2 8 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 2年 D O I 1 0 1 3 7 3 3 j j c a m i s s n 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 2 0 2 0 0 5 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 李曉冉1 張銀平1 刁培松1 趙殿報(bào)1 王振偉2 1 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院 山東淄博 2 5 5 0 4 9 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 南京市 2 1 0 0 1 4 摘要 針對(duì)現(xiàn)有多行氣吸式排種器因共用氣室造成風(fēng)壓要求高 損失大的問題 設(shè)計(jì)一種單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排 種器 降低排種過程所需的風(fēng)壓值 減少風(fēng)壓損失 對(duì)排種盤 氣道盤 攪種裝置 清種器等關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 利用 J P S 1 2型排種器性能試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行排種性能試驗(yàn)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析 通過單因素試驗(yàn) 得到在負(fù)壓值1 2 k P a 排 種盤轉(zhuǎn)速1 5 2 5 r m i n 正壓值1 5 0 2 5 0 P a的范圍內(nèi)排種器性能較好 以負(fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速和正壓值為試驗(yàn)因素 以 最外圈合格指數(shù) 漏播指數(shù)和重播指數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行3因素3水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn) 建立各響應(yīng)指標(biāo)的回歸方程和響應(yīng) 曲面 結(jié)果表明 對(duì)合格指數(shù) 漏播指數(shù)和重播指數(shù)影響的主次順序?yàn)樨?fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速 正壓值 對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn) 驗(yàn)證 當(dāng)負(fù)壓值1 7 k P a 排種盤轉(zhuǎn)速1 9 r m i n 正壓值2 1 0 P a時(shí) 合格指數(shù)為9 6 4 3 漏播指數(shù)為1 6 3 重播指數(shù)為 1 9 4 滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求 關(guān)鍵詞 蔬菜 小粒徑種子 窄行密植 排種器 精量排種 單盤多行 中圖分類號(hào) S 2 2 3 2 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 2 0 2 0 0 2 8 0 9 李曉冉 張銀平 刁培松 趙殿報(bào) 王振偉 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2 0 2 2 4 3 2 2 8 3 6 L i X i a o r a n Z h a n g Y i n p i n g D i a o P e i s o n g Z h a o D i a n b a o W a n g Z h e n w e i D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f v e g e t a b l e p r e c i s i o n s e e d m e t e r i n g d e v i c e w i t h a s i n g l e p l a t e a n d m u l t i p l e r o w s w i t h i n d e p e n d e n t a i r w a y J J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n 2 0 2 2 4 3 2 2 8 3 6 收稿日期 2 0 2 1年1月7日 修回日期 2 0 2 1年1 2月2 5日 基金項(xiàng)目 山東省農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2 0 1 8 Y F 0 0 5 0 4 第一作者 李曉冉 女 1 9 9 5年生 山東德州人 碩士 研究方向?yàn)槭卟司懿シN技術(shù)與裝備 E m a i l l i x i a o r a n 8 2 9 1 6 3 c o m 通訊作者 張銀平 女 1 9 8 9年生 山東德州人 副教授 碩導(dǎo) 研究方向?yàn)楹底鬓r(nóng)業(yè)機(jī)械化體系及裝備 E m a i l z h a n g y i n p i n g 9 2 9 1 6 3 c o m 0 引言 我國(guó)蔬菜種植面積和產(chǎn)量居世界首位 種植方式 分為育苗移栽和種子直播兩種形式 1 其中果菜類蔬 菜主要采用育苗移栽的方式 而種植密度大 行距小的 葉菜類蔬菜主要采用種子直播的方式 蔬菜種子小而 輕且形狀不規(guī)則 如何實(shí)現(xiàn)精量排種仍是技術(shù)瓶頸 排種器是實(shí)現(xiàn)小粒蔬菜種子精量排種的核心部 件 2 氣力式排種器對(duì)種子形狀適應(yīng)性好 損傷小 且 排種精度和均勻性好 3 5 在蔬菜領(lǐng)域的研究應(yīng)用較 多 6 8 李明等 9 研制了氣力集排式油菜精量排種器 主要應(yīng)用于牽引式油菜直播機(jī) 對(duì)風(fēng)壓的要求比較高 張開興等 1 0 設(shè)計(jì)了變粒徑雙圓盤氣吸式蔬菜精量排 種器 可實(shí)現(xiàn)不同粒徑種子精量排種 但對(duì)較輕的蔬菜 種子靠種子自重落種易產(chǎn)生粘盤現(xiàn)象 叢錦玲等 1 1 設(shè) 計(jì)了正負(fù)氣壓組合式排種器 依靠負(fù)壓充種 在落種處 增加正壓 將種子吹落 解決了種子粘盤問題 顏秋艷 等 1 2 研制了氣力式一器雙行排種器 可實(shí)現(xiàn)兩行播 種 但兩個(gè)排種盤共用一個(gè)氣室 行距適應(yīng)性較差 氣 壓要求較高 上述研究在排種器結(jié)構(gòu)和型式上都有所創(chuàng)新 但 無(wú)論是單行還是多行排種器 氣室體積均較大 吸種氣 壓要求均較高 本研究針對(duì)現(xiàn)有單盤多行蔬菜精量排 種器存在氣壓損失大的問題 設(shè)計(jì)了單盤多行獨(dú)立氣 道式蔬菜精量排種器 創(chuàng)新設(shè)計(jì)氣道盤結(jié)構(gòu) 僅在與吸 種孔相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)通有正負(fù)壓 通過單因素試驗(yàn)和 正交組合試驗(yàn)對(duì)排種器性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究 確定了 排種器性能較優(yōu)時(shí)各影響因素取值范圍和較優(yōu)參數(shù)組 合 并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證 1 總體結(jié)構(gòu)與工作過程 單盤多行獨(dú)立氣道式排種器的結(jié)構(gòu)如圖1所示 主要由種箱 排種殼 攪種裝置 動(dòng)力盤 排種盤 氣道 盤 清種裝置等部分組成 第4 3卷 第2期 2 0 2 2年2月 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n V o l 4 3 N o 2 F e b 2 0 2 2 第2期李曉冉等 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)2 9 圖1 單盤多行獨(dú)立氣道式排種器結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 1 S t r u c t u r e d i a g r a m o f p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p r e s s u r e p r e c i s i o n s e e d e r 1 排種殼 2 氣道盤 3 排種盤 4 攪種裝置 5 清種器 6 分種器 7 種箱 工作時(shí) 風(fēng)機(jī)通過風(fēng)管與排種器外殼上的正壓 負(fù) 壓風(fēng)口相連接 通過獨(dú)立的氣道給排種盤不同行提供 穩(wěn)定的正負(fù)壓強(qiáng) 種箱內(nèi)的種子在充種區(qū)經(jīng)過高速攪 種裝置攪拌并在負(fù)壓的作用下被緊緊吸附在排種盤上 隨排種盤轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)到清種區(qū)由清種裝置刮去多余的 種子 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)經(jīng)導(dǎo)種條進(jìn)入卸種區(qū) 種子到達(dá)卸種 區(qū)后在重力 離心力和正壓力的作用下 落入下方的分 種器 實(shí)現(xiàn)多行播種作業(yè) 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 2 1 排種盤設(shè)計(jì) 1 排種盤直徑 排種盤是實(shí)現(xiàn)一器多行作業(yè)模 式的關(guān)鍵部件 其直徑?jīng)Q定了排種器體積 吸孔數(shù)量等 結(jié)構(gòu)參數(shù) 排種盤直徑過大 會(huì)造成排種器體積較大 同時(shí)工作所需負(fù)壓值也相應(yīng)增大 直徑過小 不能保證 一個(gè)排種盤可播多行的作業(yè)要求 綜合考慮播種速 度 排種器質(zhì)量及外形尺寸等因素 選取排種盤 圖2 直徑為2 3 5 m m 每圈吸種孔中心線之間間隔1 5 m m 最外圈吸種孔與排種盤邊緣間隔1 0 m m 圖2 排種盤結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 2 S t r u c t u r e o f s e e d m e t e r i n g t r a y 2 吸種孔數(shù)量 充種性能是體現(xiàn)排種器性能的 重要指標(biāo) 一般情況下 充種性能與充種時(shí)間成正比 當(dāng)確定作業(yè)速度和株距時(shí) 增加排種盤吸孔數(shù)量 可降 低排種盤線速度 從而延長(zhǎng)吸種過程中負(fù)壓的作用時(shí) 間 但隨著吸孔數(shù)量的增多 吸種負(fù)壓值也相應(yīng)增 加 1 3 因此要根據(jù)具體情況合理選擇吸種孔數(shù)量 吸 種孔數(shù)量與作業(yè)速度和株距的關(guān)系為 N 6 0vLn 1 1 式中 N 吸種孔數(shù)量 v 播種機(jī)作業(yè)速度 m s L 播種株距 m n 排種盤轉(zhuǎn)速 r m i n 地輪滑移率 取播種機(jī)作業(yè)速度v 0 9 m s 根據(jù)蔬菜種植農(nóng) 藝要求 株距范圍為0 0 2 0 1 m 取L 0 0 2 m 取 排種盤轉(zhuǎn)速n 3 0 r m i n 地輪滑移率 6 5 從而 確定排種盤每圈吸孔數(shù)量N 9 6 3 吸種孔直徑 吸種孔直徑是影響吸種負(fù)壓的 重要因素 吸種孔直徑增大 吸種所需負(fù)壓減小 吸種 孔直徑過大 容易產(chǎn)生重吸現(xiàn)象甚至將種子吸入負(fù)壓 氣室內(nèi) 因此吸孔直徑d要根據(jù)所播種子大小確定 即 d 0 6 4 0 6 6 b b為種子的平均寬度 以球型度較好的油菜 香菜種子為例 其平均粒徑 分別為1 6 m m 1 9 m m 故可以確定吸種孔直徑為 1 m m 1 2 m m 蔬菜種子類型多樣 因此可根據(jù)具體 蔬菜種子確定吸種孔直徑 設(shè)計(jì)適用于不同蔬菜種子 的系列排種盤 2 2 氣道盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 氣道盤是排種器的核心創(chuàng)新結(jié)構(gòu) 是實(shí)現(xiàn)氣室布 局的關(guān)鍵部件 現(xiàn)有的正負(fù)氣壓組合式排種器以整個(gè) 排種器腔體為氣室 在整個(gè)排種器內(nèi)部通有正負(fù)壓 僅 靠分離隔板實(shí)現(xiàn)正壓和負(fù)壓的分離 1 3 較難保證氣流 場(chǎng)的封閉性 需要較高的氣壓才能保證吸種穩(wěn)定性 本文設(shè)計(jì)的氣道盤將正負(fù)壓氣流場(chǎng)分布于氣道盤 正反兩面 既可以實(shí)現(xiàn)正 負(fù)壓的分離 又保證了3條 負(fù)壓氣道和正壓流場(chǎng)的獨(dú)立封閉性 僅在與3圈吸種 孔對(duì)應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)通有負(fù)壓 僅在落種處的3個(gè)孔 內(nèi)通有正壓 減少了能量損失 結(jié)構(gòu)如圖3所示 氣道盤正面開有3道環(huán)型凹槽 正面與排種盤緊 貼 形成封閉的負(fù)壓氣室 負(fù)壓僅與環(huán)形凹槽相通 用 于將種子吸附在排種盤上 3道凹槽分別對(duì)應(yīng)排種盤 的3圈吸種孔 減少了風(fēng)壓的損失 提高了風(fēng)壓的有效 利用率 環(huán)形凹槽中心線之間的距離與排種盤上3圈 吸種孔中心線距離一致為1 5 m m 凹槽寬度為1 0 m m 深度為5 m m 氣道盤背面開有正壓凹槽和3個(gè)正壓 通氣孔 與排種器外殼內(nèi)壁緊貼 形成正壓氣室并通有 正壓 用于在落種處吹掉種子和除雜 為了降低所需正 3 0 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 2年 壓 盡量減小正壓氣室體積 設(shè)計(jì)正壓凹槽厚度為 2 m m 正壓通氣孔直徑為3 m m 氣道盤直徑與排種 盤直徑一致為2 3 5 m m 總厚度為1 0 m m 正 負(fù)壓氣 流路線圖如圖4所示 深色為負(fù)壓 淺色為正壓 圖3 氣道盤結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 3 S t r u c t u r a l d i a g r a m o f a i r w a y d i s k 1 正壓通氣孔 2 正壓凹槽 3 負(fù)壓通氣凹槽 4 負(fù)壓環(huán)形凹槽 圖4 氣流路線圖 F i g 4 A i r f l o w r o u t e m a p 將設(shè)計(jì)的獨(dú)立氣道負(fù)壓氣室與傳統(tǒng)氣室結(jié)構(gòu)進(jìn)行 簡(jiǎn)化如圖5所示 由排種器的氣室結(jié)構(gòu)可以算出負(fù)壓 氣室體積 V 3 6 0 R1 2 R2 2 h 2 式中 氣壓區(qū)對(duì)應(yīng)的圓心角 R1 氣室外筒內(nèi)半徑 m m R2 氣室內(nèi)筒外半徑 m m h 氣室厚度 m m 環(huán)形負(fù)壓區(qū)的圓心角設(shè)計(jì)為2 6 0 計(jì)算可得傳統(tǒng) 負(fù)壓氣室體積V1 3 0 8 1 0 4 m 3 獨(dú)立負(fù)壓氣室體 積V2 7 5 9 1 0 5 m 3 獨(dú)立氣室的氣室體積不到傳 統(tǒng)氣室體積的1 3 在流量一定的情況下 氣室內(nèi)壓強(qiáng)與體積的關(guān)系 由克拉伯龍方程可得 pV n RT 3 式中 p 氣體壓強(qiáng) P a R 氣體常數(shù) T 氣體溫度 K n 氣體物質(zhì)的量 m o l 因此理想條件下 傳統(tǒng)氣室壓強(qiáng)p1與獨(dú)立氣道氣 室壓強(qiáng)p2的關(guān)系為 p1 p2 V2 V1 1 3 4 氣道盤的存在減少了壓力損失 降低了能耗 在相 同氣流條件下 有效吸種壓力更大 排種器的合格率 更高 a 傳統(tǒng)氣室 b 獨(dú)立氣室 圖5 氣室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 F i g 5 S t r u c t u r e d i a g r a m o f t h e a i r c h a m b e r 2 3 攪種裝置設(shè)計(jì) 攪種裝置是增加種子流動(dòng)性的重要部件 種子的 流動(dòng)性對(duì)吸種環(huán)節(jié)影響顯著 種子流動(dòng)性差 即使吸種 負(fù)壓增大 仍容易產(chǎn)生漏吸現(xiàn)象 現(xiàn)有排種器的攪種 裝置大多在排種盤上設(shè)計(jì)攪種撥片或攪種棒 隨排種 盤轉(zhuǎn)動(dòng)起到擾動(dòng)種子的作用 擾動(dòng)轉(zhuǎn)速一般與排種盤 轉(zhuǎn)速一致 攪種效果和區(qū)域有限 攪種部件材質(zhì)一般與 排種盤一致 容易傷種 1 4 本文設(shè)計(jì)的高速攪種裝置由大圓錐齒輪 小圓錐 齒輪 攪種軸和攪拌棒組成 其結(jié)構(gòu)如圖6所示 攪種 軸安裝在種箱底部 攪種棒在攪種軸上十字排列 大圓 錐齒輪隨排種盤一起轉(zhuǎn)動(dòng) 通過錐齒輪嚙合帶動(dòng)小齒 輪和攪種棒轉(zhuǎn)動(dòng) 大小錐齒輪的傳動(dòng)比為3 1 大圓 錐齒輪與排種盤轉(zhuǎn)速一致 小圓錐齒輪轉(zhuǎn)速即攪種速 度得到了提高 攪種棒貫穿整個(gè)種箱底部 攪種區(qū)域 變大 可以對(duì)整個(gè)充種區(qū)種子起到擾動(dòng)梳理作用 攪 種裝置材質(zhì)采用耐磨尼龍材質(zhì) 屬于柔性材質(zhì) 減小對(duì) 種子的損傷 高速攪種裝置的存在 對(duì)充種區(qū)種子起 到擾動(dòng) 梳理的作用 增加了種子的流動(dòng)性 提高了排 種器充種率 圖6 攪種裝置結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 6 S t r u c t u r e o f s e e d s t i r r i n g d e v i c e 2 4 動(dòng)力盤設(shè)計(jì) 動(dòng)力盤是排種盤和攪種裝置的動(dòng)力部件 現(xiàn)有排 種器的排種盤大多由排種軸帶動(dòng) 一方面不易形成獨(dú) 立封閉的氣室 影響排種效果 另一方面不易更換排種 盤 作業(yè)模式和品種適應(yīng)性較差 第2期李曉冉等 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)3 1 為了形成獨(dú)立封閉的正負(fù)壓氣室 且方便拆卸和 更換排種盤 設(shè)計(jì)由動(dòng)力盤帶動(dòng)排種盤轉(zhuǎn)動(dòng) 動(dòng)力盤結(jié) 構(gòu)如圖7所示 動(dòng)力盤與氣道盤和排種盤同軸安裝 氣道盤固定不動(dòng) 動(dòng)力盤外圓與氣道盤內(nèi)圓緊密結(jié)合 保證正壓流場(chǎng)的獨(dú)立密封性 排種盤表面與動(dòng)力盤和 氣道盤表面緊密貼合 保證負(fù)壓流場(chǎng)的獨(dú)立密封性 同時(shí)動(dòng)力盤上設(shè)計(jì)3個(gè)立柱與排種盤上的3個(gè)缺口相 配合 帶動(dòng)排種盤轉(zhuǎn)動(dòng) 在動(dòng)力盤內(nèi)部嵌入磁鐵柱 用 于吸附排種盤防止漏氣 圖7 動(dòng)力盤結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 7 S t r u c t u r e o f p o w e r p l a t e 2 5 清種器設(shè)計(jì) 清種器是降低重播率的必要部件 現(xiàn)有排種器的 清種裝置僅可以實(shí)現(xiàn)刮種角度間斷調(diào)節(jié) 由于蔬菜種 子形狀多樣 間斷調(diào)節(jié)刮種角度不能夠滿足蔬菜播種 作業(yè) 因此設(shè)計(jì)連續(xù)可調(diào)式清種裝置 結(jié)構(gòu)如圖8所 示 主要包括清種調(diào)節(jié)盤 清種調(diào)節(jié)尺及清種器 a 清種裝置模型 b 清種角度調(diào)節(jié) c 清種器結(jié)構(gòu) 圖8 清種器結(jié)構(gòu)示意圖 F i g 8 S t r u c t u r e o f s e e d c l e a n e r 1 清種調(diào)節(jié)盤 2 清種調(diào)節(jié)尺 3 清種器 清種調(diào)節(jié)盤與清種調(diào)節(jié)尺固定在排種器外殼上 清種調(diào)節(jié)盤外邊緣設(shè)計(jì)為偏心螺線 最小直徑為 5 5 m m 最大直徑為7 0 m m 清種器一端固定 另一 端與清種調(diào)節(jié)盤相切并可以沿清種調(diào)節(jié)盤邊緣滑動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié) 角度調(diào)節(jié)范圍為1 2 清種部分 采用鋸齒狀 為了不傷種 選用耐磨尼龍材質(zhì) 結(jié)構(gòu) 如圖8 c 所示 本文所設(shè)計(jì)的清種裝置可以連續(xù)調(diào)整不同蔬菜種 子的刮種角度 有效降低重播率 3 排種性能試驗(yàn) 3 1 試驗(yàn)條件與材料 為探究影響排種器性能的各因素影響規(guī)律 在山東 理工大學(xué)排種性能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了排種性能試驗(yàn) 試驗(yàn)在 J P S 1 2型排種器性能試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行 如圖9所示 圖9 JPS 12型排種器性能試驗(yàn)臺(tái) F i g 9 J P S 1 2 s e e d m e t e r i n g d e v i c e p e r f o r m a n c e t e s t b e d 試驗(yàn)選擇油菜種子為試驗(yàn)材料 并對(duì)其機(jī)械物理 特性進(jìn)行試驗(yàn)研究 數(shù)據(jù)如表1所示 表1 試驗(yàn)種子機(jī)械物理特性 T a b 1 M e c h a n i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t e s t s e e d s 機(jī)械 特性 平均粒 徑 m m 千粒 重 g 球型度 自然休 止角 滑動(dòng)摩 擦角 漂浮速度 m s 1 油菜1 6 3 9 9 5 6 2 3 0 6 1 8 6 7 2 3 2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析 3 2 1 吸種環(huán)節(jié)單因素試驗(yàn) 經(jīng)理論分析可知排種盤轉(zhuǎn)速 負(fù)壓值對(duì)吸種環(huán)節(jié) 的影響較大 1 4 為確定兩因素對(duì)內(nèi) 中 外3圈吸種孔 吸種性能的影響規(guī)律及差異 分別以3圈吸種孔處單 粒吸種率 漏吸率 重吸率為評(píng)價(jià)指標(biāo) 選用油菜種子 和1 m m孔徑排種盤進(jìn)行排種盤轉(zhuǎn)速和負(fù)壓?jiǎn)我蛩卦?驗(yàn) 試驗(yàn)過程中 用高速攝像頭拍攝記錄排種器工作 過程中種子的吸附狀況 在排種盤上做標(biāo)記 以圈為單 位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 每次試驗(yàn)取1 0組數(shù)據(jù) 求平均值進(jìn)行 記錄 1 負(fù)壓值 負(fù)壓值過小會(huì)造成種子吸附不上 負(fù) 壓值過大容易產(chǎn)生一孔多種的現(xiàn)象 1 5 1 7 負(fù)壓值越大 所需能耗越大 因此在滿足穩(wěn)定吸附的條件下應(yīng)盡量 降低能耗 1 0 經(jīng)預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 油菜種子在 2 0 0 P a時(shí) 既能被吸附 因此負(fù)壓?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)從 2 0 0 P a開始 以 4 0 0 P a間隔遞增7次 進(jìn)行該試驗(yàn)時(shí)排種盤轉(zhuǎn)速保持 在1 0 r m i n 試驗(yàn)結(jié)果如圖1 0所示 在負(fù)壓值低于 1 k P a時(shí) 排種盤在轉(zhuǎn)速較低的情況下 依然不能穩(wěn)定 3 2 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)2 0 2 2年 吸種 漏吸現(xiàn)象嚴(yán)重 當(dāng)負(fù)壓值大于2 2 k P a時(shí) 重吸 現(xiàn)象急劇增加 在1 2 k P a范圍內(nèi) 單粒吸種率較高 維持在9 5 以上 a 漏吸率 b 重吸率 c 單粒吸種率 圖10 負(fù)壓?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)結(jié)果 F i g 1 0 N e g a t i v e p r e s s u r e s i n g l e f a c t o r t e s t r e s u l t s 2 排種盤轉(zhuǎn)速 進(jìn)行轉(zhuǎn)速單因素試驗(yàn)時(shí)選擇在負(fù) 壓試驗(yàn)中效果較好的 2 k P a條件下進(jìn)行 從1 0 r m i n 開始 以5 r m i n間隔遞增7次 試驗(yàn)結(jié)果如圖1 1所 示 當(dāng)轉(zhuǎn)速低于2 0 r m i n時(shí) 由于排種盤轉(zhuǎn)速較低 型 孔與種子作用時(shí)間較長(zhǎng) 1 8 造成重吸現(xiàn)象嚴(yán)重 隨著 轉(zhuǎn)速的增加重吸現(xiàn)象逐漸減少趨于穩(wěn)定 漏吸率隨著 轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)階段線性增長(zhǎng) 在2 0 r m i n附近單 粒吸種率達(dá)到峰值 在9 5 以上 a 漏吸率 b 重吸率 c 單粒吸種率 圖11 排種盤轉(zhuǎn)速單因素試驗(yàn)結(jié)果 F i g 1 1 S i n g l e f a c t o r t e s t r e s u l t s o f t h e r o t a t i o n s p e e d o f t h e s e e d m e t e r i n g p l a t e 3 3圈吸種孔排種性能差異 由圖1 0 圖1 1觀察 可知 負(fù)壓和轉(zhuǎn)速對(duì)內(nèi)中外3圈排種性能影響趨勢(shì)大 致相同 區(qū)別在于外圈的單粒率和重吸率略低于內(nèi)圈 外圈漏吸率略高于內(nèi)圈 這是因?yàn)橄嗤瑮l件下 吸種 孔處線速度由內(nèi)到外依次增大 相應(yīng)的所受離心力也 依次增大 但3圈吸種孔附近壓力趨于恒定 從而造成 外圈漏吸率較大 重吸率較小 單粒率較小 排種性能 由內(nèi)到外略有減弱 3 2 2 落種環(huán)節(jié)正壓?jiǎn)我蛩卦囼?yàn) 正壓主要影響落種環(huán)節(jié) 正壓值過小 生菜 油麥 菜等披針狀種子無(wú)法控制其吸種形態(tài) 若針尖部分吸 入型孔強(qiáng)制落種容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象 正壓過大種子在 落種過程中與排種器壁碰撞損傷種子且影響落種軌 跡 因此正壓是保障排種均勻性的關(guān)鍵因素 對(duì)于正壓的研究 需要通過試驗(yàn)在理論范圍內(nèi)找 到種子主動(dòng)落種率達(dá)到9 0 以上的最低正壓 選擇 油菜種子和1 m m孔徑排種盤在落種環(huán)節(jié)進(jìn)行正壓?jiǎn)?因素試驗(yàn) 試驗(yàn)過程中 以主動(dòng)落種率作為評(píng)價(jià)指標(biāo) 設(shè)置排種盤轉(zhuǎn)速為1 5 r m i n 負(fù)壓值為1 5 k P a 用高 速攝像頭拍攝排種器落種區(qū)域 記錄工作過程中種子 的落種情況 在排種盤上做標(biāo)記 以圈為單位統(tǒng)計(jì)數(shù) 據(jù) 每次試驗(yàn)取1 0組數(shù)據(jù) 求平均值進(jìn)行記錄 結(jié)果如 表2所示 當(dāng)正壓達(dá)到1 5 0 P a時(shí) 主動(dòng)落種率就可以 達(dá)到9 0 以上 正壓力越大 主動(dòng)落種率越高 但當(dāng)正 壓力達(dá)到3 0 0 P a以上時(shí) 種子出現(xiàn)與排種器內(nèi)壁碰撞 的現(xiàn)象 因此正壓在1 5 0 2 5 0 P a范圍內(nèi)效果最好 表2 正壓?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)結(jié)果 T a b 2 P o s i t i v e p r e s s u r e s i n g l e f a c t o r t e s t r e s u l t s 正壓值 P a 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 主動(dòng)落種率 6 3 2 7 6 8 9 0 7 9 5 3 9 6 4 9 8 5 3 3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn) 3 3 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 經(jīng)單因素試驗(yàn)研究分析 在外圈種子性能指標(biāo)較 好時(shí) 內(nèi)圈種子亦可達(dá)到要求 因此選擇排種器性能較 好時(shí)的負(fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速 正壓值 以最外圈漏播指 數(shù)Y1 重播指數(shù)Y2 合格指數(shù)Y3為試驗(yàn)指標(biāo) 選擇油 菜種子和1 m m孔徑排種盤進(jìn)行三因素三水平二次回 歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn) 1 9 探究各個(gè)影響因素的顯著程 度和各因素交互作用對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響機(jī)制 建立各 評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸數(shù)學(xué)模型 并找到排種器性能較優(yōu)的 參數(shù)組合 試驗(yàn)中排種盤轉(zhuǎn)速范圍為1 5 2 5 r m i n 負(fù)壓值范圍為1 2 k P a 正壓值范圍為1 5 0 2 5 0 P a 因素編碼設(shè)計(jì)見表3 由排種器試驗(yàn)臺(tái)傳送帶上掉落 的種子帶獲得數(shù)據(jù) 每組試驗(yàn)重復(fù)5次取平均值作為 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)方案與結(jié)果見表4 第2期李曉冉等 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)3 3 表3 因素編碼 T a b 3 F a c t o r s a n d c o d i n g o f e x p e r i m e n t 編碼 因素 負(fù)壓值 A k P a 排種盤轉(zhuǎn)速 B r m i n 1 正壓 C P a 1 1 1 5 1 5 0 0 1 5 2 0 2 0 0 1 2 2 5 2 5 0 3 3 2 回歸模型建立與顯著性檢驗(yàn) 將正交試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)入D e s i g n E x p e r t軟件進(jìn)行數(shù) 據(jù)分析和回歸擬合 分別以各影響因素為自變量 建立 排種器漏播指數(shù) 重播指數(shù)和合格指數(shù)響應(yīng)函數(shù)Y1 Y2 Y3的回歸模型 各響應(yīng)函數(shù)的回歸模型如下 Y1 1 7 5 1 6 4A 1 2 2B 0 4 2C 0 4 3AB 0 0 3 7AC 0 1 1BC 0 7 6A2 0 8 2B2 0 9 8C2 5 Y2 1 9 8 0 6A 0 5 2B 0 1 6C 0 0 8 8AB 0 0 7A2 0 1 5B2 6 Y3 9 6 2 8 0 8 7A 0 6 9B 0 2 6C 0 5 2AB 0 0 1 5AC 0 0 8 2BC 0 8 3A2 0 9 7B2 1 0 2C2 7 各影響因素及其交互作用的方差分析結(jié)果如表5 所示 通過表5可知 漏播指數(shù) 重播指數(shù)和合格指數(shù) 的失擬項(xiàng)的顯著水平P值均大于0 0 5 說(shuō)明回歸模型 失擬不顯著 即在試驗(yàn)范圍內(nèi) 實(shí)際排種效果與各響應(yīng) 函數(shù)的回歸模型較為相符 2 0 另外 負(fù)壓值A(chǔ) 排種 盤轉(zhuǎn)速B和正壓值C對(duì)漏播指數(shù)Y1 重播指數(shù)Y2 合 格指數(shù)Y3影響的顯著水平P 0 0 1 說(shuō)明各影響因素 對(duì)響應(yīng)指標(biāo)的影響極顯著 表4 試驗(yàn)方案與結(jié)果 T a b 4 T e s t d e s i g n s c h e m e a n d r e s u l t s 試驗(yàn) 編號(hào) 因素評(píng)價(jià)指標(biāo) ABCY1 Y2 Y3 1 1 1 0 2 8 9 2 4 4 9 4 6 7 2 1 1 0 0 9 6 3 5 7 9 5 4 7 3 1 1 0 6 5 7 0 9 8 9 2 4 5 4 1 1 0 2 9 2 1 7 6 9 5 3 2 5 1 0 1 5 6 1 1 4 9 3 2 6 6 1 0 1 2 4 6 2 6 7 9 4 8 7 7 1 0 1 4 4 5 1 5 8 9 3 9 7 8 1 0 1 1 4 6 2 9 9 5 6 4 9 0 1 1 2 7 3 2 2 5 9 5 0 2 1 0 0 1 1 4 9 9 1 7 5 9 3 2 6 1 1 0 1 1 2 3 4 2 5 1 9 5 1 5 1 2 0 1 1 4 1 7 2 1 1 9 3 7 2 1 3 0 0 0 1 3 9 2 1 3 9 6 4 8 1 4 0 0 0 1 6 5 2 0 3 9 6 3 2 1 5 0 0 0 1 9 9 1 8 2 9 6 1 9 1 6 0 0 0 1 9 5 1 7 8 9 6 2 7 1 7 0 0 0 1 7 9 2 0 8 9 6 1 3 表5 回歸方程方差分析 T a b 5 A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f r e g r e s s i o n e q u a t i o n 方差 來(lái)源 漏播指數(shù)重播指數(shù)合格指數(shù) 平方和自由度FP平方和自由度FP平方和自由度FP 模型4 1 5 7 9 4 7 0 5 0 0 0 0 1 5 3 7 9 9 6 0 0 0 1 1 2 4 0 6 9 6 8 2 2 0 0 0 0 1 A1 7 1 4 1 1 7 4 5 7 0 0 0 0 1 2 8 3 1 3 0 4 0 0 0 0 3 6 0 4 1 1 5 4 0 5 0 0 0 0 1 B1 1 8 3 1 1 2 0 5 3 0 0 0 0 1 2 1 7 1 2 3 3 3 0 0 0 0 7 3 8 6 1 9 8 5 9 0 0 0 0 1 C1 4 1 1 1 4 3 7 0 0 0 6 8 0 2 1 1 2 2 3 0 1 6 6 0 5 4 1 1 3 6 7 0 0 0 7 7 AB0 7 4 1 7 5 3 0 0 2 8 7 0 0 3 1 1 0 3 3 0 5 7 9 1 1 0 7 1 2 7 3 3 0 0 0 1 2 AC0 0 0 5 6 1 0 0 5 7 0 8 1 7 7 1 0 0 0 0 9 1 0 0 2 3 0 8 8 3 8 BC0 0 4 6 1 0 4 7 0 5 1 4 7 1 0 0 2 7 1 0 6 9 0 4 3 2 1 A2 2 4 2 1 2 4 6 4 0 0 0 1 6 0 0 2 1 1 0 2 2 0 6 4 5 8 2 8 8 1 7 3 3 8 0 0 0 0 1 B2 2 8 5 1 2 9 0 5 0 0 0 1 0 0 9 9 1 1 0 6 0 3 2 7 6 3 9 9 1 1 0 1 9 2 0 0 0 0 1 C2 4 0 5 1 4 1 2 3 0 0 0 0 4 1 4 3 5 1 1 1 1 0 0 0 0 1 殘差0 6 9 7 0 9 3 1 0 0 2 7 7 失擬0 4 5 3 2 5 1 0 1 9 8 0 0 8 3 6 5 5 5 0 0 5 9 5 0 2 3 3 7 3 0 1 1 8 1 誤差0 2 4 4 0 1 4 0 0 7 2 4 總和4 2 2 6 1 6 6 3 0 1 6 2 4 3 4 1 6 由表5分析各因素及其交互因素對(duì)漏播指數(shù)的影 響可知 A B C A2 B2 C2的顯著水平P 0 0 1 對(duì)漏 播指數(shù)影響極顯著 AB的顯著水平P 0 5 對(duì)漏播 指數(shù)影響不顯著 同理對(duì)重播指數(shù)的影響 A和B的 顯著水平P 0 1 影響不顯著 對(duì)合格指數(shù)的影響 AC BC的 顯著水平P 0 0 5 影響不顯著 其余各項(xiàng)顯著水平 P 0 0 1 影響極顯著 對(duì)已經(jīng)建立的回歸模型剔除不顯著因素的回歸模 型方程為 Y1 1 7 5 1 4 6A 1 2 2B 0 4 2C 0 4 3AB 0 7 6A2 0 8 2B2 0 9 8C2 8 Y2 1 9 8 0 6A 0 5 2B 9 Y3 9 6 2 8 0 8 7A 0 6 9B 0 2 6C 0 5 2AB 0 8 3A2 0 9 7B2 1 0 2C2 1 0 分析回歸方程的回歸系數(shù)可知 影響漏播指數(shù) 合 格指數(shù)的因素主次順序?yàn)樨?fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速 正壓 值 對(duì)重播指數(shù)的影響 正壓值影響不顯著 其他兩因 素的主次順序?yàn)樨?fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速 3 3 3 試驗(yàn)因素影響效應(yīng)分析與最佳參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證 為了直觀地反映各影響因素對(duì)排種器性能的交互 作用 采用降維法將排種盤轉(zhuǎn)速 負(fù)壓值和正壓值中任 意一項(xiàng)調(diào)至零水平 2 1 繪制出其他兩因素的交互作用 對(duì)漏播指數(shù)和合格指數(shù)影響的響應(yīng)曲面圖 如圖1 2 圖1 3所示 a 轉(zhuǎn)速 負(fù)壓交互作用響應(yīng)曲面 b 正壓 負(fù)壓交互作用響應(yīng)曲面 c 正壓 轉(zhuǎn)速交互作用響應(yīng)曲面 圖12 交互因素對(duì)漏播指數(shù)的影響 F i g 1 2 E f f e c t s o f i n t e r a c t i v e f a c t o r s o n m i s s i n g i n d e x a 轉(zhuǎn)速 負(fù)壓交互作用響應(yīng)曲面 b 正壓 負(fù)壓交互作用響應(yīng)曲面 c 正壓 轉(zhuǎn)速交互作用響應(yīng)曲面 圖13 交互因素對(duì)合格指數(shù)的影響 F i g 1 3 E f f e c t s o f i n t e r a c t i v e f a c t o r s o n q u a l i f i e d i n d e x 由圖1 2 a 圖1 3 a 可知 正壓處于零水 平 2 0 0 P a 負(fù)壓一定時(shí) 隨著排種盤轉(zhuǎn)速的增加 漏 播指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì) 合格指數(shù)在轉(zhuǎn)速1 9 r m i n時(shí)出 現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)由緩慢上升變?yōu)橄陆第厔?shì) 排種盤轉(zhuǎn)速一定 時(shí) 隨著負(fù)壓值不斷增加 漏播指數(shù)呈下降趨勢(shì) 合格 指數(shù)在負(fù)壓1 7 k P a時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)由上升變?yōu)橄陆档?趨勢(shì) 由圖1 2 b 圖1 3 b 可知 排種盤轉(zhuǎn)速處于零水 平 2 0 r m i n 正壓一定時(shí) 隨著負(fù)壓的增加 合格指 數(shù)在負(fù)壓1 7 k P a出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)由上升變?yōu)榫徛陆?漏播指數(shù)先下降后保持穩(wěn)定 負(fù)壓一定時(shí) 隨著正壓的 增加 合格指數(shù)在正壓2 1 0 P a出現(xiàn)轉(zhuǎn)折呈現(xiàn)先上升后 下降的趨勢(shì) 漏播指數(shù)緩慢上升 由圖1 2 c 圖1 3 c 可知 負(fù)壓處于零水平 1 5 k P a 正壓一定時(shí) 隨著排種 盤轉(zhuǎn)速的增加 合格指數(shù)在轉(zhuǎn)速1 9 r m i n出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn) 由緩慢上升變?yōu)橄陆?漏播指數(shù)呈上升趨勢(shì) 排種盤轉(zhuǎn) 速一定時(shí) 隨著正壓的增加 合格指數(shù)呈現(xiàn)先小幅度上 升后下降的趨勢(shì) 合格指數(shù)在正壓值2 1 0 P a附近達(dá)到 峰值 漏播指數(shù)在正壓值2 1 0 P a附近出現(xiàn)拐點(diǎn)呈現(xiàn)先 小幅度下降后上升的趨勢(shì) 合格指數(shù)取最大值 漏播指數(shù)和重播指數(shù)取最小 值 在負(fù)壓值為1 2 k P a 排種盤轉(zhuǎn)速為1 5 2 5 r m i n 正壓值為1 5 0 2 5 0 P a范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化求解 得到排種 器較優(yōu)參數(shù)組合為 負(fù)壓值1 6 8 k P a 轉(zhuǎn)速1 9 1 5 r m i n 正壓值2 0 9 5 6 P a 此時(shí)合格指數(shù)為9 6 5 6 漏播指數(shù) 1 1 4 重播指數(shù)2 3 2 在排種器性能試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)優(yōu)化后的理論結(jié)果進(jìn)行 試驗(yàn)驗(yàn)證 將負(fù)壓值設(shè)置為1 7 k P a 轉(zhuǎn)速設(shè)置為 1 9 r m i n 正壓值設(shè)置為2 1 0 P a 試驗(yàn)重復(fù)5次 得到 合格指數(shù)平均值為9 6 4 3 漏播指數(shù)平均值為 1 6 3 重播指數(shù)平均值為1 9 4 試驗(yàn)結(jié)果與理論 結(jié)果基本相符 滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求 第2期李曉冉等 單盤多行獨(dú)立氣道式蔬菜精量排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)3 5 4 結(jié)論 針對(duì)傳統(tǒng)一器多行精量排種器窄行播種受限 風(fēng) 壓損失大的問題 設(shè)計(jì)了單盤多行獨(dú)立氣道式排種器 滿足蔬菜窄行密植作業(yè)要求 減少風(fēng)壓損失 提高蔬菜 精量排種質(zhì)量 1 對(duì)單盤多行獨(dú)立氣道式排種器排種盤 氣道 盤 攪種裝置 清種器等關(guān)鍵部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 排 種盤直徑2 3 5 m m 開有3圈吸種孔 每圈吸種孔個(gè)數(shù) 為9 6 設(shè)計(jì)高速攪種裝置 攪種轉(zhuǎn)速與排種盤轉(zhuǎn)速比 為3 1 增加了攪種轉(zhuǎn)速和攪種區(qū)域 有效降低漏播 率 設(shè)計(jì)氣道盤結(jié)構(gòu) 僅在氣道盤正面環(huán)形凹槽內(nèi)通 有負(fù)壓 負(fù)壓凹槽寬度為1 0 m m 深度為5 m m 僅在氣 道盤背面正壓通氣凹槽和正壓通氣孔內(nèi)通有正壓 正 壓凹槽深度為2 m m 2 通過分析負(fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn)速 正壓值對(duì)排種 器性能影響的單因素試驗(yàn) 得出各因素對(duì)排種性能指 標(biāo)的影響趨勢(shì)和各圈吸種孔性能差異 3圈吸種孔排 種性能由內(nèi)到外略有減弱 同時(shí)得到性能較好時(shí)各因 素的合理變化范圍 負(fù)壓值為1 2 k P a 排種盤轉(zhuǎn)速 1 5 2 5 r m i n 正壓值1 5 0 2 5 0 P a 3 選擇油菜種子進(jìn)行三因素三水平二次回歸旋 轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn) 建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸方程和響應(yīng) 曲面 確定影響因素的主次順序?yàn)?負(fù)壓值 排種盤轉(zhuǎn) 速 正壓值 對(duì)較優(yōu)參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證 負(fù)壓值 1 7 k P a 轉(zhuǎn)速1 9 r m i n 正壓值2 1 0 P a 此時(shí)合格指數(shù) 為9 6 4 3 漏播指數(shù)1 6 3 重播指數(shù)1 9 4 滿足 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求 參 考 文 獻(xiàn) 1 管春松 崔志超 高慶生 等 蔬菜精量直播技術(shù)及裝備的 研究現(xiàn)狀 J 中國(guó)蔬菜 2 0 1 8 1 2 9 1 5 2 張敏 吳崇友 張文毅 等 吸盤式水稻育秧播種器吸孔氣 流場(chǎng)仿真分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2 0 1 1 2 7 7 1 6 2 1 6 7 Z h a n g M i n W u C h o n g y o u Z h a n g W e n y i e t a l A i r f l o w f i e l d s i m u l a t i o n o n s u c t i o n n o z z l e o f c u p u l e t y p e d i s s e m i n a t o r f o r r i c e s e e d l i n g J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 1 2 7 7 1 6 2 1 6 7 3 王業(yè)成 靳亞東 羅嗣博 等 集排式大豆精量排種器設(shè)計(jì) 與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2 0 1 8 4 9 6 1 1 2 1 1 8 W a n g Y e c h e n g J i n Y a d o n g L u o S i b o e t a l D e s i g n a n d e x p e r i m e n t o f c e n t r a l i z e d p r e c i s i o n s o y b e a n s e e d m e t e r i n g d e v i c e J T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y f o r A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y 2 0 1 8 4 9 6 1 1 2 1 1 8 4 Y a z g i A D e g i r m e n c i o g l u A M e a s u r e m e n t o f s e e d s p a c i n g u n i f o r m i t y p e r f o r m a n c e o f a p r e c i s i o n m e t e r i n g u n i t a s f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f h o l e s o n v a c u u m p l a t e J M e a s u r e m e n t 2 0 1 4 5 6 1 0 1 2 8 1 3 5