，考慮種子在導(dǎo)種管表面摩擦力做的功Am，根據(jù)能量守恒定律可得式（1）。

En0+Ek0=Enn+Ekn+Am

（1）

1.1 種子在直線段的運(yùn)動(dòng)分析

導(dǎo)種管主曲線為“直線+曲線”兩段式，如圖2所示，首先對(duì)直線段進(jìn)行分析，種子從剛進(jìn)入導(dǎo)種管直線段到出直線段建立能量平衡方程如式（2）所示。

En0+Ek0-En1-Ek1-Am1=0

（2）

可知

mvk022-mvk122+mgh1-mgfh1×tanα=0

（3）

式中：

m——種子的質(zhì)量；

vk0——種子離開(kāi)排種器進(jìn)入導(dǎo)種管時(shí)的速度；

vk1——種子離開(kāi)導(dǎo)種管直線段的速度；

h1——導(dǎo)種管直線段的垂直長(zhǎng)度；

f——導(dǎo)種管與種子的摩擦系數(shù)；

α——直線段與豎直方向的夾角。

求解式（3）可得種子離開(kāi)直線段的速度

vk1=vk02+2gh1（1－f×tanα）

（4）

1.2 種子在曲線段的運(yùn)動(dòng)分析

如圖3所示，當(dāng)種子從導(dǎo)種管直線段進(jìn)入曲線段后，種子動(dòng)能Ek1的速度為vk1，種子經(jīng)過(guò)導(dǎo)種管曲線段后，在導(dǎo)種管出口獲得動(dòng)能Ek2，勢(shì)能En2，考慮種子在導(dǎo)種管表面摩擦力做的功Am2，由能量守恒定律可知

En1+Ek1-En2-Ek2-Am2=0

（5）

針對(duì)計(jì)算種子在導(dǎo)種管表面摩擦力做的功Am2，需要先求得種子在曲線段的正壓力，大小等于種子所受到的支持力N，在曲線段的法線方向

N-mgsinβ=mv2R

（6）

參考相關(guān)文獻(xiàn)［10］計(jì)算可得

N=3mg1+4m2（2mcosβ+sinβ）+ce－2μβ

（7）

由此可知

Am2

=∫-fds

=-3m2gR1+4m2（2msinβ－cosβ）+ce－2μβ

（8）

mvk122－mvk222+mgh2－Am2=0

（9）

vk2=

vk02+2gh1（1-ftanα）+2R（1-cosβ）+

6mgR1+4m2（2msinβ-cosβ）-ce-2μβ

（10）

因此，種子出導(dǎo)種口處的水平速度

vτ2=

vk02+2gh1（1-ftanα）+2R（1-cosβ）+

6mgR1+4m2（2msinβ-cosβ）-ce2μβ

×

sin（α+β）

（11）

式中：

β——導(dǎo)種管主曲線曲線段弧線夾角；

c——常數(shù)；

μ——導(dǎo)種管與種子的摩擦系數(shù)；

R——導(dǎo)種管主曲線曲線段半徑。

由式（11）可知，影響種子在導(dǎo)種管出口處水平速度的主要因素有種子在排種盤的作用下獲得的初始速度vk0、種子與導(dǎo)種管內(nèi)部的摩擦阻力系數(shù)μ、導(dǎo)種管主曲線直線段與豎直方向的夾角α、導(dǎo)種管主曲線直線段高度h1、導(dǎo)種管主曲線曲線段弧線夾角β、導(dǎo)種管主曲線曲線段半徑R。初始速度vk0影響因素較多，與排種盤的轉(zhuǎn)速、型孔距離盤中心距離、種子形狀大小、拖拉機(jī)行進(jìn)速度等有關(guān)，在排種器及車速一定的情況下，可根據(jù)實(shí)際農(nóng)藝種子株距的范圍，通過(guò)調(diào)節(jié)排種盤的轉(zhuǎn)速來(lái)控制初始速度。種子與導(dǎo)種管內(nèi)部的摩擦阻力系數(shù)μ與導(dǎo)種管的材質(zhì)有關(guān)，根據(jù)導(dǎo)種管實(shí)際材質(zhì)的選取確定。其他4因素共同確定了導(dǎo)種管主曲線的形狀，由導(dǎo)種管的結(jié)構(gòu)確定。

2 仿真優(yōu)化

結(jié)合推導(dǎo)所得種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程設(shè)計(jì)試驗(yàn)，導(dǎo)種管的材質(zhì)選用塑料［1112］?？紤]種子導(dǎo)種管出口處的水平速度值及更加貼合株距根據(jù)農(nóng)藝為一范圍值的實(shí)際情況，在以主曲線參數(shù)為因素設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮初始速度vk0，因初始速度vk0影響因素較多，通常為一隨機(jī)值，為了簡(jiǎn)化仿真的復(fù)雜程度，縮短研發(fā)周期，通過(guò)調(diào)節(jié)排種盤的轉(zhuǎn)速ω來(lái)控制初始速度vk0。

2.1 參數(shù)選取

2.1.1 仿真參數(shù)

物料采用玉米種子，導(dǎo)種管材質(zhì)選用塑料，結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)及軟件內(nèi)置GEMM數(shù)據(jù)庫(kù)［1315］，本文中各仿真參數(shù)的取值如表1所示。

2.1.2 試驗(yàn)因素范圍選取

針對(duì)高速氣吸式精量播種機(jī)，結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)及常用行進(jìn)車速［1618］，此仿真選取車速為10 km/h；針對(duì)排種盤轉(zhuǎn)速ω的取值范圍，根據(jù)仿真模型結(jié)構(gòu)，型孔距排種盤中心的距離，結(jié)合玉米種子的株距范圍進(jìn)行選取；其他4因素的范圍結(jié)合導(dǎo)種管設(shè)計(jì)的相關(guān)參考文獻(xiàn)［19-20］進(jìn)行選取，各個(gè)試驗(yàn)因素的選取范圍如表2所示。

2.2 仿真模型

2.2.1 顆粒模型

為提高仿真試驗(yàn)的精確性，采用三維激光掃描儀選擇輪廓較好的玉米種子，如圖4（a）所示進(jìn)行掃描，如圖4（b）所示，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)后采用CATIA軟件進(jìn)行逆向處理，如圖4（c）所示，得到種子顆粒輪廓模型，以輪廓模型作為顆粒模板，采用EDEM軟件自動(dòng)填充功能進(jìn)行填充后最終得到顆粒模型，如圖4（d）所示。

2.2.2 部件模型

利用CATIA軟件建立部件裝配模型，導(dǎo)入EDEM軟件進(jìn)行仿真。為更加貼合實(shí)際情況，方便設(shè)置轉(zhuǎn)速，采用簡(jiǎn)化的排種器進(jìn)行仿真，根據(jù)理想情況下的種子下落軌跡，排種器出口處設(shè)置導(dǎo)向嘴，導(dǎo)向嘴出口大小僅可一粒種子順利通過(guò)，內(nèi)壁相對(duì)地面垂直，使得種子通過(guò)導(dǎo)向嘴后，在重力作用下下落至導(dǎo)種管中，如圖5（a）所示。排種器與導(dǎo)種管的裝配關(guān)系如圖5（b）所示，導(dǎo)種嘴的出口與導(dǎo)種管的上部水平配合，理想狀態(tài)下種子出排種器后直接進(jìn)入導(dǎo)種管內(nèi)，沿導(dǎo)種管內(nèi)壁曲線滑下。

2.3 正交試驗(yàn)

DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用5因素3水平的BoxBehnken Design設(shè)計(jì)，共46組試驗(yàn)次數(shù)，根據(jù)46組組合建立46個(gè)導(dǎo)種管模型進(jìn)行仿真，以種子出口水平速度、種子粒距變異系數(shù)為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化求解。選取3個(gè)中心點(diǎn)對(duì)誤差進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表3所示。

基于Isight軟件RSM優(yōu)化模塊，建立5個(gè)參數(shù)與導(dǎo)種管水平速度間的二階回歸方程如式（12）所示。

v=

0.447+0.238α-0.127β-0.049h+

0.199R+0.082ω+0.073αω+0.058hω－

0.043Rω-0.033α2

（12）

同時(shí)建立5個(gè)參數(shù)與導(dǎo)種管株距變異系數(shù)間的二階回歸方程如式（13）所示。

CV=

6.18+1.31α-0.145β-0.238h-1.12R+

3.8ω-2.82αR+1.4αω-1.51hR+1.4h2+

1.7ω2

（13）

2.4 優(yōu)化求解及結(jié)果分析

根據(jù)正交試驗(yàn)所得的回歸方程，結(jié)合所需設(shè)計(jì)的2BMJ系列氣吸式精量播種機(jī)，在特定轉(zhuǎn)速范圍，種子在導(dǎo)種管出口處水平速度0.07～0.09 m/s時(shí)，種子下落后變異系數(shù)效果最好［2122］，種子變異系數(shù)<5%為目標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)求解，最終得到導(dǎo)種管主曲線的最佳參數(shù)組合為：導(dǎo)種管直線段與豎直方向的夾角α為11°，直線段高度h1為220 mm，曲線段弧線夾角β為25°，曲線段半徑R為685 mm。

采用最佳參數(shù)組合進(jìn)行導(dǎo)種管的仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，圖6（a）為無(wú)前進(jìn)速度下種子在導(dǎo)管中的運(yùn)動(dòng)軌跡，種子經(jīng)過(guò)導(dǎo)種管后向后方運(yùn)動(dòng)；圖6（b）為種子在排種過(guò)程中的水平速度變化，初始階段，種子在導(dǎo)輪中轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)地面的水平速度基本穩(wěn)定為拖拉機(jī)前進(jìn)速度，經(jīng)過(guò)導(dǎo)種嘴進(jìn)入導(dǎo)種管后，種子沿導(dǎo)種管內(nèi)壁下滑，種子相對(duì)導(dǎo)種管向后運(yùn)動(dòng)，在摩擦阻力的作用下，種子水平速度逐漸減少，到達(dá)導(dǎo)種管出口后趨近于零，仿真試驗(yàn)所得種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度為0.08 m/s；通過(guò)測(cè)量株距計(jì)算可得種子變異系數(shù)為3.25%，符合設(shè)計(jì)要求。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性及正交試驗(yàn)導(dǎo)種管主曲線設(shè)計(jì)的合理性，采用3D打印技術(shù)對(duì)導(dǎo)種管進(jìn)行加工，搭建排種器試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為鄭單958，純度>96%，凈度>90%，發(fā)芽率>90%，含水率>13.5％。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用氣吸式精量排種器，結(jié)合2BMJ系列播種單體及優(yōu)化所得的最佳主曲線參數(shù)設(shè)計(jì)導(dǎo)種管，采用CATIA軟件建立三維模型后，采用3D打印導(dǎo)種管進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。排種器試驗(yàn)平臺(tái)的搭建參照J(rèn)PS型試驗(yàn)臺(tái)，結(jié)合國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》，試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)如表4所示。

在臺(tái)架試驗(yàn)中，排種器保持固定，種床相對(duì)排種器運(yùn)動(dòng)，從而模擬播種機(jī)在田間的運(yùn)動(dòng)情況。如圖7所示，風(fēng)機(jī)提供負(fù)壓，調(diào)速電機(jī)提供排種盤轉(zhuǎn)速，調(diào)頻電機(jī)提供皮帶速度，種床上鋪一層粘膠，當(dāng)種子落至種床后被粘膠粘住，從而限制種子的彈跳，通過(guò)測(cè)量種間株距來(lái)對(duì)導(dǎo)種管的性能進(jìn)行分析。試驗(yàn)排種器采用32孔玉米排種盤，皮帶速度設(shè)置為10 km/h，考慮玉米株距采用20 cm進(jìn)行分析，可知排種盤轉(zhuǎn)速為26 r/min。

1.種子 2.種床 3.導(dǎo)種管 4.排種器 5.調(diào)速電機(jī)

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

參照國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》評(píng)估計(jì)算方法，以變異系數(shù)、合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)對(duì)導(dǎo)種管性能進(jìn)行評(píng)估。仿真試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果如圖8所示，仿真試驗(yàn)可得種子的變異系數(shù)為3.25%、合格指數(shù)為99.95%、漏播指數(shù)為0.04%、重播指數(shù)為0.01%；臺(tái)架試驗(yàn)可得種子變異系數(shù)為11.58%、合格指數(shù)為98.2%、漏播指數(shù)為0.83%、重播指數(shù)為0.97%；臺(tái)架試驗(yàn)所得結(jié)果與仿真試驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差，其原因是仿真試驗(yàn)環(huán)境較為理性，實(shí)際導(dǎo)輪中種子顆粒單一生成隨導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，重播漏播情況的發(fā)生只能通過(guò)種子在導(dǎo)種管內(nèi)的彈跳后產(chǎn)生。種子顆粒采用統(tǒng)一模型，導(dǎo)種管中彈跳軌跡隨機(jī)性減小，變異系數(shù)相對(duì)較低。針對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)，種子形狀差異較大，重播漏播的發(fā)生與氣室風(fēng)壓、排種器清種刀等部件的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，從臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果看，合格指數(shù)>95%，重播漏播指數(shù)<1%，變異系數(shù)<12%，表明導(dǎo)種管主曲線設(shè)計(jì)的合理性。

為進(jìn)一步驗(yàn)證導(dǎo)種管主曲線設(shè)計(jì)對(duì)播種前進(jìn)速度的適應(yīng)性，結(jié)合2BMJ系列氣吸式高速精量播種機(jī)，分別測(cè)試相對(duì)低速8 km/h及相對(duì)高速12 km/h前進(jìn)速度下種子的播種情況，試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)每組記錄500個(gè)進(jìn)行計(jì)算，臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表5所示。由表5可知，在皮帶速度為10 km/h時(shí)，變異系數(shù)相對(duì)較小，播種均勻性較好；在皮帶速度8 km/h、12 km/h下，變異系數(shù)有所提高，但相對(duì)誤差范圍為±6.6%，重播指數(shù)和漏播指數(shù)均<2%，合格指數(shù)均>96%，滿足國(guó)標(biāo)JB/T 10293—2013《單粒（精密）播種機(jī)技術(shù)條件》，表明了導(dǎo)種管主曲線的設(shè)計(jì)在不同轉(zhuǎn)速下的適應(yīng)性較好。

4 結(jié)論

1） 以零速投種理論為基礎(chǔ)，采用運(yùn)動(dòng)學(xué)能量守恒方程對(duì)導(dǎo)種管主曲線進(jìn)行分析，得到種子在導(dǎo)種管出口處的水平速度方程。基于Isight軟件的RSM優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)試驗(yàn)，結(jié)合所得導(dǎo)種管出口的水平速度方程，以株距變異系數(shù)、出口水平速度為響應(yīng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)主曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，得到導(dǎo)種管主曲線的最佳參數(shù)組合為：α=25°，β=11°，h1=200 mm，R=625 mm。

2） 根據(jù)所得最佳主曲線參數(shù)采用CATIA軟件建立三維模型并3D打印進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。仿真試驗(yàn)所得種子的變異系數(shù)為3.25%、合格指數(shù)為99.95%、漏播指數(shù)為0.04%、重播指數(shù)為0.01%；臺(tái)架試驗(yàn)所得種子變異系數(shù)為11.58%、合格指數(shù)為98.2%、漏播指數(shù)為0.83%、重播指數(shù)為0.97%；從臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果看，合格指數(shù)>95%，重播漏播指數(shù)<1%，變異系數(shù)<12%，表明了導(dǎo)種管主曲線設(shè)計(jì)的合理性。

3） 為進(jìn)一步驗(yàn)證導(dǎo)種管主曲線設(shè)計(jì)對(duì)播種前進(jìn)速度的適應(yīng)性，分別測(cè)試相對(duì)低速8 km/h及高速12 km/h下種子的播種情況，在皮帶速度為10 km/h時(shí)，變異系數(shù)相對(duì)較小，播種均勻性較好；在皮帶速度8 km/h、12 km/h下，變異系數(shù)有所提高，但相對(duì)誤差范圍為±6.6%，重播指數(shù)和漏播指數(shù)均<2%，合格指數(shù)均>96%，滿足國(guó)標(biāo)JB/T 10293—2013《單粒（精密）播種機(jī)技術(shù)條件》，驗(yàn)證了仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性，為玉米精量播種機(jī)導(dǎo)種管的研究設(shè)計(jì)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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