单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验.pdf

2 8 中国农机化学报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 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验 李晓冉1 张银平1 刁培松1 赵殿报1 王振伟2 1 山东理工大学农业工程与食品科学学院 山东淄博 2 5 5 0 4 9 2 农业农村部南京农业机械化研究所 南京市 2 1 0 0 1 4 摘要 针对现有多行气吸式排种器因共用气室造成风压要求高 损失大的问题 设计一种单盘多行独立气道式蔬菜精量排 种器 降低排种过程所需的风压值 减少风压损失 对排种盘 气道盘 搅种装置 清种器等关键部件进行结构设计 利用 J P S 1 2型排种器性能试验台进行排种性能试验并对试验结果进行分析 通过单因素试验 得到在负压值1 2 k P a 排 种盘转速1 5 2 5 r m i n 正压值1 5 0 2 5 0 P a的范围内排种器性能较好 以负压值 排种盘转速和正压值为试验因素 以 最外圈合格指数 漏播指数和重播指数为指标进行3因素3水平正交旋转组合试验 建立各响应指标的回归方程和响应 曲面 结果表明 对合格指数 漏播指数和重播指数影响的主次顺序为负压值 排种盘转速 正压值 对优化结果进行试验 验证 当负压值1 7 k P a 排种盘转速1 9 r m i n 正压值2 1 0 P a时 合格指数为9 6 4 3 漏播指数为1 6 3 重播指数为 1 9 4 满足国家标准要求 关键词 蔬菜 小粒径种子 窄行密植 排种器 精量排种 单盘多行 中图分类号 S 2 2 3 2 6 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 5 5 3 2 0 2 2 0 2 0 0 2 8 0 9 李晓冉 张银平 刁培松 赵殿报 王振伟 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验 J 中国农机化学报 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 基金项目 山东省农机装备创新研发计划项目 2 0 1 8 Y F 0 0 5 0 4 第一作者 李晓冉 女 1 9 9 5年生 山东德州人 硕士 研究方向为蔬菜精密播种技术与装备 E m a i l l i x i a o r a n 8 2 9 1 6 3 c o m 通讯作者 张银平 女 1 9 8 9年生 山东德州人 副教授 硕导 研究方向为旱作农业机械化体系及装备 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 我国蔬菜种植面积和产量居世界首位 种植方式 分为育苗移栽和种子直播两种形式 1 其中果菜类蔬 菜主要采用育苗移栽的方式 而种植密度大 行距小的 叶菜类蔬菜主要采用种子直播的方式 蔬菜种子小而 轻且形状不规则 如何实现精量排种仍是技术瓶颈 排种器是实现小粒蔬菜种子精量排种的核心部 件 2 气力式排种器对种子形状适应性好 损伤小 且 排种精度和均匀性好 3 5 在蔬菜领域的研究应用较 多 6 8 李明等 9 研制了气力集排式油菜精量排种器 主要应用于牵引式油菜直播机 对风压的要求比较高 张开兴等 1 0 设计了变粒径双圆盘气吸式蔬菜精量排 种器 可实现不同粒径种子精量排种 但对较轻的蔬菜 种子靠种子自重落种易产生粘盘现象 丛锦玲等 1 1 设 计了正负气压组合式排种器 依靠负压充种 在落种处 增加正压 将种子吹落 解决了种子粘盘问题 颜秋艳 等 1 2 研制了气力式一器双行排种器 可实现两行播 种 但两个排种盘共用一个气室 行距适应性较差 气 压要求较高 上述研究在排种器结构和型式上都有所创新 但 无论是单行还是多行排种器 气室体积均较大 吸种气 压要求均较高 本研究针对现有单盘多行蔬菜精量排 种器存在气压损失大的问题 设计了单盘多行独立气 道式蔬菜精量排种器 创新设计气道盘结构 仅在与吸 种孔相对应的区域内通有正负压 通过单因素试验和 正交组合试验对排种器性能进行了试验研究 确定了 排种器性能较优时各影响因素取值范围和较优参数组 合 并进行了试验验证 1 总体结构与工作过程 单盘多行独立气道式排种器的结构如图1所示 主要由种箱 排种壳 搅种装置 动力盘 排种盘 气道 盘 清种装置等部分组成 第4 3卷 第2期 2 0 2 2年2月 中国农机化学报 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期李晓冉等 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验2 9 图1 单盘多行独立气道式排种器结构示意图 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 排种壳 2 气道盘 3 排种盘 4 搅种装置 5 清种器 6 分种器 7 种箱 工作时 风机通过风管与排种器外壳上的正压 负 压风口相连接 通过独立的气道给排种盘不同行提供 稳定的正负压强 种箱内的种子在充种区经过高速搅 种装置搅拌并在负压的作用下被紧紧吸附在排种盘上 随排种盘转动 转动到清种区由清种装置刮去多余的 种子 继续旋转经导种条进入卸种区 种子到达卸种 区后在重力 离心力和正压力的作用下 落入下方的分 种器 实现多行播种作业 2 关键部件设计 2 1 排种盘设计 1 排种盘直径 排种盘是实现一器多行作业模 式的关键部件 其直径决定了排种器体积 吸孔数量等 结构参数 排种盘直径过大 会造成排种器体积较大 同时工作所需负压值也相应增大 直径过小 不能保证 一个排种盘可播多行的作业要求 综合考虑播种速 度 排种器质量及外形尺寸等因素 选取排种盘 图2 直径为2 3 5 m m 每圈吸种孔中心线之间间隔1 5 m m 最外圈吸种孔与排种盘边缘间隔1 0 m m 图2 排种盘结构示意图 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 吸种孔数量 充种性能是体现排种器性能的 重要指标 一般情况下 充种性能与充种时间成正比 当确定作业速度和株距时 增加排种盘吸孔数量 可降 低排种盘线速度 从而延长吸种过程中负压的作用时 间 但随着吸孔数量的增多 吸种负压值也相应增 加 1 3 因此要根据具体情况合理选择吸种孔数量 吸 种孔数量与作业速度和株距的关系为 N 6 0vLn 1 1 式中 N 吸种孔数量 v 播种机作业速度 m s L 播种株距 m n 排种盘转速 r m i n 地轮滑移率 取播种机作业速度v 0 9 m s 根据蔬菜种植农 艺要求 株距范围为0 0 2 0 1 m 取L 0 0 2 m 取 排种盘转速n 3 0 r m i n 地轮滑移率 6 5 从而 确定排种盘每圈吸孔数量N 9 6 3 吸种孔直径 吸种孔直径是影响吸种负压的 重要因素 吸种孔直径增大 吸种所需负压减小 吸种 孔直径过大 容易产生重吸现象甚至将种子吸入负压 气室内 因此吸孔直径d要根据所播种子大小确定 即 d 0 6 4 0 6 6 b b为种子的平均宽度 以球型度较好的油菜 香菜种子为例 其平均粒径 分别为1 6 m m 1 9 m m 故可以确定吸种孔直径为 1 m m 1 2 m m 蔬菜种子类型多样 因此可根据具体 蔬菜种子确定吸种孔直径 设计适用于不同蔬菜种子 的系列排种盘 2 2 气道盘结构设计 气道盘是排种器的核心创新结构 是实现气室布 局的关键部件 现有的正负气压组合式排种器以整个 排种器腔体为气室 在整个排种器内部通有正负压 仅 靠分离隔板实现正压和负压的分离 1 3 较难保证气流 场的封闭性 需要较高的气压才能保证吸种稳定性 本文设计的气道盘将正负压气流场分布于气道盘 正反两面 既可以实现正 负压的分离 又保证了3条 负压气道和正压流场的独立封闭性 仅在与3圈吸种 孔对应的相应区域内通有负压 仅在落种处的3个孔 内通有正压 减少了能量损失 结构如图3所示 气道盘正面开有3道环型凹槽 正面与排种盘紧 贴 形成封闭的负压气室 负压仅与环形凹槽相通 用 于将种子吸附在排种盘上 3道凹槽分别对应排种盘 的3圈吸种孔 减少了风压的损失 提高了风压的有效 利用率 环形凹槽中心线之间的距离与排种盘上3圈 吸种孔中心线距离一致为1 5 m m 凹槽宽度为1 0 m m 深度为5 m m 气道盘背面开有正压凹槽和3个正压 通气孔 与排种器外壳内壁紧贴 形成正压气室并通有 正压 用于在落种处吹掉种子和除杂 为了降低所需正 3 0 中国农机化学报2 0 2 2年 压 尽量减小正压气室体积 设计正压凹槽厚度为 2 m m 正压通气孔直径为3 m m 气道盘直径与排种 盘直径一致为2 3 5 m m 总厚度为1 0 m m 正 负压气 流路线图如图4所示 深色为负压 浅色为正压 图3 气道盘结构示意图 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 正压通气孔 2 正压凹槽 3 负压通气凹槽 4 负压环形凹槽 图4 气流路线图 F i g 4 A i r f l o w r o u t e m a p 将设计的独立气道负压气室与传统气室结构进行 简化如图5所示 由排种器的气室结构可以算出负压 气室体积 V 3 6 0 R1 2 R2 2 h 2 式中 气压区对应的圆心角 R1 气室外筒内半径 m m R2 气室内筒外半径 m m h 气室厚度 m m 环形负压区的圆心角设计为2 6 0 计算可得传统 负压气室体积V1 3 0 8 1 0 4 m 3 独立负压气室体 积V2 7 5 9 1 0 5 m 3 独立气室的气室体积不到传 统气室体积的1 3 在流量一定的情况下 气室内压强与体积的关系 由克拉伯龙方程可得 pV n RT 3 式中 p 气体压强 P a R 气体常数 T 气体温度 K n 气体物质的量 m o l 因此理想条件下 传统气室压强p1与独立气道气 室压强p2的关系为 p1 p2 V2 V1 1 3 4 气道盘的存在减少了压力损失 降低了能耗 在相 同气流条件下 有效吸种压力更大 排种器的合格率 更高 a 传统气室 b 独立气室 图5 气室结构简图 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 搅种装置设计 搅种装置是增加种子流动性的重要部件 种子的 流动性对吸种环节影响显著 种子流动性差 即使吸种 负压增大 仍容易产生漏吸现象 现有排种器的搅种 装置大多在排种盘上设计搅种拨片或搅种棒 随排种 盘转动起到扰动种子的作用 扰动转速一般与排种盘 转速一致 搅种效果和区域有限 搅种部件材质一般与 排种盘一致 容易伤种 1 4 本文设计的高速搅种装置由大圆锥齿轮 小圆锥 齿轮 搅种轴和搅拌棒组成 其结构如图6所示 搅种 轴安装在种箱底部 搅种棒在搅种轴上十字排列 大圆 锥齿轮随排种盘一起转动 通过锥齿轮啮合带动小齿 轮和搅种棒转动 大小锥齿轮的传动比为3 1 大圆 锥齿轮与排种盘转速一致 小圆锥齿轮转速即搅种速 度得到了提高 搅种棒贯穿整个种箱底部 搅种区域 变大 可以对整个充种区种子起到扰动梳理作用 搅 种装置材质采用耐磨尼龙材质 属于柔性材质 减小对 种子的损伤 高速搅种装置的存在 对充种区种子起 到扰动 梳理的作用 增加了种子的流动性 提高了排 种器充种率 图6 搅种装置结构示意图 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 动力盘设计 动力盘是排种盘和搅种装置的动力部件 现有排 种器的排种盘大多由排种轴带动 一方面不易形成独 立封闭的气室 影响排种效果 另一方面不易更换排种 盘 作业模式和品种适应性较差 第2期李晓冉等 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验3 1 为了形成独立封闭的正负压气室 且方便拆卸和 更换排种盘 设计由动力盘带动排种盘转动 动力盘结 构如图7所示 动力盘与气道盘和排种盘同轴安装 气道盘固定不动 动力盘外圆与气道盘内圆紧密结合 保证正压流场的独立密封性 排种盘表面与动力盘和 气道盘表面紧密贴合 保证负压流场的独立密封性 同时动力盘上设计3个立柱与排种盘上的3个缺口相 配合 带动排种盘转动 在动力盘内部嵌入磁铁柱 用 于吸附排种盘防止漏气 图7 动力盘结构示意图 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 清种器设计 清种器是降低重播率的必要部件 现有排种器的 清种装置仅可以实现刮种角度间断调节 由于蔬菜种 子形状多样 间断调节刮种角度不能够满足蔬菜播种 作业 因此设计连续可调式清种装置 结构如图8所 示 主要包括清种调节盘 清种调节尺及清种器 a 清种装置模型 b 清种角度调节 c 清种器结构 图8 清种器结构示意图 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 清种调节盘 2 清种调节尺 3 清种器 清种调节盘与清种调节尺固定在排种器外壳上 清种调节盘外边缘设计为偏心螺线 最小直径为 5 5 m m 最大直径为7 0 m m 清种器一端固定 另一 端与清种调节盘相切并可以沿清种调节盘边缘滑动 从而实现角度调节 角度调节范围为1 2 清种部分 采用锯齿状 为了不伤种 选用耐磨尼龙材质 结构 如图8 c 所示 本文所设计的清种装置可以连续调整不同蔬菜种 子的刮种角度 有效降低重播率 3 排种性能试验 3 1 试验条件与材料 为探究影响排种器性能的各因素影响规律 在山东 理工大学排种性能实验室进行了排种性能试验 试验在 J P S 1 2型排种器性能试验台上进行 如图9所示 图9 JPS 12型排种器性能试验台 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 试验选择油菜种子为试验材料 并对其机械物理 特性进行试验研究 数据如表1所示 表1 试验种子机械物理特性 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 机械 特性 平均粒 径 m m 千粒 重 g 球型度 自然休 止角 滑动摩 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 单因素试验设计与分析 3 2 1 吸种环节单因素试验 经理论分析可知排种盘转速 负压值对吸种环节 的影响较大 1 4 为确定两因素对内 中 外3圈吸种孔 吸种性能的影响规律及差异 分别以3圈吸种孔处单 粒吸种率 漏吸率 重吸率为评价指标 选用油菜种子 和1 m m孔径排种盘进行排种盘转速和负压单因素试 验 试验过程中 用高速摄像头拍摄记录排种器工作 过程中种子的吸附状况 在排种盘上做标记 以圈为单 位统计数据 每次试验取1 0组数据 求平均值进行 记录 1 负压值 负压值过小会造成种子吸附不上 负 压值过大容易产生一孔多种的现象 1 5 1 7 负压值越大 所需能耗越大 因此在满足稳定吸附的条件下应尽量 降低能耗 1 0 经预试验发现 油菜种子在 2 0 0 P a时 既能被吸附 因此负压单因素试验从 2 0 0 P a开始 以 4 0 0 P a间隔递增7次 进行该试验时排种盘转速保持 在1 0 r m i n 试验结果如图1 0所示 在负压值低于 1 k P a时 排种盘在转速较低的情况下 依然不能稳定 3 2 中国农机化学报2 0 2 2年 吸种 漏吸现象严重 当负压值大于2 2 k P a时 重吸 现象急剧增加 在1 2 k P a范围内 单粒吸种率较高 维持在9 5 以上 a 漏吸率 b 重吸率 c 单粒吸种率 图10 负压单因素试验结果 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 排种盘转速 进行转速单因素试验时选择在负 压试验中效果较好的 2 k P a条件下进行 从1 0 r m i n 开始 以5 r m i n间隔递增7次 试验结果如图1 1所 示 当转速低于2 0 r m i n时 由于排种盘转速较低 型 孔与种子作用时间较长 1 8 造成重吸现象严重 随着 转速的增加重吸现象逐渐减少趋于稳定 漏吸率随着 转速的增加呈现阶段线性增长 在2 0 r m i n附近单 粒吸种率达到峰值 在9 5 以上 a 漏吸率 b 重吸率 c 单粒吸种率 图11 排种盘转速单因素试验结果 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圈吸种孔排种性能差异 由图1 0 图1 1观察 可知 负压和转速对内中外3圈排种性能影响趋势大 致相同 区别在于外圈的单粒率和重吸率略低于内圈 外圈漏吸率略高于内圈 这是因为相同条件下 吸种 孔处线速度由内到外依次增大 相应的所受离心力也 依次增大 但3圈吸种孔附近压力趋于恒定 从而造成 外圈漏吸率较大 重吸率较小 单粒率较小 排种性能 由内到外略有减弱 3 2 2 落种环节正压单因素试验 正压主要影响落种环节 正压值过小 生菜 油麦 菜等披针状种子无法控制其吸种形态 若针尖部分吸 入型孔强制落种容易产生堵塞现象 正压过大种子在 落种过程中与排种器壁碰撞损伤种子且影响落种轨 迹 因此正压是保障排种均匀性的关键因素 对于正压的研究 需要通过试验在理论范围内找 到种子主动落种率达到9 0 以上的最低正压 选择 油菜种子和1 m m孔径排种盘在落种环节进行正压单 因素试验 试验过程中 以主动落种率作为评价指标 设置排种盘转速为1 5 r m i n 负压值为1 5 k P a 用高 速摄像头拍摄排种器落种区域 记录工作过程中种子 的落种情况 在排种盘上做标记 以圈为单位统计数 据 每次试验取1 0组数据 求平均值进行记录 结果如 表2所示 当正压达到1 5 0 P a时 主动落种率就可以 达到9 0 以上 正压力越大 主动落种率越高 但当正 压力达到3 0 0 P a以上时 种子出现与排种器内壁碰撞 的现象 因此正压在1 5 0 2 5 0 P a范围内效果最好 表2 正压单因素试验结果 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 正压值 P a 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 主动落种率 6 3 2 7 6 8 9 0 7 9 5 3 9 6 4 9 8 5 3 3 二次回归正交旋转组合试验 3 3 1 试验设计 经单因素试验研究分析 在外圈种子性能指标较 好时 内圈种子亦可达到要求 因此选择排种器性能较 好时的负压值 排种盘转速 正压值 以最外圈漏播指 数Y1 重播指数Y2 合格指数Y3为试验指标 选择油 菜种子和1 m m孔径排种盘进行三因素三水平二次回 归正交旋转组合试验 1 9 探究各个影响因素的显著程 度和各因素交互作用对评价指标的影响机制 建立各 评价指标的回归数学模型 并找到排种器性能较优的 参数组合 试验中排种盘转速范围为1 5 2 5 r m i n 负压值范围为1 2 k P a 正压值范围为1 5 0 2 5 0 P a 因素编码设计见表3 由排种器试验台传送带上掉落 的种子带获得数据 每组试验重复5次取平均值作为 试验结果 试验方案与结果见表4 第2期李晓冉等 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验3 3 表3 因素编码 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 编码 因素 负压值 A k P a 排种盘转速 B r m i n 1 正压 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 回归模型建立与显著性检验 将正交试验结果导入D e s i g n E x p e r t软件进行数 据分析和回归拟合 分别以各影响因素为自变量 建立 排种器漏播指数 重播指数和合格指数响应函数Y1 Y2 Y3的回归模型 各响应函数的回归模型如下 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 各影响因素及其交互作用的方差分析结果如表5 所示 通过表5可知 漏播指数 重播指数和合格指数 的失拟项的显著水平P值均大于0 0 5 说明回归模型 失拟不显著 即在试验范围内 实际排种效果与各响应 函数的回归模型较为相符 2 0 另外 负压值A 排种 盘转速B和正压值C对漏播指数Y1 重播指数Y2 合 格指数Y3影响的显著水平P 0 0 1 说明各影响因素 对响应指标的影响极显著 表4 试验方案与结果 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 试验 编号 因素评价指标 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 回归方程方差分析 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 来源 漏播指数重播指数合格指数 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 残差0 6 9 7 0 9 3 1 0 0 2 7 7 失拟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 误差0 2 4 4 0 1 4 0 0 7 2 4 总和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对漏播指数的影 响可知 A B C A2 B2 C2的显著水平P 0 0 1 对漏 播指数影响极显著 AB的显著水平P 0 5 对漏播 指数影响不显著 同理对重播指数的影响 A和B的 显著水平P 0 1 影响不显著 对合格指数的影响 AC BC的 显著水平P 0 0 5 影响不显著 其余各项显著水平 P 0 0 1 影响极显著 对已经建立的回归模型剔除不显著因素的回归模 型方程为 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 分析回归方程的回归系数可知 影响漏播指数 合 格指数的因素主次顺序为负压值 排种盘转速 正压 值 对重播指数的影响 正压值影响不显著 其他两因 素的主次顺序为负压值 排种盘转速 3 3 3 试验因素影响效应分析与最佳参数优化验证 为了直观地反映各影响因素对排种器性能的交互 作用 采用降维法将排种盘转速 负压值和正压值中任 意一项调至零水平 2 1 绘制出其他两因素的交互作用 对漏播指数和合格指数影响的响应曲面图 如图1 2 图1 3所示 a 转速 负压交互作用响应曲面 b 正压 负压交互作用响应曲面 c 正压 转速交互作用响应曲面 图12 交互因素对漏播指数的影响 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 转速 负压交互作用响应曲面 b 正压 负压交互作用响应曲面 c 正压 转速交互作用响应曲面 图13 交互因素对合格指数的影响 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 由图1 2 a 图1 3 a 可知 正压处于零水 平 2 0 0 P a 负压一定时 随着排种盘转速的增加 漏 播指数呈现上升趋势 合格指数在转速1 9 r m i n时出 现转折点由缓慢上升变为下降趋势 排种盘转速一定 时 随着负压值不断增加 漏播指数呈下降趋势 合格 指数在负压1 7 k P a时出现转折点由上升变为下降的 趋势 由图1 2 b 图1 3 b 可知 排种盘转速处于零水 平 2 0 r m i n 正压一定时 随着负压的增加 合格指 数在负压1 7 k P a出现转折点由上升变为缓慢下降 漏播指数先下降后保持稳定 负压一定时 随着正压的 增加 合格指数在正压2 1 0 P a出现转折呈现先上升后 下降的趋势 漏播指数缓慢上升 由图1 2 c 图1 3 c 可知 负压处于零水平 1 5 k P a 正压一定时 随着排种 盘转速的增加 合格指数在转速1 9 r m i n出现转折点 由缓慢上升变为下降 漏播指数呈上升趋势 排种盘转 速一定时 随着正压的增加 合格指数呈现先小幅度上 升后下降的趋势 合格指数在正压值2 1 0 P a附近达到 峰值 漏播指数在正压值2 1 0 P a附近出现拐点呈现先 小幅度下降后上升的趋势 合格指数取最大值 漏播指数和重播指数取最小 值 在负压值为1 2 k P a 排种盘转速为1 5 2 5 r m i n 正压值为1 5 0 2 5 0 P a范围内进行优化求解 得到排种 器较优参数组合为 负压值1 6 8 k P a 转速1 9 1 5 r m i n 正压值2 0 9 5 6 P a 此时合格指数为9 6 5 6 漏播指数 1 1 4 重播指数2 3 2 在排种器性能试验台上对优化后的理论结果进行 试验验证 将负压值设置为1 7 k P a 转速设置为 1 9 r m i n 正压值设置为2 1 0 P a 试验重复5次 得到 合格指数平均值为9 6 4 3 漏播指数平均值为 1 6 3 重播指数平均值为1 9 4 试验结果与理论 结果基本相符 满足国家标准要求 第2期李晓冉等 单盘多行独立气道式蔬菜精量排种器设计与试验3 5 4 结论 针对传统一器多行精量排种器窄行播种受限 风 压损失大的问题 设计了单盘多行独立气道式排种器 满足蔬菜窄行密植作业要求 减少风压损失 提高蔬菜 精量排种质量 1 对单盘多行独立气道式排种器排种盘 气道 盘 搅种装置 清种器等关键部件进行了结构设计 排 种盘直径2 3 5 m m 开有3圈吸种孔 每圈吸种孔个数 为9 6 设计高速搅种装置 搅种转速与排种盘转速比 为3 1 增加了搅种转速和搅种区域 有效降低漏播 率 设计气道盘结构 仅在气道盘正面环形凹槽内通 有负压 负压凹槽宽度为1 0 m m 深度为5 m m 仅在气 道盘背面正压通气凹槽和正压通气孔内通有正压 正 压凹槽深度为2 m m 2 通过分析负压值 排种盘转速 正压值对排种 器性能影响的单因素试验 得出各因素对排种性能指 标的影响趋势和各圈吸种孔性能差异 3圈吸种孔排 种性能由内到外略有减弱 同时得到性能较好时各因 素的合理变化范围 负压值为1 2 k P a 排种盘转速 1 5 2 5 r m i n 正压值1 5 0 2 5 0 P a 3 选择油菜种子进行三因素三水平二次回归旋 转正交组合试验 建立了评价指标的回归方程和响应 曲面 确定影响因素的主次顺序为 负压值 排种盘转 速 正压值 对较优参数组合进行试验验证 负压值 1 7 k P a 转速1 9 r m i n 正压值2 1 0 P a 此时合格指数 为9 6 4 3 漏播指数1 6 3 重播指数1 9 4 满足 国家标准要求 参 考 文 献 1 管春松 崔志超 高庆生 等 蔬菜精量直播技术及装备的 研究现状 J 中国蔬菜 2 0 1 8 1 2 9 1 5 2 张敏 吴崇友 张文毅 等 吸盘式水稻育秧播种器吸孔气 流场仿真分析 J 农业工程学报 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 王业成 靳亚东 罗嗣博 等 集排式大豆精量排种器设计 与试验 J 农业机械学报 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