劉 俊，朱德泉，2，*，于從羊，薛 康，張 順，廖 娟

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，安徽 合肥 230036； 2.安徽省智能農(nóng)業(yè)裝備工程實驗室，安徽 合肥 230036)

水稻精量穴直播技術(shù)是一種省水省工、節(jié)本增效的輕簡化種植技術(shù)[1-2]。穴直播是根據(jù)農(nóng)藝要求，將水稻種子按照所需的穴粒數(shù)、穴距、行距精準(zhǔn)地播到種溝中[3]。近年來，隨著水稻栽培技術(shù)的發(fā)展，水稻精量穴直播面積逐年增大，2016年水稻機直播面積為93.47萬hm2，2017年水稻機直播面積為110.27萬hm2[4-5]。

排種器是精量穴直播機核心部件，其性能好壞直接影響播種質(zhì)量[6-7]。排種器分為機械式排種器與氣力式排種器，氣力式排種器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，播種成本較高[8]。因此，生產(chǎn)上多使用機械式排種器[9]。國內(nèi)外學(xué)者對水稻機械式排種器結(jié)構(gòu)和工作原理開展了大量研究。Maleki等[10-11]設(shè)計了一種螺旋槽式排種器，排種器排種均勻性穩(wěn)定，但成穴效果差；劉彩玲等[12]提出了一種摩擦復(fù)充種型孔帶式精量排種器，通過增大開放式充種區(qū)、利用摩擦復(fù)充種原理提高了充種性能，并利用柔性型孔帶和重力清種降低種子破碎率；李蘭蘭等[13]設(shè)計了一種滑片型孔輪式水稻精量穴直播排種器，采用滑片護種方式，減少了種子摩擦損傷；王在滿等[14]設(shè)計了一種播量無級調(diào)節(jié)水稻精量排種裝置，通過調(diào)節(jié)瓢形形狀可變?nèi)莘e型孔來滿足不同水稻品種尺寸要求；張國忠等[15]設(shè)計了一種雙腔側(cè)充式水稻精量穴播排種器，采用弧形清種毛刷和護種裝置，能同時滿足常規(guī)稻和雜交稻播種要求。但上述排種器多采用被動充種，因水稻種子流動性差，充種性能不佳，漏播率偏高，在高速情況下表現(xiàn)得尤為明顯。

因此，針對雜交稻旱穴直播精量播種的農(nóng)藝要求，設(shè)計一種舀勺型孔輪式水稻精量排種器，采用舀勺擾動種子層，增加水稻種子之間的流動性，從而增強充種性能。為評價排種器排種性能，采用離散元方法，選取排種輪轉(zhuǎn)速與型孔傾角為試驗因素，以排種合格率、重播率、漏播率為評價指標(biāo)，進行單因素試驗、對比試驗與二因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，確定最佳參數(shù)組合。通過臺架試驗驗證了仿真結(jié)果的可靠性，并通過田間播種試驗檢驗了排種器的工作性能，為舀勺型孔輪式水稻精量排種器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能提升提供理論依據(jù)。

1 排種器結(jié)構(gòu)與工作原理

舀勺型孔輪式水稻精量排種器主要由法蘭盤、排種軸、排種輪、限種板、殼體、清種毛刷、護種板、阻種毛刷等部件組成，如圖1所示。工作時，種子在重力作用下落入排種器殼體與限種板構(gòu)成的種室內(nèi)，由于阻種毛刷的作用，種子不能直接從排種器排出，而在排種器左側(cè)種室內(nèi)堆積。當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)動時，型孔隨著排種輪一起轉(zhuǎn)動，在充種區(qū)A5～A1，舀勺將一定數(shù)量的種子舀入型孔中；隨著排種輪轉(zhuǎn)動到清種區(qū)A1～A2，清種毛刷把舀勺上多余的種子刷回充種區(qū)，進行二次充種，保留型孔中的種子；當(dāng)種子隨排種輪轉(zhuǎn)動到護種區(qū)A2～A3，在護種板的作用下，種子不會提前掉落；最后種子由排種輪轉(zhuǎn)動到排種區(qū)A3～A4，在重力和離心力的作用下，落入種溝中，完成一次精量排種作業(yè)。

a，排種器軸側(cè)圖；b，工作原理與排種過程。1，法蘭盤；2，排種軸；3，排種輪；4，限種板；5，殼體；6，清種毛刷；7，型孔；8，護種板；9，阻種毛刷；10，舀勺。a， Isometric view of seed-metering device; b， Working principle and seed-metering process. 1， Flange; 2， Seeding shaft; 3， Seeding wheel; 4， Limit plate; 5， Shield shell; 6， Cleaning brush; 7， Shaped hole; 8， Protection guard; 9， Resist brush; 10， Scoop.圖1 排種器結(jié)構(gòu)與工作原理圖Fig.1 Diagram of structure and working principle of seed-metering device

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計

2.1 排種輪設(shè)計

2.1.1 排種輪直徑設(shè)計

In the ancient times,because of historical and social restrictions,the morality principle and philosophical thoughts is also different.Therefore some remarks in the drama may cause misunderstanding,confusion or even disputes.Here takes a libretto from scene six of the drama《風(fēng)流土司》:

2.1.2 排種輪型孔個數(shù)設(shè)計

一般型孔個數(shù)越多，排種輪線速度越慢，型孔充種性能越好；但型孔數(shù)受排種輪直徑與型孔間距的限制[16]。型孔個數(shù)可由式(1)、(2)、(3)計算得出。

臨床上，冠心病具有比較高的發(fā)病率，通常將冠脈造影檢查的結(jié)果作為患者病情診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但冠脈造影具有有創(chuàng)性，且患者耐受性低[1] ，為此，臨床醫(yī)師有必要為冠心病患者尋找一種可行性更高的診斷方法。冠脈粥樣硬化為冠心病的一個重要病因[2] ，相關(guān)資料中提及，冠脈粥樣硬化受炎癥因素的影響會逐漸進展[3] ，通過對患者機體中的相關(guān)炎癥因子水平進行檢驗，可對其病情程度以及發(fā)展情況作出準(zhǔn)確的判斷。此研究，筆者將著重分析超敏CRP、LP（a）與D二聚體聯(lián)合檢驗法在冠心病中的診斷價值，總結(jié)如下。

(1)

vω=ωr;

(2)

ω=2πn。

(3)

式(1)、(2)、(3)中：Z為型孔個數(shù)；D為排種輪直徑，m；vm為播種機前進速度，m·s-1；vω為排種輪線速度，m·s-1；L為株距，m；ω為排種輪角速度，rad·s-1；r為排種輪半徑，m；n為排種輪轉(zhuǎn)速，r·s-1。

那時侯的鄭軍里，意氣飛揚，風(fēng)華正茂，借取了80年代求新于西風(fēng)與尋根于本土并舉的文化大潮，開始了自己從工筆到寫意人物的一個轉(zhuǎn)型。后來就更直接地立足于本土，把興趣、情感和筆頭對準(zhǔn)了廣西桂西少數(shù)民族的風(fēng)情人物，至今這條道路沒有改變。

播種機工作時前進速度一般為0.5～1.5 m·s-1，取1.2 m·s-1；水稻穴距為0.1～0.3 m，取穴距為0.2 m；根據(jù)播種機工作時的前進速度和播種要求，選擇排種輪轉(zhuǎn)速為0.5 r·s-1。由式(1)、(2)、(3)計算得出，排種輪型孔個數(shù)為12。

2.1.3 舀勺結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

水稻種子在重力作用下堆積在排種器充種區(qū)，充種區(qū)底部的種子易形成準(zhǔn)直線的力鏈，力鏈之間相互結(jié)拱，使種子活躍度降低，造成漏播[17]。同時，種子表面存在毛刺，毛刺導(dǎo)致種子之間摩擦力增大，造成充種困難。為了提高充種性能，在型孔表面設(shè)計一個舀勺，破壞種子之間的力鏈，增強種子流動性，提高充種性能。但舀勺結(jié)構(gòu)過大，易導(dǎo)致重播率增加；舀勺結(jié)構(gòu)過小，達不到增強充種性能。因此，必須設(shè)計一個合適的舀勺尺寸。水稻種子為紡錘體，中部寬厚，兩短尖狹，為更好地起到舀種效果，將舀勺內(nèi)壁形狀設(shè)置為紡錘形，水稻種子寬度為2 mm左右，為方便舀種，設(shè)計舀勺寬度w1為2 mm，舀勺厚度t1為0.5 mm，舀勺內(nèi)長度l1為10 mm。舀勺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.4 型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

為保障型孔充種性能和排種器適應(yīng)性，選取大、中、小不同種子尺寸的豐兩優(yōu)3948、岡優(yōu)898和岡優(yōu)3551水稻種子，每個水稻品種隨機取1 000粒，測量其長度、寬度、厚度，取平均值。水稻種子球度可由式(4)計算得出[18]。

a，排種輪局部剖視圖；b，舀勺示意圖。1，舀勺；2，型孔；3，排種輪。w1為舀勺寬度，mm；t1為舀勺厚度，mm；l1為舀勺內(nèi)長度，mm。a， Partial sectional view of seeding wheel; b， Schematic diagram of scoop. 1， Scoop; 2， Shaped hole; 3， Seeding wheel. w1 was the width of scoop， mm; t1 was the thickness of scoop， mm; l1 was the length of scoop， mm.圖2 舀勺結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of scoop structure

(4)

式中：Sp為種子球度，%；l為水稻種子的長度，mm；w為水稻種子的寬度，mm；t為水稻種子的厚度，mm。

豐兩優(yōu)3948、岡優(yōu)898、岡優(yōu)3551的水稻種子三軸尺寸和球度如表1所示。

在充種過程中，充入型孔內(nèi)的種子存在平躺、側(cè)臥、豎立3種姿態(tài)。水稻種子近似橢球體，其平躺、側(cè)臥或豎立投影可近似看成橢圓形，投影面積為[13]

甲洛洛找話：怎么生這么多孩子?。康亲涌嘈Γ何覀円膊幌胍?，可我這個老婆，像頭母豬，怎么都擋不住。甲洛洛：醫(yī)院里不是有藥買的嗎？登子任然苦笑：填飽肚子都難，還買什么藥啊。甲洛洛更加擔(dān)心：你這么生下去，估計塔公村都裝不下了？

(5)

式(5)中，St、Sω、Sl分別為水稻種子平躺、側(cè)臥、豎立狀態(tài)截面積，mm2。

充入型孔內(nèi)的水稻種子穩(wěn)定存在的狀態(tài)概率與其本身平躺、側(cè)臥、豎立狀態(tài)的截面積成正相關(guān)，其概率為

(6)

式(6)中，Pt、Pw、Pl分別為水稻種子平躺、側(cè)臥、豎立狀態(tài)下的概率，%。

充入型孔內(nèi)的水稻種子3種姿態(tài)概率總和為1，即

Pt+Pw+Pl=1。

(7)

將種子力系沿排種輪切向x與法向y進行分解，建立力學(xué)平衡方程式：

相對于其他類型的型孔，橢圓形型孔充種性能較好[9]，故采用橢圓形型孔。由表2可知，絕大部分水稻種子以平躺或側(cè)臥的姿態(tài)充入型孔中，充入型孔內(nèi)的種子大部分都是兩粒平躺，一粒豎立。因此，型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)滿足式(8)要求。

PA6粒子以及自制的PAPP在使用前均在100 °C烘箱中干燥12 h。隨后將PAPP和PA6按照不同的比例混合，加入密煉機中。每次加料70 g，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 轉(zhuǎn)/min，密煉溫度為230 °C，密煉時間為10 min。將所得樣品在平板硫化機壓板成型，模壓溫度為240 °C，模壓時間為10 min。最后按照測試需要制備成標(biāo)準(zhǔn)樣條，測試結(jié)果取5次測試結(jié)果的平均值。各組分比例見表1。

(8)

式(8)中：d為長軸長度，mm；h為型孔深度，mm；b為短軸長度，mm。

型孔輪式排種器直徑一般為80～200 mm，排種輪直徑過小會導(dǎo)致曲率增大，不利于種子充入型孔中而造成漏播，直徑過大會導(dǎo)致整個排種器尺寸增大，造成不必要的浪費[16]。綜合考慮水稻種子三軸尺寸和水稻精量穴直播農(nóng)藝要求，確定排種輪直徑為140 mm，厚度為32 mm。

綜合考慮3個水稻品種種子三軸尺寸和舀勺高度，設(shè)計的橢圓型孔長軸長為10 mm，短軸長為5 mm，深度為8 mm。為了保證充種性能，將型孔傾斜一定的角度。

2.2 護種板設(shè)計

護種板可防止種子提前下落，保障種子在排種區(qū)進行排種，同時護種板不能傷種。為了獲得較好的護種性能，設(shè)計了3種護種板：(1)弧形護種板，安裝于舀勺的外邊沿；(2)開有槽口的弧形護種板，槽口剛好與舀勺吻合，舀勺位于護種板內(nèi)；(3)槽口內(nèi)裝氈毛的弧形護種板。3種護種板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

【中醫(yī)解讀】“凌波微步”與太極拳的太極步很相似。太極步因酷似貓的行走姿態(tài)，又稱“貓行步”，在練習(xí)時講究“兩腳宜分虛實，起落猶似貓行，邁步如臨深淵，腰胯帶領(lǐng)下肢。”一方面，由于雙腿不斷地進行虛實交替，使單腿需要短暫支撐，有助于鍛煉腿部肌肉力量，預(yù)防下肢靜脈曲張。另一方面，腰脊的轉(zhuǎn)動會帶動腰、腹、腿、腳、踝等各部位，使肌肉、關(guān)節(jié)和韌帶得到充分鍛煉。此外，通過有節(jié)奏感的刺激，可促進氣血循環(huán)，增強肌肉力量，預(yù)防腰腿疼痛等。

表1 三個水稻品種種子尺寸和球度

表2 水稻種子充入型孔姿態(tài)概率

3種護種板厚度H均為32 mm，槽口寬度H1長度應(yīng)滿足式(9)要求。

當(dāng)夕陽拉長身影時，我知道，離開家鄉(xiāng)的時刻到了。坐在車上，我忍不住又回頭遙望家鄉(xiāng)，她如同一位慈祥的老人站在路口送別。她盼望著子女們再次回到她的懷抱，傾聽她的思念，感受她的溫存……

H1≥l1+2t1。

(9)

a，弧形護種板；b，開有槽口的弧形護種板；c，槽口內(nèi)裝氈毛的弧形護種板。H為護種板寬度，單位mm；H1為槽口寬度，單位mm。a， Curved seed protection belt; b， Curved seed protection belt with notch; c，Curved seed protection belt with felted hair in large notch. H was the width of seed protection belt， mm; H1 was the width of notch， mm.圖3 護種板結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of protection guard

式(9)中：H1為槽口寬度，mm；l1為舀勺內(nèi)部長度，mm；t1為舀勺厚度，mm。由式(9)計算可得，H1應(yīng)大于等于11 mm，最終確定槽口寬度H1為12 mm。

將3種護種板分別安裝于排種器上，在排種輪轉(zhuǎn)速25.00 r·min-1、型孔傾角為35.00°的條件下進行試驗，連續(xù)統(tǒng)計250穴種子的穴粒數(shù)和穴距變異系數(shù)，每組試驗重復(fù)3次，取平均值，試驗結(jié)果如表3所示。由表3可知，安裝槽口內(nèi)裝氈毛的弧形護種板的排種器排種合格率最高，穴距變異系數(shù)最小，分別為84.00%和8.57%，故選擇槽口內(nèi)裝氈毛的弧形護種板。

2.3 充種過程受力分析

為了提高排種器充種性能，并探究舀勺對充種過程的促進作用，對水稻種子充入型孔時進行受力分析。為簡化分析，將水稻種子視為規(guī)則的圓球體[19]。水稻種子所受壓力為其上方所有種子作用力之和，其他種子對受力種子的側(cè)壓力合力為0。水稻種子進入型孔時，種子受到自身的重力G、舀勺對種子的支持力F1、離心力Fr、種子群的擠壓力F2、舀勺內(nèi)壁對種子的摩擦力f1、種子群內(nèi)摩擦力f2，種子在這些力的作用下充入型孔，種子受力分析如圖4所示。

3個水稻品種種子充入型孔姿態(tài)概率如表2所示。

(10)

表3 試驗結(jié)果

Fr為種子的離心力，單位N；F1為舀勺對種子的支持力，單位N；F2為種子群的擠壓力，單位N；G為種子自身的重力，單位N；f1為舀勺內(nèi)壁對種子的摩擦力，單位N；f2為種子群內(nèi)摩擦力，單位N；α為重力方向與x軸方向的夾角，單位(°)；β為F1方向與x軸方向的夾角，單位(°)。Fr was centrifugal force of seed， N; F1 was support force of scoop to seed， N; F2 was pushing force among seed groups， N; G was gravity of seed， N; f1 was friction force between inner surface of scoop and seed， N; f2 was friction force in seed groups， N; α was the angle between direction of gravity and x axis， (°); β was the angle between direction of F1 and x axis， (°).圖4 水稻種子充種過程受力分析Fig.4 Stress analysis of rice seed in seed-filling process

式(10)中：Fx為水稻種子所受切向合力，N；Fy為水稻種子所受法向合力，N；ax為水稻種子切向加速度，m·s-2；ay為水稻種子法向加速度，m·s-2；α為重力與x軸方向的夾角，(°)；β為F1與x軸方向的夾角，(°)；m為水稻種子的質(zhì)量，kg；R為種子質(zhì)心與排種輪中心距離，m；μ1為舀勺內(nèi)壁與種子之間的摩擦因素；μ2為種子間摩擦因素；ω為種子角速度，rad·s-1；n為排種輪轉(zhuǎn)速，r·s-1。

整理式(10)得

(11)

由圖10-a所知，當(dāng)型孔傾角一定時，隨著排種輪轉(zhuǎn)速增大，排種合格率呈先增大后減小趨勢。當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)速一定時，隨著型孔傾角的增大，排種合格率也呈先增大后減小趨勢。在排種輪轉(zhuǎn)速為26.11 r·min-1，型孔傾角為35.30°時，排種合格率最高。

(12)

式(12)中，T為種子質(zhì)心下落到型孔底部的時間，s。

由式(11)和式(12)求得種子下落時間T為

T=

(13)

由式(13)分析可知，在位移量c、種子質(zhì)量m相同的情況下，種子下落時間T與排種輪轉(zhuǎn)速n和舀勺對種子的支持力F1有關(guān)。為探究具體關(guān)系，對式(13)中影響因素n與F1分別進行一階求導(dǎo)，得到下列關(guān)系式：

(14)

式(14)中，Z=(G+F2)sinα+μ2F2cosα。

由式(14)分析可知，種子下落時間T是關(guān)于排種輪轉(zhuǎn)速n的增函數(shù)、舀勺對種子支持力F1的減函數(shù)。因此，可通過降低排種輪轉(zhuǎn)速n和增加舀勺對型孔支持力F1來縮短種子充入型孔的時間。

whereand each entry of Tk equals(under the assumption that the angular distributed functions are Gaussian function)20

3 排種性能仿真與分析

3.1 仿真模型構(gòu)建

3.1.1 排種器模型建立

在SolidWorks軟件中將各部件裝配后，導(dǎo)入EDEM軟件中，為了簡化模型，與種子無接觸的排種軸未導(dǎo)入EDEM軟件中。將零部件和水稻種子定義材料屬性，排種器外殼為不銹鋼，限種板、排種輪、卸種板為塑料，護種板、清種毛刷、阻種毛刷為氈毛，材料屬性如表4所示[20]。

3.1.2 種子模型建立

選取球度適中的岡優(yōu)898種子為試驗材料，岡優(yōu)898種子的三軸尺寸為8.29 mm×2.96 mm×2.10 mm。為了更真實地反映水稻種子的形狀，在SolidWork軟件中繪制種子模型，另存為.stl格式導(dǎo)入EDEM軟件中。在EDEM軟件中采用多組合球面構(gòu)建岡優(yōu)898種子模型，中間采用13左右對稱的雙組和球面，兩端采用一個球面的填充方式，總共28個球面。構(gòu)建的水稻種子模型與實際水稻種子的三軸尺寸完全吻合，種子模型如圖5所示。

3.1.3 仿真參數(shù)設(shè)定

由于水稻種子之間沒有黏附力，故選擇仿真接觸模型為無滑動模型(Hertz-Mindlin)，重力加速度大小為9.80 m·s-2，方向為Y軸負方向，整個排種器模型只有排種輪轉(zhuǎn)動，其他零部件固定不動。種子-種子、種子-塑料、種子-不銹鋼、種子-氈毛的恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)如表5所示[21]。

響應(yīng)曲線能更加直觀地反應(yīng)試驗因素X1、X2對評價指標(biāo)Y1、Y2、Y3的影響，利用Design-expert 10.0.4軟件分析，得到試驗因素X1、X2與評價指標(biāo)Y1、Y2、Y3的響應(yīng)曲線圖，如圖10所示。

表4 材料屬性

a，三軸尺寸；b，EDEM模型。l為水稻種子長度，單位mm；w為水稻種子寬度，單位mm；t為水稻種子厚度，單位mm。a， Triaxial size; b， EDEM model. l was length of rice seeds， mm; w was width of rice seeds， mm; t was thickness of rice seeds， mm.圖5 水稻模型Fig.5 Rice model

表5 材料接觸系數(shù)

3.2 排種虛擬仿真

為提高排種器的排種性能，運用EDEM軟件進行單因素試驗、對比試驗和二因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗。仿真試驗過程中，將排種器以網(wǎng)格模型(Mesh=0.2)顯示，如圖6所示。圖6中顏色變化表示種子運動速度變化，其中藍色表示種子速度最低，紅色表示種子速度最高，通過仿真觀察，種子在充種區(qū)邊緣處和在排種輪型孔中速度較大，與實際情況相符合。種子在充種和排種過程的速度變化分別如圖6-a、圖6-b所示。

a，充種過程；b，排種過程。a. Process of seed-filling; b. Process of seed-metering.圖6 EDEM排種過程種子運動仿真Fig.6 EDEM simulation of seed motion of seed-metering process

由圖10-b所知，當(dāng)型孔傾角一定時，隨著排種輪轉(zhuǎn)速增大，排種重播率呈減小趨勢。當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)速一定時，隨著型孔傾角的增大，排種重播率也呈減小趨勢。在排種輪轉(zhuǎn)速28.97 r·min-1，型孔傾角48.18°時，排種重播率最低。

(1)排種輪轉(zhuǎn)速對排種性能的影響。

為探究排種輪轉(zhuǎn)速對排種性能的影響，在型孔傾角為35.00°的條件下，將排種輪轉(zhuǎn)速分別設(shè)置12.50、18.75、25.00、31.25、37.50 r·min-1這5個水平。待仿真結(jié)束后，計算出連續(xù)250穴排種的合格率、重播率、漏播率，得到評價指標(biāo)隨排種輪轉(zhuǎn)速的變化曲線，如圖7所示。

由圖7可知，工作轉(zhuǎn)速為12.50 r·min-1時，排種重播率較高、漏播率較低，這是由于排種輪轉(zhuǎn)速較低時，型孔在充種區(qū)的停留時間較長，并且型孔傾斜35.00°，種子更易充孔。隨著排種輪轉(zhuǎn)速增加，排種合格率呈先增加后減小的趨勢，重播率整體呈下降趨勢，而且下降幅度越來越小。在舀勺作用下，排種輪轉(zhuǎn)速越快，種子流動性越大，種子充孔的概率增大，從而減小了排種輪轉(zhuǎn)速快帶來的影響。隨著排種輪轉(zhuǎn)速增加，排種漏播率整體呈上升趨勢。這是由于排種輪轉(zhuǎn)速增加，型孔在充種區(qū)的停留時間變短，部分種子未能充入型孔，導(dǎo)致漏播。在排種輪轉(zhuǎn)速為25.00 r·min-1時，排種合格率最高，排種合格率為88.00%。

(2)型孔傾角對排種性能的影響。

為探究型孔傾角對排種性能的影響，在排種輪轉(zhuǎn)速為25.00 r·min-1的條件下，將型孔傾角分別設(shè)置20.00°、27.50°、35.00°、42.50°、50.00°等5個水平。待仿真結(jié)束后，計算出連續(xù)250穴排種的合格率、重播率、漏播率，得到評價指標(biāo)隨型孔傾角的變化曲線，如圖8所示。

圖7 評價指標(biāo)與排種輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系Fig.7 Relationship between evaluation index and rotating speed of seeding wheel

由圖8可知，隨著型孔傾角增大，排種合格率先增大后減小，排種重播率整體呈減小趨勢。由于型孔傾角增大，種子充入型孔的概率減小，重播率呈減小趨勢。排種漏播率呈先減小后增大的趨勢，當(dāng)型孔傾角過小時，種子不易充入型孔，漏播率較大，隨著型孔傾角增大，種子更易充入型孔，漏播率減??；但當(dāng)型孔角度過大時，型孔會阻礙部分種子充入型孔，漏播率增大。在型孔傾角為35.00°時，排種合格率最高，排種合格率為88.40%。

小學(xué)語文教材所選文章文質(zhì)兼美，體裁多樣。如果從“文學(xué)文體”和“實用文體”兩個維度進行劃分，前者包括童話、寓言、神話、詩歌（兒童詩、古詩）、文言文、散文、小說、劇本、人物傳記、文包詩等；后者包括記敘文、說明文、議論文等。文體不同，教什么怎么教也應(yīng)該有明顯的不同。在課堂教學(xué)中，我們應(yīng)從文體出發(fā)，從大處把握好文本語言特點及人文內(nèi)涵，精心進行教學(xué)設(shè)計，合理安排教學(xué)內(nèi)容，加強對學(xué)生閱讀的指導(dǎo)、引領(lǐng)和點撥。下面以小說、劇本、人物傳記三種文體為例，談一談不同文體的特點及教學(xué)策略。

3.2.2 性能對比試驗

為檢驗舀勺型孔輪式水稻精量排種器充種性能，進行舀勺型孔輪式水稻精量排種器與無舀勺的型孔輪式水稻精量排種器的仿真對比試驗。在型孔傾角為35.00°時，將排種輪轉(zhuǎn)速分別設(shè)置12.50、18.75、25.00、31.25、37.50 r·min-1這5個水平，得到2種排種器排種性能與排種輪轉(zhuǎn)速的變化曲線圖，如圖9所示。由圖9可知，排種輪轉(zhuǎn)速從12.50 r·min-1到37.50 r·min-1時，2種排種器的排種合格率均呈先上升、后下降的趨勢，漏播率均呈上升趨勢，無舀勺型孔輪式水稻精量排種器在25.00 r·min-1到37.50 r·min-1時，合格率下降非常明顯，漏播率上升非常明顯。在37.50 r·min-1時，舀勺型孔輪式水稻精量排種器的排種合格率為84.00%、漏播率為7.60%；無舀勺型孔輪式水稻精量排種器的排種合格率為68.40%、漏播率為26.80%，表明舀勺型孔輪式水稻精量排種器較無舀勺型孔輪式水稻精量排種器充種效果好，高速排種精度高，更適合高速工作。

圖8 評價指標(biāo)與型孔傾角的關(guān)系Fig.8 Relationship between evaluation index and hole inclination of seeding wheel

a.不同轉(zhuǎn)速下2種排種器的合格率；b.不同轉(zhuǎn)速下2種排種器的漏播率。a， Qualified rate of the two seed-metering devices at different speeds; b， Missing rate of the two seed-metering devices at different speeds.圖9 不同轉(zhuǎn)速下2種排種器的排種性能Fig.9 Seeding performance of the two seed-metering devices at different speeds

3.2.3 二因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗

通過單因素試驗，得到排種合格率、重播率、漏播率隨排種輪轉(zhuǎn)速、型孔傾角的變化規(guī)律。為進一步探究排種輪轉(zhuǎn)速、型孔傾角對排種性能的影響，開展二因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，試驗因素編碼與水平設(shè)置如表6所示，試驗結(jié)果如表7所示。

表6 試驗因素編碼與水平設(shè)置

3.3 旋轉(zhuǎn)組合仿真結(jié)果分析

根據(jù)表7的試驗結(jié)果，運用Design-Expert 10.0.4軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，分別得到試驗因素X1、X2與評價指標(biāo)Y1、Y2、Y3之間的回歸方程。

(15)

對所得到的回歸方程進行顯著性分析，結(jié)果如表8所示。由表8可知，評價指標(biāo)的模型均極顯著，失擬項均不顯著，證明仿真的可行性。排種合格率Y1、重播率Y2、漏播率Y3的決定系數(shù)R2分別為0.928、0.933、0.930，證明實際值與回歸方程的預(yù)測值相關(guān)性較高。因此，合格率Y1、重播率Y2、漏播率Y3可使用回歸模型對排種性能進行分析與預(yù)測。

由表8中P值分析可得，X12、X22對排種合格率的影響極顯著，X1的影響顯著，X1X2、X2的影響不顯著；X1、X2、X12對排種重播率的影響極顯著，X1X2、X22的影響不顯著；X1、X2、X12、X22對排種漏播率的影響極顯著，X1X2的影響顯著。在剔除失擬項的情況下對回歸方程重新擬合，得到新的回歸方程為：

(16)

表7 仿真試驗結(jié)果

表8 回歸方程方差分析結(jié)果

為保證連續(xù)充種，充種區(qū)應(yīng)有一定數(shù)量的種子，故顆粒工廠共生成5 000顆水稻種子模型，1.5 s生成完畢，待種子完全落入充種區(qū)，排種輪開始轉(zhuǎn)動，為了保證每次仿真都能排出250穴種子，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速設(shè)置不同的仿真時間，為了減少仿真運行時間，提高仿真的穩(wěn)定性，設(shè)置固定時間步長為3.41×10-6s，為Rayleith時間步長的20%[22-23]。

假設(shè)水稻種子質(zhì)心沿y軸方向的位移量為c，位移量c與種子法向加速度ay的關(guān)系為

3.2.1 單因素試驗

各級政府及農(nóng)業(yè)科技部門繼續(xù)加強農(nóng)民科技培訓(xùn)力度，提高農(nóng)民科技種植意識，切實掌握馬鈴薯高產(chǎn)栽培技術(shù)，加強馬鈴薯的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后科技服務(wù)，從育種、選種、病害防治到儲藏諸環(huán)節(jié)給予指導(dǎo)，加強信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，多措施、多渠道幫助農(nóng)民解決生產(chǎn)銷售中出現(xiàn)的問題，提高馬鈴薯生產(chǎn)中的科技含量，大力推廣馬鈴薯豐產(chǎn)保優(yōu)栽培技術(shù)。

基于傳統(tǒng)的五階恒流充電法[15],在鋰離子電池前4個充電階段的末尾分別添加逆向放電脈沖電流以及充電間歇,實現(xiàn)鋰離子電池的快速充電以及減小充電過程中的極化效應(yīng)。將鋰離子電池的充電過程分為I1～I5 5個階段,快速充電方法的原理如圖2所示。

由圖10-c所知，當(dāng)型孔傾角一定時，隨著排種輪轉(zhuǎn)速增大，排種漏播率呈增大趨勢。當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)速一定時，隨著型孔傾角的增大，排種漏播率呈先減小后增大的趨勢，且排種輪轉(zhuǎn)速與型孔傾角之間存在交互作用。在排種輪轉(zhuǎn)速19.87 r·min-1，型孔傾角31.67°時，排種漏播率最低。

圖10 排種輪轉(zhuǎn)速與型孔傾角對排種性能指標(biāo)的影響Fig.10 Response surface of rotation speed and hole inclination of seeding wheel on seeding performance index

3.4 仿真結(jié)果優(yōu)化

為獲取排種器最佳參數(shù)組合，以最大排種合格率、最小重播率、漏播率為評價指標(biāo)，建立優(yōu)化模型為：

(17)

通過Design-Expert 10.0.4軟件中Optimization模塊進行優(yōu)化求解，當(dāng)排種輪轉(zhuǎn)速為25.94 r·min-1、型孔傾角為34.75°時，排種器排種效果最佳，排種合格率為87.55%，重播率為9.79%，漏播率為2.66%。

位置在刀具尺寸>φ7×40mm時發(fā)生了突變。刀具的安裝位置也會影響換能器諧振頻率，刀具夾持長度越短，換能器的諧振頻率越小，但對位移節(jié)點位置影響可以忽略。

4 性能驗證試驗

4.1 臺架試驗

4.1.1 試驗裝置

為檢驗仿真結(jié)果參數(shù)優(yōu)化的可靠性，于2020年5月12日至14日進行排種器臺架性能驗證試驗，試驗設(shè)備為黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學(xué)研究院生產(chǎn)的JPS-12型排種器性能檢測試驗臺。試驗前，將排種器安裝在試驗臺上，工作時電機帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸上的齒輪通過鏈條帶動排種器上的鏈條轉(zhuǎn)動，種子從落種口落入一定寬度的粘種油中，種床帶運動將粘油層與種子傳送到后方的收集裝置，待試驗結(jié)束后，通過控制臺的電腦檢測統(tǒng)計各項性能指標(biāo)，如圖11所示。

圖示1中所示橫坐標(biāo)12個名稱顯示為調(diào)查內(nèi)容，縱坐標(biāo)顯示為兩個群體的不同評價，其中實線標(biāo)識為企業(yè)員工，虛線標(biāo)識為到訪游客。調(diào)查問卷最后題目問及“是否樂意向朋友推薦其到本園區(qū)旅游觀光”，其中企業(yè)員工的均值為3.63，而到訪游客的均值為4.26，這個結(jié)果能夠與前面的調(diào)查內(nèi)容保持一致性。

4.1.2 試驗設(shè)計與結(jié)果

根據(jù)仿真優(yōu)化參數(shù)結(jié)果，將排種器在最優(yōu)條件下進行工作，并根據(jù)排種器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相應(yīng)的種床帶速度，讓排種器下落的種子落入種床帶的粘種油中。依次選取豐兩優(yōu)3948、岡優(yōu)898、岡優(yōu)3551種子為試驗材料，待排種器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，連續(xù)統(tǒng)計250穴種子穴粒數(shù)，重復(fù)3次，取平均值，試驗結(jié)果如表9所示。由表9可知，排種合格率由高到低的水稻品種依次為岡優(yōu)898、豐兩優(yōu)3948、岡優(yōu)3551。岡優(yōu)898排種合格率為84.53%，岡優(yōu)3551排種合格率為83.74%，排種器更適合播岡優(yōu)898尺寸的水稻種子。由于豐兩優(yōu)3948種子的種子球度較小，充種較為困難，造成漏播率最高，其漏播率為7.33%；岡優(yōu)3551的種子球度較大，易充入型孔，導(dǎo)致重播率最高，其重播率為12.13%。與仿真結(jié)果對比分析可知，岡優(yōu)898種子臺架試驗結(jié)果與仿真優(yōu)化結(jié)果相差小于5%，故說明仿真優(yōu)化結(jié)果可靠。

1，種床帶；2，油泵；3，固定支架；4，控制臺；5，照明裝置；6，電機；7，排種器。1， Seed bed belt; 2， Oil pump; 3， Fixed bracket; 4， Control console; 5， Lighting installation; 6， Motor; 7， Seed-metering device.圖11 臺架試驗圖Fig.11 Diagram of bench test

4.2 田間試驗

為檢驗舀勺型孔輪式水稻精量排種器的田間播種性能，將排種器安裝于旱直播機的固定支架上，于2020年5月25日在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園試驗地開展田間性能試驗。試驗選取長60 m、寬20 m的麥茬田塊，試驗前對試驗地進行旋耕，使其表面平整，達到水稻機械直播土壤農(nóng)藝要求。播種地的平均耕深為18.4 cm，平均土壤含水率為8.99%，平均土壤堅實度為399.6 kPa。試驗過程中依次選取豐兩優(yōu)3948、岡優(yōu)898、岡優(yōu)3551種子進行播種試驗。試驗參照國家標(biāo)準(zhǔn)進行[24-25]，試驗時旱直播機前進速度約為3.65 km·h-1，排種器由電機驅(qū)動，排種器結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)為最優(yōu)參數(shù)。待旱直播機停止后，統(tǒng)計連續(xù)機組勻速行駛播種250穴的穴粒數(shù)和穴距，重復(fù)3次，取其平均值作為試驗值，試驗結(jié)果如表10所示。

由表10可知，岡優(yōu)898種子的播種合格率最高，其合格率為82.13%；岡優(yōu)3551種子的播種合格率最低，其合格率為80.67%，均低于臺架試驗的結(jié)果。由于田間試驗機組振動增加了種子的流動性，種子無規(guī)則運動使播種重播率、漏播率均高于臺架試驗結(jié)果，同時導(dǎo)致穴距與穴距變異系數(shù)也高于臺架試驗。3個水稻品種種子的排種合格率均大于80%，重播率均低于15%，漏播率均低于10%，滿足水稻精量直播田間作業(yè)要求，且排種器對不同尺寸水稻種子具有良好的適應(yīng)性。

表9 臺架試驗結(jié)果

表10 田間試驗結(jié)果

5 結(jié)論

本研究設(shè)計了一種舀勺型孔輪式水稻精量排種器，根據(jù)排種器工作性能要求，確定了排種器關(guān)鍵零部件參數(shù)，并對排種器充種過程進行受力分析，建立了排種器充種過程的動力學(xué)模型，確定了種子下落時間與排種輪轉(zhuǎn)速和舀勺對種子支持力的關(guān)系。

選取岡優(yōu)898種子為試驗材料，利用EDEM軟件進行排種器排種過程數(shù)值模擬。單因素試驗結(jié)果表明，當(dāng)型孔傾角為35.00°時，排種輪轉(zhuǎn)速為25.00 r·min-1的排種合格率最高。性能仿真對比結(jié)果表明：在排種輪轉(zhuǎn)速增加時，舀勺型孔輪式水稻精量排種器較無舀勺型孔輪式水稻精量排種器充種效果更好，更適合高速工作。二因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗結(jié)果表明，排種輪轉(zhuǎn)速為25.94 r·min-1、型孔傾角為34.75°時，排種器排種性能最佳，排種合格率、重播率、漏播率分別為87.55%、9.79%、2.66%。

對排種器分別進行臺架驗證試驗與田間播種試驗，試驗結(jié)果表明，3個水稻品種在臺架驗證試驗與田間播種試驗中排種合格率均大于80%，重播率均低于15%，漏播率均低于10%，符合雜交水稻精量穴直播的農(nóng)藝要求；且排種器對不同尺寸水稻種子均具有良好的適用性，漏播率較低，有利于提高產(chǎn)量。