邵志威，陳 智，侯占峰，弭龍凱，仇 義

0 引 言

種子丸化包衣是冰草種子預(yù)處理的重要環(huán)節(jié)，可以有效預(yù)防病蟲害，提高播種效率和種子成活率[1-6]。20世紀(jì)40年代，美國(guó)首次提出了種子丸?；夹g(shù)，目前歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家90%以上的蔬菜種子均經(jīng)過(guò)丸?；幚韀2、7-12]。中國(guó)在種子丸化包衣方面發(fā)展相對(duì)落后，特別是輕小型冰草種子的丸?；略O(shè)備較少、種子丸粒化包衣基礎(chǔ)研究不足，機(jī)理探索不夠；所研發(fā)的種子丸?；略O(shè)備質(zhì)量不高，性能不穩(wěn)定，技術(shù)不完善；種子丸?；录庸すに嚶浜蟆⑼庑筒灰?guī)則、有籽率和單籽率低，丸粒化包衣品質(zhì)差異大；沒(méi)有形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)不夠規(guī)范，檢驗(yàn)缺少依據(jù)等[13-15]。

針對(duì)上述問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)了基于振動(dòng)力場(chǎng)作用下的BYW-400新型冰草種子振動(dòng)丸化包衣設(shè)備。并采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)冰草丸化運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行研究，進(jìn)一步揭示冰草種子丸化包衣機(jī)理。并對(duì)振動(dòng)引入后的物料流運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行理論分析與深入探討。其主要目的是掌握冰草種子在振動(dòng)作用下丸化包衣動(dòng)態(tài)過(guò)程，為提高輕小型冰草種子的丸?；缕焚|(zhì)提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)保障。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

BYW-400型冰草種子振動(dòng)丸化包衣機(jī)是由種子供料系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、丸粒化包衣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成（圖 1）。設(shè)計(jì)的冰草種子丸?；聶C(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 包衣機(jī)工作原理

工作時(shí)，種子和粉料經(jīng)提升機(jī)提升喂入到種子料斗10和粉料料斗14內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料口閥門實(shí)現(xiàn)種粉定量供給。通過(guò)高壓泵17將藥液泵送到噴頭7進(jìn)行霧化，此時(shí)種子經(jīng)過(guò)稱重盤11下落，在種子下落過(guò)程中與霧化的藥液進(jìn)行接觸，使藥液在種子表面成膜。成膜后的種子落入包衣鍋 5內(nèi)，此時(shí)將粉料噴灑到包衣鍋內(nèi)，包衣鍋在驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的帶動(dòng)下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)電動(dòng)激振器3通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)改變激振力的大小，將激振力施加在包衣鍋的主軸上，進(jìn)而將振動(dòng)傳遞給包衣鍋。在振動(dòng)的作用下，使粉料更加均勻、牢固的粘附在種子表面，增強(qiáng)包衣鍋內(nèi)種粉混合程度和種子單籽抗壓強(qiáng)度，有效提高種子的丸?；潞细衤屎蛦巫崖?。丸?；潞?，包衣鍋在傾角調(diào)整機(jī)構(gòu) 1帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將丸?；蟮姆N子倒出，完成整個(gè)加工過(guò)程。

圖1 BYW-400型冰草種子振動(dòng)丸化包衣機(jī)Fig.1 Vibrating pellet coating machine of BYW-400 type for wheatgrass seeds

表1 BYW-400型冰草種子振動(dòng)丸化包衣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of vibrating pellet coating machine of BYW-400 type for wheatgrass seeds

2 理論分析

2.1 冰草種子的描述

冰草又稱多花冰草、光穗冰草，形狀如梭形，生于干燥草地、山坡、丘陵以及沙地。冰草特別具備抗旱、耐寒、以及產(chǎn)子較多等特性，在放牧地補(bǔ)播和建立旱地人工草地當(dāng)中具有重要的作用。

粒度（也稱粒徑）是指顆粒的大小，量化后冰草種子的長(zhǎng)度、厚度、草芒長(zhǎng)度等物理參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)得如表2所示。

2.2 振動(dòng)模型的建立

丸?；碌钠焚|(zhì)主要取決于粉料與冰草種子間的混合度與黏結(jié)力。當(dāng)種子表面附著黏合劑時(shí)，種子與粉料之間的作用力遠(yuǎn)小于粘結(jié)力；當(dāng)粉料黏結(jié)在種子表面后，種子與粉料之間的作用更多是混合，混合均勻后開(kāi)始下一層的黏結(jié)，依次循環(huán)直到丸粒化包衣結(jié)束。

這時(shí)假設(shè)粉料與冰草種子之間的碰撞為小變形可恢復(fù)碰撞，即彈性球?qū)ΨN子表面的沖擊?？梢缘玫絾晤w粒沖擊種子表面的模型。

表2 冰草種子物理參數(shù)Table 2 Physical parameters of wheatgrass seeds

包衣厚度是衡量包衣效果的重要指標(biāo)，直接影響到丸?；|(zhì)量的好壞[16]。丸?；潞蟮姆N子粒形保持不變，質(zhì)量數(shù)倍增加，千粒質(zhì)量約為 23 g，粉料單側(cè)厚約為1 mm，丸?；路N子剖切圖如圖2所示。

圖2 丸化種子剖切圖Fig.2 Section map of pelleted seed

在討論接觸問(wèn)題時(shí)，一般假定：

1）接觸系統(tǒng)由2個(gè)相互接觸的物體組成，相互之間不發(fā)生剛體運(yùn)動(dòng)；

2）接觸物體的變形是小變形，接觸點(diǎn)可以預(yù)先確定，接觸或分離只在2物體可能接觸的相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行；

3）不考慮接觸面的介質(zhì)、不計(jì)動(dòng)摩擦影響；

4）將種子近似為橢圓形，質(zhì)量均勻分布；

5）將粉料顆粒近似為球體，大小均勻且質(zhì)量均布[17-18]。

圖3 粉料撞擊種子表面Fig.3 Powder impact on seed surface

將種子看作直徑無(wú)限大且沒(méi)有彈性的表面，此時(shí)丸化的粉料與種子便成為顆粒對(duì)粗糙表面的沖撞[19]。如圖3所示，設(shè)彈性球半徑為 R，并且以速度V去撞擊冰草種子，根據(jù)Hertz接觸理論，彈性球撞擊種子侵入深度為：

所以，可以得到壓力P為

式中λ為侵入深度，E1、V1以及E2、V2分別為彈性球和種子的彈性模量和泊松比。

根據(jù)牛頓第二定律可知

對(duì)算出的壓力P代入式（4）中，對(duì)λ作積分得

式中 V是彈性球撞擊種子的初始速度；當(dāng)達(dá)到最大的撞擊速度λ1時(shí)，d/dtλ=0。

由此得出：

此時(shí)最大載荷P1為

式中ρ為粉料顆粒的密度。

這時(shí)，增大沖撞力可以提高粉料流的湍流程度。而沖撞力可以表示為

式中 V1，V1′，V2，分別為碰撞前后種子與粉料的速度。m1為種子質(zhì)量，m2為粉料質(zhì)量。

由式（8）可以看出，沖撞力主要與速度差有關(guān)系。加工過(guò)程中，粉料會(huì)在振動(dòng)和滾動(dòng)的復(fù)合作用下沖擊冰草種子，冰草種子與粉料不斷接觸、碰撞、粘結(jié)。

振動(dòng)力的引入，增加了粉料與冰草種子之間的切向力，增加了種子與粉料之間的接觸機(jī)率。物料在高頻振動(dòng)下做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（正弦波），因此，可以得到物料的運(yùn)動(dòng)軌跡[20]：

式中 Z為物料在振動(dòng)方向的位移，m；A為振幅，m；f為振動(dòng)頻率，Hz。

因而物料的運(yùn)動(dòng)速度可以分為包衣鍋轉(zhuǎn)動(dòng)提供的速度V1和振動(dòng)提供速度V2。

由式(9)、(10)、(11)可知，添加振動(dòng)可以改變物料的運(yùn)動(dòng)速度。而由式（1）和（7）可以看出，粉料沖擊種子的深度和最大載荷主要由粉料顆粒半徑 R和沖擊速度V決定，在半徑一定的情況下，速度越大，粉料和種子之間的沖撞力就越大。因此，從以上公式可以得出：引入振動(dòng)，可以改變速度的大小，從而影響種子和粉料之間的切向力，影響其運(yùn)動(dòng)情況和丸?；缕焚|(zhì)。

當(dāng)沖撞力足夠大時(shí)，沖撞力大于粉料與種子之間的黏結(jié)力，原有結(jié)構(gòu)被破壞。所以，振動(dòng)強(qiáng)度不能無(wú)限大。

2.3 物料流流動(dòng)特性分析

假設(shè)粉料顆粒為球體，從而可以得到單個(gè)粉料顆粒所受合力（圖4）為：

式中ρs為粉料密度，g/cm3；sd為粉料半徑，為粉料加速度，m/s2；∑F為粉料所受合力，N。

圖4 單個(gè)粉料顆粒所受合力示意圖Fig.4 Schematic diagram of resultant force of single powder

正是由于這種復(fù)雜的合力運(yùn)動(dòng)，才實(shí)現(xiàn)了粉料和種子之間的揉搓作用，實(shí)現(xiàn)冰草種子丸?；隆Ｓ捎诜N子、粉料之間的摩擦、切削是湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，所以，分析粉料流在種子近表面之間的流動(dòng)特性很有必要，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，顆粒流應(yīng)為多相流。但是，當(dāng)物料顆粒是密堆積或者比間隙流體稠密得多的流體時(shí)，則間隙流體效應(yīng)可忽略不計(jì)。這種顆粒流的離散動(dòng)力學(xué)方法逐漸成為探索顆粒流問(wèn)題的有效工具[21-22]。

假設(shè)物料在種子表面的運(yùn)動(dòng)為理想光滑平面的湍流模型，流體在近壁處分為層流和湍流，其中層流衍生出湍流。從微觀來(lái)看，冰草種子表面實(shí)際上是凹凸不平的，而在垂直種子表面方向上，湍流邊界層分為湍流區(qū)、過(guò)渡區(qū)和黏性底層區(qū)。根據(jù)表面粗糙度的差異，還可以分成光滑區(qū)、完全粗糙區(qū)和過(guò)渡粗糙區(qū)。合理的流動(dòng)分區(qū)，促進(jìn)了湍流理論的發(fā)展，其中粗糙高度和黏性底層的厚度是湍流分區(qū)的重要因素[23]。

在湍流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，離種子表面越近，那么固體顆粒的流速就越小，相應(yīng)的由流速產(chǎn)生的切應(yīng)力也越小，但是流速梯度比較大，因此黏滯切應(yīng)力占了主要的地位，把這一區(qū)域定為層流狀態(tài)。即湍流區(qū)域并非全是湍流層，這一區(qū)域也稱為黏性底層區(qū)。因?yàn)榉N子表面受到黏性底層厚度δ、粗糙高度h和雷諾數(shù)（Re）的影響（圖5），可以分為3種狀態(tài)。

圖5 物料湍流層黏性底層Fig.5 Viscous sublayer of material turbulence layer

1）當(dāng)δ>h時(shí)，雷諾數(shù)（Re）比較小，黏性底層的厚度大于粗糙厚度，此時(shí)粗糙高度被黏性底層占領(lǐng)，粗糙面的影響便可以忽略不計(jì)，就像在光滑面上一樣，這時(shí)，湍流邊界層稱為光滑區(qū)。

2）當(dāng)δ

3）物料流受到的湍流阻力是由黏性和湍動(dòng)共同作用時(shí)，對(duì)應(yīng)的湍流邊界層稱為湍流過(guò)渡區(qū)。

據(jù)上述分析，只有雷諾數(shù)（Re）越大，粗糙高度 h越大，黏性底層厚度δ越小，物料流才易形成湍流流動(dòng)，而湍流摩擦主要是流體微團(tuán)的動(dòng)量輸送。因此，當(dāng)慣性力大于黏性力，之間的擾動(dòng)不能被消耗，雷諾數(shù)較大。而引入振動(dòng)可以增加慣性力。物料流的丸化過(guò)程就是在湍流流動(dòng)下進(jìn)行的，并且通過(guò)固體物料的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰草種子表面的切削，經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)冰草種子的丸?；逻^(guò)程。

2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)模型的建立

種子與粉料在包衣鍋內(nèi)隨包衣鍋的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，這時(shí)的固體顆粒就像流體一樣，稱顆粒的流態(tài)化[24]。如鍋體回轉(zhuǎn)速度過(guò)高，在離心力的作用下，鍋內(nèi)的丸化種子緊貼著包衣鍋的內(nèi)壁做圓周運(yùn)動(dòng)，丸化種子與包衣鍋內(nèi)壁不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，起不到揉搓與磨擦作用，從而失去丸化、拋光與圓整的作用[25]。如包衣鍋的轉(zhuǎn)動(dòng)速度太慢，則難以帶動(dòng)丸化的種子在包衣鍋內(nèi)形成翻滾，丸化種子在重力作用下僅在鍋體壁上滑動(dòng)下落。

假設(shè)條件：

1）將種子近似為橢圓形，質(zhì)量均勻分布；將粉料顆粒近似為球體，大小均勻且質(zhì)量均布。

2）忽略空氣阻力。

3）將種子視為質(zhì)點(diǎn)。

種子在包衣鍋中的狀態(tài)如圖6所示，其中V3為包衣鍋轉(zhuǎn)速，V4為種子的速度。取其中1粒種子受力分析（圖7）。由圓周運(yùn)動(dòng)公式知：

圖6 冰草種子在包衣鍋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖Fig.6 Movement diagram of grass seed in coating pot

存在以下2種情況：

1）摩擦力小，即V4=0時(shí)，物料不能旋轉(zhuǎn)。

2）摩擦力大，即0

圖7 種子純轉(zhuǎn)動(dòng)的受力情況Fig.7 Force situation of pure rotation of seeds

包衣鍋的鍋體傾斜角度可由傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整。但鍋體的傾斜角度不得小于物料的自然休止腳，否則物料將貼在鍋面上并隨其一同轉(zhuǎn)動(dòng)而失去揉搓、摩擦作用。傾斜角度的大小影響到物料在鍋面上的停留時(shí)間，傾角小，物料在鍋面上停留的時(shí)間越久，滾搓出來(lái)的丸化種子越實(shí)越密，但生產(chǎn)率將會(huì)有所下降。因此，應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，兼顧生產(chǎn)效率的提高，來(lái)合理選擇傾角的大小，才能使丸化種子在鍋內(nèi)混合均勻[26]。

如圖8所示，在A狀態(tài)時(shí)，顆粒充滿包衣鍋底部，種子與粉料在鍋底滑動(dòng)，并無(wú)滾動(dòng)現(xiàn)象，包衣效果不佳；在B狀態(tài)時(shí)，種子在中間位置轉(zhuǎn)動(dòng)，種子和物料被撥至半鍋底位置后滾動(dòng)下落，物料在滾筒內(nèi)并不做圓周運(yùn)動(dòng)，而是做類似橢圓運(yùn)動(dòng)，包衣效果較好[1]；在C狀態(tài)時(shí)，種子在鍋底轉(zhuǎn)動(dòng)，包衣效果不佳。

圖8 種子在不同傾斜角度的包衣鍋內(nèi)分布情況Fig.8 Distribution of seeds in coating pot with different angles

3 仿真分析

選定包衣機(jī)轉(zhuǎn)速的大約為40 r/min[27]，通過(guò)預(yù)試驗(yàn)確定包衣鍋傾斜角度為30°~60°（包衣鍋鍋口平面與水平面之間的夾角）；振動(dòng)強(qiáng)度為21%時(shí)，種子在粉料中“蠕動(dòng)”效果較好。對(duì)包衣機(jī)的有無(wú)振動(dòng)、包衣鍋傾斜角度及種子和物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在EDEM軟件中進(jìn)行仿真，遵循無(wú)滑動(dòng)接觸模型。顆粒的仿真參數(shù)如表2所示。利用Pro/E軟件建立種子丸粒化包衣鍋模型，進(jìn)行以下模擬仿真。

3.1 有振動(dòng)對(duì)種子丸化效果的影響

將包衣鍋模型導(dǎo)進(jìn)EDEM軟件中，設(shè)定種子和粉料進(jìn)入的路徑、顆粒工廠（用于生成粉料、種子顆粒）、種子和粉料顆粒的大小、形狀以及個(gè)數(shù)等（圖 9），采用 9個(gè)球代替冰草種子，粉料顆粒近似為圓球[28-29]）。第一次仿真時(shí)間為10 s，包衣鍋轉(zhuǎn)動(dòng)速度為45 r/min，傾斜角度為45°，無(wú)振動(dòng)。設(shè)定采集記錄間隔為0.04 s，仿真結(jié)果如圖10所示，對(duì)混合結(jié)果進(jìn)行物料混合度分析。首先對(duì)混合后的直觀觀察，可以看出混合程度較低，并且部分同種類的顆粒未分開(kāi)；其次對(duì)混合度采用具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析。采用EDEM中selection功能中的Grid Bin Group模塊，對(duì)種子和粉料的混合區(qū)間按空間進(jìn)行分成1728（x方向12份，y方向12份，z方向12份）個(gè)小塊，調(diào)整小塊的大小，使混合的粉料大部分在這1728個(gè)塊中（如圖11）。分析每個(gè)模塊中顆粒數(shù)量的分布情況，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出Excel表格中，在Excel中對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到種子A和粉料B在不同小格子里的顆粒個(gè)數(shù)，用每個(gè)格子里的混合度（粉料的質(zhì)量/粉料和種子的質(zhì)量和）與最佳混合度（粉料總量/顆粒總量）作商，得到的結(jié)果越接近1，證明混合效果越好。得到的分析結(jié)果如圖12所示。

圖9 包衣鍋及冰草種子仿真模型Fig.9 Simulation model of coating pot and wheatgrass seeds

圖10 無(wú)振動(dòng)包衣鍋傾斜45°時(shí)種粉混合圖Fig.10 Mixing diagram of seed and powder without vibration,when the inclination angle of coating pot is 45°

圖11 物料混合的Grid Bin GroupFig.11 Grid Bin Group for material blending

圖12 有無(wú)振動(dòng)的混合效果對(duì)比Fig.12 Mixing effect with vibration and without vibration

第二次仿真振動(dòng)強(qiáng)度為21%，其余參數(shù)設(shè)置不變，對(duì)得到的結(jié)果同樣進(jìn)行以上混合度分析?？梢缘弥胝駝?dòng)的每個(gè)小格子混合度在 1附近的數(shù)量遠(yuǎn)大于未引入振動(dòng)的，驗(yàn)證了引入振動(dòng)可以增加種粉間的混合度，提高丸?；碌钠焚|(zhì)。圖13為振動(dòng)強(qiáng)度21%和無(wú)振動(dòng)時(shí)的對(duì)照，圖3a、3b表示粉料顆粒的Grid Bin均勻分布情況，取其中 1種顆粒分析，暖色調(diào)說(shuō)明顆粒數(shù)量多，冷色調(diào)說(shuō)明顆粒數(shù)量少，顆粒均布時(shí)則為中間色。

圖13 種粉的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)照?qǐng)DFig.13 Contrast chart of movement state of seed and powder

3.2 傾斜角度對(duì)丸化的影響

對(duì)包衣鍋模型添加振動(dòng)，保持包衣鍋轉(zhuǎn)速40r/min不變，改變傾斜角度，仿真時(shí)間為10 s，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行混合度分析。當(dāng)包衣鍋傾斜角度為30°時(shí)，如圖14a所示，包衣鍋傾斜角度為45°時(shí)，如圖14b所示，包衣鍋傾斜角度為60°時(shí)，如圖14c所示?？梢郧宄赜^察出45°時(shí)混合效果最好。

在轉(zhuǎn)速為40 r/min、振動(dòng)強(qiáng)度為21%（振動(dòng)加速度約9 m2/s），對(duì)包衣鍋中5246號(hào)、8462號(hào)、10520號(hào)種子和12452號(hào)、12988號(hào)、18482號(hào)物料進(jìn)行標(biāo)記，得到種子和粉料在包衣鍋中的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖15）。該軌跡體現(xiàn)出種子和粉料在包衣鍋的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即在包衣鍋內(nèi)隨包衣鍋的轉(zhuǎn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，相互接觸揉搓，充分混合。

圖14 不同包衣鍋傾角下種粉的混合狀態(tài)對(duì)照Fig.14 Mixed state contrast of seed and powder under different inclination angle of coating pot

圖15 粉料和種子的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.15 Trajectory of powder and seed

4 振動(dòng)試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 振動(dòng)單因素試驗(yàn)

以轉(zhuǎn)速48.6 r/min、傾斜角度40.3°為不變因素，改變振動(dòng)強(qiáng)度做單因素對(duì)照試驗(yàn)（振動(dòng)強(qiáng)度為振動(dòng)加速度與重力加速度的比值，可以表示振動(dòng)速度快慢，即沖撞力的大?。?，分別對(duì)有無(wú)振動(dòng)及不同的振動(dòng)頻率作對(duì)照試驗(yàn)，共分為6組，每組作3次重復(fù)試驗(yàn)取平均值，以丸化合格率、有籽率、單籽率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：按照要求進(jìn)行丸?；?，完成 1次包衣過(guò)程后，從每份試驗(yàn)樣品中分別取出 200粒包衣后的冰草種子，采用 5倍放大鏡觀察每粒試樣，根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)局推薦標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7730—2011，以粉料包敷在冰草種子上的面積大于80%且質(zhì)量約為原來(lái)7~10倍的冰草種子認(rèn)定為丸化合格，按照下式計(jì)算丸化合格率

式中J為丸化合格率（%），hZ為種衣劑包敷冰草面積大于80%且質(zhì)量約為原來(lái)7~10倍的冰草粒數(shù)（粒），bZ為丸化不合格冰草數(shù)（粒）[30]。

4.2 試驗(yàn)分析

分別記錄 6組不同振動(dòng)強(qiáng)度的丸化率、單籽率以及有籽率，每組分成3次試驗(yàn)并計(jì)算平均值。由圖16a可知，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度為21%時(shí)，丸化率89.5%，而無(wú)振動(dòng)時(shí)，無(wú)論是丸化率還是單籽率都達(dá)不到要求。因此，可以清楚地看出引入振動(dòng)對(duì)丸化品質(zhì)影響明顯。而振動(dòng)強(qiáng)度大于21%時(shí)，丸化合格率和單籽率均急速下降，對(duì)此，對(duì)同一批次種子首先進(jìn)行了振動(dòng)強(qiáng)度為 21%的試驗(yàn)，然后將振動(dòng)強(qiáng)度增加到25%，試驗(yàn)結(jié)果可以清楚地看出，增加振動(dòng)強(qiáng)度后，丸化種子被嚴(yán)重破壞。由圖16b可以看出，包衣鍋傾角為40°~50°之間時(shí)，單籽率和丸化合格率較高。

圖16 振動(dòng)強(qiáng)度和傾斜角度對(duì)照試驗(yàn)分析Fig.16 Analysis of contrast test for vibration intersity and inclination angle

5 討 論

在EDEM中，模擬振動(dòng)強(qiáng)度為21%和無(wú)振動(dòng)下模擬運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其混合度進(jìn)行了分析，從圖16中可以清楚地看出施加振動(dòng)的作用，與理論公式計(jì)算和振動(dòng)單因素對(duì)照試驗(yàn)得到的結(jié)果一致，足以證明合理地引入振動(dòng)，可以有效地提高種子和粉料之間的切向力，增加粉料與種子的流動(dòng)混亂程度，從而改變物料運(yùn)動(dòng)情況，有利于粉料流與種子之間的充分接觸、混合，影響丸?；缕焚|(zhì)。

同理，對(duì)傾斜角度的理論分析及相應(yīng)的EDEM軟件的仿真驗(yàn)證，得到轉(zhuǎn)速、傾斜角度也可以影響丸化的質(zhì)量，當(dāng)轉(zhuǎn)速為40 r/min，傾斜角度為45°時(shí)，從模擬軌跡中可以看出，種子和粉料運(yùn)動(dòng)至包衣鍋的中間以上位置下落，循環(huán)進(jìn)行。此時(shí)混合效果最好，相應(yīng)的丸化合格率也最好，達(dá)到89.7%。

6 結(jié) 論

1）由振動(dòng)模型可知，種子和粉料的碰撞深度、種粉間的最大載荷可以影響丸化成型質(zhì)量，而振動(dòng)的引入，可以改變速度的大小，影響種粉間的運(yùn)動(dòng)情況和丸?；缕焚|(zhì)。

2）對(duì)物料流流動(dòng)特性分析可知，引入振動(dòng)可以增加慣性力，增大雷諾數(shù)，從而可以提高湍流流動(dòng)性，提高顆粒間的運(yùn)動(dòng)不規(guī)則程度，提高種子丸粒化包衣合格率。

3）EDEM的模擬仿真及丸粒化包衣單因素對(duì)照試驗(yàn)驗(yàn)證了振動(dòng)和傾角的重要性，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度為 21%，傾斜角度約為45°時(shí)，丸化合格率達(dá)89.5%。

[1] 孫 正，李樹(shù)君，苑嚴(yán)偉，等. 番茄種子包衣丸?；b置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2017，39(6)：162－169.Sun Zheng, Li Shujun, Yuan Yanwei, et al. Design and experiment of tomato seed coating pelleting device [J].research of agricultural mechanization, 2017, 39(6): 162－169. (in Chinese with English abstract)

[2] J·舍夫勒, B·M·洛茨，T·里格爾，等. 丸?；姆N子：德國(guó)，CN105263308A[P]. 2016-01-20 J Schaeffler, B - M - Lotts, T Riegel, L Al Chapman. Pelleted seeds: Germany, CN105263308A[P]. 2016-01-20.

[3] 王海鷗，胡志超，田立佳，等. 種子丸化技術(shù)及其研究與應(yīng)用概況[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2006 (10)：48－50.Wang Haiou, Hu Zhichao, Tian Lijia, et al. A survey of seed pelleting technology and its research and application [J].Modern Agricultural Equipment, 2006(10): 48－50. (in Chinese with English abstract)

[4] 郭恩華. 5BW50系列種子包衣／丸化設(shè)備的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)·農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)，2010(2)：34－36.Guo Enhua. 5BW50 series of seed coating/pelleting equipment[J]. Agricultural Engineering Technology (Agro Processing Industry), 2010(2): 34－36. (in Chinese with English abstract)

[5] 王長(zhǎng)征，任余艷. 種子包衣丸化處理對(duì)鄂爾多斯地區(qū)飛播成效的影響[J]. 種子，2014，33(6): 93－95.

[6] Pradeep Korishettar, S. N. Vasudevan, N. M. Shakuntala.Seed polymer coating with Zn and Fe nanoparticles: An innovative seed quality enhancement technique in pigeonpea[J].Journal of Applied and Natural Science, 2016, 8(1): 445－450.

[7] 孫正. 番茄種子包衣丸化關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開(kāi)發(fā)[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，2016.Sun Zheng. Key Technology Research and Equipment Development of Tomato Seed Coating Pelleting [D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences,2016. (in Chinese with English abstract)

[8] 程廣宇，陳 云，付斌軍，等. 新疆種子丸粒化技術(shù)發(fā)展探析[J]. 新疆農(nóng)墾科技，2015(7)：55－56.Cheng Guangyu, Chen Yun, Fu Binjun, et al. Analysis of the development of granulation technology of seed pills in Xinjiang [J]. Xinjiang Nongken Science and Technology,2015(7): 55－56. (in Chinese with English abstract)

[9] 宋寶安，徐維明，黎世澤，等. 一種油菜種子分層丸?；庸し椒ǎ嘿F州，CN103947334A[P]. 2014-07-30.Song Baoan, Xu Weiming, Li Shize, et al. A hierarchical seed pelletization method: Guizhou, CN103947334A[P].2014-07-30. (in Chinese with English abstract)

[10] 李少杰. 種子包衣機(jī)械研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 農(nóng)機(jī)使用與維修，2013(10)：99－100.Li Shaojie. Current situation and progress of seed coating machinery [J]. agricultural machinery usage and maintenance,2013(10): 99－100. (in Chinese with English abstract)

[11] 單松波，程 杰. 現(xiàn)代包衣機(jī)的性能及結(jié)構(gòu)[J]. 黑龍江醫(yī)藥，2013，26(2)：269－270.Shan Songbo, Cheng Jie. Performance and structure of modern coating machine [J]. Heilongjiang Medicine, 2013,26(2): 269－270. (in Chinese with English abstract)

[12] 吳 峰，張會(huì)娟，謝煥雄，等. 我國(guó)種子包衣機(jī)概況與發(fā)展思考[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2017(10): 116－120.

[13] Liqiang Su, Jiaguo Li, Hua Xue, et al. Super absorbent polymer seed coatings promote seed germination and seedling growth of Caragana korshinskii in drought [J].Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine &Biotechnology), 2017, 18(8): 696－706.

[14] 孫永國(guó)，紀(jì)培國(guó)，趙新輝，等. 新型種子包衣機(jī)靜電霧化裝置的研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2017，19(5)：80－85.Sun Yongguo, Ji Peiguo, Zhao Xinhui, et al. Research of new seed coating machine electrostatic atomization device [J].China Agricultural Science and Technology Review, 2017,19(5): 80－85. (in Chinese with English abstract)

[15] 黃 維，史云建. 5BW50-100型智能種子包衣機(jī)[J]. 科技風(fēng)，2017(6)：25.Huang Wei, Shi Yunjian. 5BW50-100 intelligent seed coating machine [J]. the History of Science and Technology,2017(6): 25. (in Chinese with English abstract)

[16] 張 庭. 種子包衣機(jī)用靜電霧化裝置的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2016.Ting Zhang. Study on Electrostatic Atomizing Device for Seed Coating Machine [D]. Harbin: Harbin University of Science and Technology, 2016. (in Chinese with English abstract)

[17] 郭 曄，吳佳曄，黃 新. 基于 Hertz接觸理論的混凝土表層性能的檢測(cè)方法[J]. 混凝土，2008(1)：49－51.Guo Ye, Wu Jiaye, Huang Xin. Method of testing surface properties of concrete based on Hertz contact theory [J].Concrete, 2008(1): 49－51. (in Chinese with English abstract)

[18] 楊樹(shù)華，楊積東，鄭鐵生. 基于 Hertz接觸理論的轉(zhuǎn)子碰摩模型[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，2003，20(4)：61－64.Yang Shuhua, Yang Jidong, Zheng Tiesheng. Rotor contact rub model based on Hertz contact theory [J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2003, 20(4): 61－64. (in Chinese with English abstract)

[19] 陸慶華，陳玉潔，嚴(yán)盈富. 薄膜包衣厚度測(cè)量方法分析[J].南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，28(4)：76－82.Lu Qinghua, Chen Yujie, Yan Yingfu. Analysis of measurement methods of film coating thickness [J]. Journal of Nanchang University of Aeronautics and Technology,2014, 28(4): 76－82. (in Chinese with English abstract)

[20] 李曉?shī)W，彭小強(qiáng)，胡 皓. 振動(dòng)輔助拋光的原理分析與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 航空精密制造技術(shù)，2016，52(4)：14－19.Li Xiaoao, Peng Xiaoqiang, Hu Hao. Principle analysis and experimental study of vibration aided polishing [J].Aerospace Precision Manufacturing Technology, 2016, 52(4): 14－19. (in Chinese with English abstract)

[21] 楊 洋，唐壽高. 顆粒流的離散元法模擬及其進(jìn)展[J]. 中國(guó)粉體技術(shù)，2006，12(5)：38－43.Yang Yang, Tang Shougao. Discrete element simulation of granular flow and its progress [J]. China Powder Technology,2006, 12(5): 38－43. (in Chinese with English abstract)

[22] 孫其誠(chéng)，王光謙. 顆粒流動(dòng)力學(xué)及其離散模型評(píng)述[J]. 力學(xué)進(jìn)展，2008，38(1)：87－100.Sun Qicheng, Wang Guangqian. Reviews of granular flow mechanics and its discrete models. Advances in [J]. Advance in Mechanics, 2008, 38(1): 87－100. (in Chinese with English abstract)

[23] 孫守如，朱 磊，栗 燕. 種子丸粒化技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22(6)：151－151.Sun Shouru, Zhu Lei, Li Yan. Present situation and prospect of seed pelleting technology [J]. Proceedings of the Chinese Agriculture Society, 2006, 22(6): 151－151. (in Chinese with English abstract)

[24] 劉明言，楊 楊，王志剛. 多相流和顆粒流態(tài)化技術(shù)在制藥工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2004，6(6)：55－59.Liu Mingyan, Yang Yang, Wang Zhigang. The application of multiphase flow and particle fluidization technology in Pharmaceutical Engineering [J]. World Science and Technology, 2004, 6(6): 55－59. (in Chinese with English abstract)

[25] 麻 林. 一種新型藥丸拋光機(jī)[J]. 現(xiàn)代制造，2010(32)：26－27, 40.Ma Lin. A new type of pill polishing machine [J]. Modern Manufacturing, 2010 (32): 26－27, 40. (in Chinese with English abstract)

[26] 王維成，王榮華，高有軍，等. 甜菜種子丸粒化加工技術(shù)初探[J]. 中國(guó)糖料，2016，38(5)：46－48.Wang Weicheng, Wang Ronghua, Gao Youjun, et al. Beet seed pelleting processing technology of [J]. China Sugar,2016, 38(5)：46－48. (in Chinese with English abstract)

[27] 馬榮朝，秦 文. 輕小型種子包衣機(jī)的研制及最佳筒轉(zhuǎn)速的研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2003(4): 25－27.Ma Rongchao, Qin Wen. Study on Preparation and optimum cylinder speed small seed coating machine [J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2003(4): 25－27. (in Chinese with English abstract)

[28] Dziugys Algis, Peters Bernhard. An approach to simulate the motion of spherical and non-spherical fuel particles in combustion chambers[J]. Granular Matter, 2001, 3(4): 231－266.

[29] 胡國(guó)明，顆粒系統(tǒng)的離散元素法分析仿真[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010：295－298.

[30] 王建楠，謝煥雄，胡志超. 甩盤滾筒式花生種子機(jī)械化包衣工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(7)：43－50.Wang Jiannan, Xie Huanxiong, Hu Zhichao. Optimization of technological parameters for drum coating peanut seed mechanization coating [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 43－50. (in Chinese with English abstract)