李曉冉，張銀平，刁培松，趙殿報，王振偉

(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，255049；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京市，210014)

0 引言

我國蔬菜種植面積和產(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，如何實現(xiàn)精量排種仍是技術(shù)瓶頸。

排種器是實現(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，對風(fēng)壓的要求比較高；張開興等[10]設(shè)計了變粒徑雙圓盤氣吸式蔬菜精量排種器，可實現(xiàn)不同粒徑種子精量排種，但對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[11]設(shè)計了正負氣壓組合式排種器，依靠負壓充種，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[12]研制了氣力式一器雙行排種器，可實現(xiàn)兩行播種，但兩個排種盤共用一個氣室，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)計了單盤多行獨立氣道式蔬菜精量排種器，創(chuàng)新設(shè)計氣道盤結(jié)構(gòu)，僅在與吸種孔相對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)通有正負壓，通過單因素試驗和正交組合試驗對排種器性能進行了試驗研究，確定了排種器性能較優(yōu)時各影響因素取值范圍和較優(yōu)參數(shù)組合，并進行了試驗驗證。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作過程

單盤多行獨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、動力盤、排種盤、氣道盤、清種裝置等部分組成。

圖1 單盤多行獨立氣道式排種器結(jié)構(gòu)示意圖

工作時，風(fēng)機通過風(fēng)管與排種器外殼上的正壓、負壓風(fēng)口相連接，通過獨立的氣道給排種盤不同行提供穩(wěn)定的正負壓強，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壓的作用下被緊緊吸附在排種盤上隨排種盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動到清種區(qū)由清種裝置刮去多余的種子，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)經(jīng)導(dǎo)種條進入卸種區(qū)。種子到達卸種區(qū)后在重力、離心力和正壓力的作用下，落入下方的分種器，實現(xiàn)多行播種作業(yè)。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 排種盤設(shè)計

1) 排種盤直徑。排種盤是實現(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，會造成排種器體積較大，同時工作所需負壓值也相應(yīng)增大；直徑過小，不能保證一個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235 mm，每圈吸種孔中心線之間間隔15 mm，最外圈吸種孔與排種盤邊緣間隔10 mm。

圖2 排種盤結(jié)構(gòu)示意圖

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，一般情況下，充種性能與充種時間成正比。當(dāng)確定作業(yè)速度和株距時，增加排種盤吸孔數(shù)量，可降低排種盤線速度，從而延長吸種過程中負壓的作用時間，但隨著吸孔數(shù)量的增多，吸種負壓值也相應(yīng)增加[13]，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

(1)

式中：N——吸種孔數(shù)量；

v——播種機作業(yè)速度，m/s；

L——播種株距，m；

n——排種盤轉(zhuǎn)速，r/min；

ε——地輪滑移率。

取播種機作業(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0.02～0.1 m，取L=0.02 m，取排種盤轉(zhuǎn)速n=30 r/min，地輪滑移率ε=6.5%，從而確定排種盤每圈吸孔數(shù)量N=96。

3) 吸種孔直徑。吸種孔直徑是影響吸種負壓的重要因素，吸種孔直徑增大，吸種所需負壓減小，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=(0.64～0.66)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 mm、1.9 mm，故可以確定吸種孔直徑為1 mm、1.2 mm。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

氣道盤是排種器的核心創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)氣室布局的關(guān)鍵部件。現(xiàn)有的正負氣壓組合式排種器以整個排種器腔體為氣室，在整個排種器內(nèi)部通有正負壓，僅靠分離隔板實現(xiàn)正壓和負壓的分離[13]，較難保證氣流場的封閉性，需要較高的氣壓才能保證吸種穩(wěn)定性。

本文設(shè)計的氣道盤將正負壓氣流場分布于氣道盤正反兩面，既可以實現(xiàn)正、負壓的分離，又保證了3條負壓氣道和正壓流場的獨立封閉性，僅在與3圈吸種孔對應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域內(nèi)通有負壓、僅在落種處的3個孔內(nèi)通有正壓，減少了能量損失，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 氣道盤結(jié)構(gòu)示意圖

氣道盤正面開有3道環(huán)型凹槽，正面與排種盤緊貼，形成封閉的負壓氣室，負壓僅與環(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15 mm，凹槽寬度為10 mm，深度為5 mm。氣道盤背面開有正壓凹槽和3個正壓通氣孔，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，為了降低所需正壓，盡量減小正壓氣室體積，設(shè)計正壓凹槽厚度為2 mm，正壓通氣孔直徑為3 mm。氣道盤直徑與排種盤直徑一致為235 mm，總厚度為10 mm。正、負壓氣流路線圖如圖4所示，深色為負壓，淺色為正壓。

圖4 氣流路線圖

將設(shè)計的獨立氣道負壓氣室與傳統(tǒng)氣室結(jié)構(gòu)進行簡化如圖5所示，由排種器的氣室結(jié)構(gòu)可以算出負壓氣室體積

(a) 傳統(tǒng)氣室

(2)

式中：α——氣壓區(qū)對應(yīng)的圓心角，(°)；

R1——氣室外筒內(nèi)半徑，mm；

R2——氣室內(nèi)筒外半徑，mm；

h——氣室厚度，mm。

環(huán)形負壓區(qū)的圓心角設(shè)計為260°，計算可得傳統(tǒng)負壓氣室體積V1=3.08×10-4m3，獨立負壓氣室體積V2=7.59×10-5m3，獨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，Pa；

R——氣體常數(shù)；

T——氣體溫度，K；

n′——氣體物質(zhì)的量，mol。

因此理想條件下，傳統(tǒng)氣室壓強p1與獨立氣道氣室壓強p2的關(guān)系為

(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。

2.3 攪種裝置設(shè)計

攪種裝置是增加種子流動性的重要部件。種子的流動性對吸種環(huán)節(jié)影響顯著，種子流動性差，即使吸種負壓增大，仍容易產(chǎn)生漏吸現(xiàn)象?，F(xiàn)有排種器的攪種裝置大多在排種盤上設(shè)計攪種撥片或攪種棒，隨排種盤轉(zhuǎn)動起到擾動種子的作用，擾動轉(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[14]。

本文設(shè)計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，通過錐齒輪嚙合帶動小齒輪和攪種棒轉(zhuǎn)動，大小錐齒輪的傳動比為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。攪種棒貫穿整個種箱底部，攪種區(qū)域變大，可以對整個充種區(qū)種子起到擾動梳理作用。攪種裝置材質(zhì)采用耐磨尼龍材質(zhì)，屬于柔性材質(zhì)，減小對種子的損傷。高速攪種裝置的存在，對充種區(qū)種子起到擾動、梳理的作用，增加了種子的流動性，提高了排種器充種率。

圖6 攪種裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 動力盤設(shè)計

動力盤是排種盤和攪種裝置的動力部件，現(xiàn)有排種器的排種盤大多由排種軸帶動，一方面不易形成獨立封閉的氣室，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。

為了形成獨立封閉的正負壓氣室，且方便拆卸和更換排種盤，設(shè)計由動力盤帶動排種盤轉(zhuǎn)動，動力盤結(jié)構(gòu)如圖7所示。動力盤與氣道盤和排種盤同軸安裝，氣道盤固定不動，動力盤外圓與氣道盤內(nèi)圓緊密結(jié)合，保證正壓流場的獨立密封性。排種盤表面與動力盤和氣道盤表面緊密貼合，保證負壓流場的獨立密封性。同時動力盤上設(shè)計3個立柱與排種盤上的3個缺口相配合，帶動排種盤轉(zhuǎn)動，在動力盤內(nèi)部嵌入磁鐵柱，用于吸附排種盤防止漏氣。

圖7 動力盤結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 清種器設(shè)計

清種器是降低重播率的必要部件?，F(xiàn)有排種器的清種裝置僅可以實現(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

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)計為偏心螺線，最小直徑為55 mm，最大直徑為70 mm。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)盤邊緣滑動從而實現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，角度調(diào)節(jié)范圍為12°。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

3.1 試驗條件與材料

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)排種性能實驗室進行了排種性能試驗，試驗在JPS-12型排種器性能試驗臺上進行，如圖9所示。

圖9 JPS-12型排種器性能試驗臺

試驗選擇油菜種子為試驗材料，并對其機械物理特性進行試驗研究，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗種子機械物理特性

3.2 單因素試驗設(shè)計與分析

3.2.1 吸種環(huán)節(jié)單因素試驗

經(jīng)理論分析可知排種盤轉(zhuǎn)速、負壓值對吸種環(huán)節(jié)的影響較大[14]，為確定兩因素對內(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、重吸率為評價指標，選用油菜種子和1 mm孔徑排種盤進行排種盤轉(zhuǎn)速和負壓單因素試驗。試驗過程中，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，在排種盤上做標記，以圈為單位統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每次試驗取10組數(shù)據(jù)，求平均值進行記錄。

1) 負壓值：負壓值過小會造成種子吸附不上，負壓值過大容易產(chǎn)生一孔多種的現(xiàn)象[15-17]，負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[10]。經(jīng)預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，油菜種子在-200 Pa時既能被吸附，因此負壓單因素試驗從-200 Pa開始，以400 Pa間隔遞增7次，進行該試驗時排種盤轉(zhuǎn)速保持在10 r/min。試驗結(jié)果如圖10所示，在負壓值低于1 kPa 時，排種盤在轉(zhuǎn)速較低的情況下，依然不能穩(wěn)定吸種，漏吸現(xiàn)象嚴重，當(dāng)負壓值大于2.2 kPa時，重吸現(xiàn)象急劇增加，在1～2 kPa范圍內(nèi)，單粒吸種率較高，維持在95%以上。

(a) 漏吸率

2) 排種盤轉(zhuǎn)速：進行轉(zhuǎn)速單因素試驗時選擇在負壓試驗中效果較好的-2 kPa條件下進行。從10 r/min開始，以5 r/min間隔遞增7次。試驗結(jié)果如圖11所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于20 r/min時，由于排種盤轉(zhuǎn)速較低，型孔與種子作用時間較長[18]，造成重吸現(xiàn)象嚴重，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。在20 r/min附近單粒吸種率達到峰值，在95%以上。

(a) 漏吸率

3) 3圈吸種孔排種性能差異：由圖10、圖11觀察可知，負壓和轉(zhuǎn)速對內(nèi)中外3圈排種性能影響趨勢大致相同，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。這是因為相同條件下，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)正壓單因素試驗

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法控制其吸種形態(tài)，若針尖部分吸入型孔強制落種容易產(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。

對于正壓的研究，需要通過試驗在理論范圍內(nèi)找到種子主動落種率達到90%以上的最低正壓。選擇油菜種子和1 mm孔徑排種盤在落種環(huán)節(jié)進行正壓單因素試驗。試驗過程中，以主動落種率作為評價指標，設(shè)置排種盤轉(zhuǎn)速為15 r/min、負壓值為1.5 kPa，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，在排種盤上做標記，以圈為單位統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每次試驗取10組數(shù)據(jù)，求平均值進行記錄，結(jié)果如表2所示。當(dāng)正壓達到150 Pa時，主動落種率就可以達到90%以上，正壓力越大，主動落種率越高，但當(dāng)正壓力達到300 Pa以上時，種子出現(xiàn)與排種器內(nèi)壁碰撞的現(xiàn)象。因此正壓在150～250 Pa范圍內(nèi)效果最好。

表2 正壓單因素試驗結(jié)果

3.3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗

3.3.1 試驗設(shè)計

經(jīng)單因素試驗研究分析，在外圈種子性能指標較好時，內(nèi)圈種子亦可達到要求，因此選擇排種器性能較好時的負壓值、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為試驗指標，選擇油菜種子和1 mm孔徑排種盤進行三因素三水平二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗[19]，探究各個影響因素的顯著程度和各因素交互作用對評價指標的影響機制，建立各評價指標的回歸數(shù)學(xué)模型，并找到排種器性能較優(yōu)的參數(shù)組合。試驗中排種盤轉(zhuǎn)速范圍為15～25 r/min，負壓值范圍為1～2 kPa，正壓值范圍為150～250 Pa，因素編碼設(shè)計見表3，由排種器試驗臺傳送帶上掉落的種子帶獲得數(shù)據(jù)，每組試驗重復(fù)5次取平均值作為試驗結(jié)果，試驗方案與結(jié)果見表4。

表3 因素編碼

表4 試驗方案與結(jié)果

3.3.2 回歸模型建立與顯著性檢驗

將正交試驗結(jié)果導(dǎo)入Design-Expert軟件進行數(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=1.75-1.64A+1.22B-0.42C-0.43AB+

0.037AC-0.11BC+0.76A2+0.82B2+

0.98C2

(5)

Y2=1.98+0.6A-0.52B+0.16C-0.088AB+0.07A2+0.15B2

(6)

Y3=96.28+0.87A-0.69B+0.26C+0.52AB+0.015AC+0.082BC-0.83A2-0.97B2-1.02C2

(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)的失擬項的顯著水平P值均大于0.05，說明回歸模型失擬不顯著，即在試驗范圍內(nèi)，實際排種效果與各響應(yīng)函數(shù)的回歸模型較為相符[20]。另外，負壓值A(chǔ)、排種盤轉(zhuǎn)速B和正壓值C對漏播指數(shù)Y1、重播指數(shù)Y2、合格指數(shù)Y3影響的顯著水平P<0.01，說明各影響因素對響應(yīng)指標的影響極顯著。

表5 回歸方程方差分析

由表5分析各因素及其交互因素對漏播指數(shù)的影響可知，A、B、C、A2、B2、C2的顯著水平P<0.01，對漏播指數(shù)影響極顯著，AB的顯著水平P<0.05，對漏播指數(shù)影響顯著，其余各項的顯著水平P>0.5，對漏播指數(shù)影響不顯著。同理對重播指數(shù)的影響，A和B的顯著水平P<0.01，影響極顯著，其余各項的顯著水平P>0.1，影響不顯著。對合格指數(shù)的影響，AC、BC的顯著水平P>0.05，影響不顯著，其余各項顯著水平P<0.01，影響極顯著。

對已經(jīng)建立的回歸模型剔除不顯著因素的回歸模型方程為

Y1=1.75-1.46A+1.22B-0.42C-0.43AB+0.76A2+0.82B2+0.98C2

(8)

Y2=1.98+0.6A-0.52B

(9)

Y3=96.28+0.87A-0.69B+0.26C+0.52AB-0.83A2-0.97B2-1.02C2

(10)

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)的因素主次順序為負壓值、排種盤轉(zhuǎn)速、正壓值。對重播指數(shù)的影響，正壓值影響不顯著，其他兩因素的主次順序為負壓值、排種盤轉(zhuǎn)速。

3.3.3 試驗因素影響效應(yīng)分析與最佳參數(shù)優(yōu)化驗證

為了直觀地反映各影響因素對排種器性能的交互作用，采用降維法將排種盤轉(zhuǎn)速、負壓值和正壓值中任意一項調(diào)至零水平[21]，繪制出其他兩因素的交互作用對漏播指數(shù)和合格指數(shù)影響的響應(yīng)曲面圖，如圖12、圖13所示。

(a) 轉(zhuǎn)速—負壓交互作用響應(yīng)曲面

(a) 轉(zhuǎn)速—負壓交互作用響應(yīng)曲面

由圖12(a)、圖13(a)可知，正壓處于零水平(200 Pa)，負壓一定時，隨著排種盤轉(zhuǎn)速的增加，漏播指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，合格指數(shù)在轉(zhuǎn)速19 r/min時出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點由緩慢上升變?yōu)橄陆第厔?；排種盤轉(zhuǎn)速一定時，隨著負壓值不斷增加，漏播指數(shù)呈下降趨勢，合格指數(shù)在負壓1.7 kPa時出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點由上升變?yōu)橄陆档内厔荨?/p>

由圖12(b)、圖13(b)可知，排種盤轉(zhuǎn)速處于零水平(20 r/min)，正壓一定時，隨著負壓的增加，合格指數(shù)在負壓1.7 kPa出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點由上升變?yōu)榫徛陆担┎ブ笖?shù)先下降后保持穩(wěn)定；負壓一定時，隨著正壓的增加，合格指數(shù)在正壓210 Pa出現(xiàn)轉(zhuǎn)折呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，漏播指數(shù)緩慢上升。由圖12(c)、圖13(c)可知，負壓處于零水平(1.5 kPa)，正壓一定時，隨著排種盤轉(zhuǎn)速的增加，合格指數(shù)在轉(zhuǎn)速19 r/min出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點由緩慢上升變?yōu)橄陆担┎ブ笖?shù)呈上升趨勢；排種盤轉(zhuǎn)速一定時，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，合格指數(shù)在正壓值210 Pa附近達到峰值，漏播指數(shù)在正壓值210 Pa附近出現(xiàn)拐點呈現(xiàn)先小幅度下降后上升的趨勢。

合格指數(shù)取最大值，漏播指數(shù)和重播指數(shù)取最小值，在負壓值為1～2 kPa、排種盤轉(zhuǎn)速為15～25 r/min、正壓值為150～250 Pa范圍內(nèi)進行優(yōu)化求解。得到排種器較優(yōu)參數(shù)組合為：負壓值1.68 kPa，轉(zhuǎn)速19.15 r/min，正壓值209.56 Pa，此時合格指數(shù)為96.56%，漏播指數(shù)1.14%，重播指數(shù)2.32%。

在排種器性能試驗臺上對優(yōu)化后的理論結(jié)果進行試驗驗證，將負壓值設(shè)置為1.7 kPa，轉(zhuǎn)速設(shè)置為19 r/min，正壓值設(shè)置為210 Pa，試驗重復(fù)5次，得到合格指數(shù)平均值為96.43%，漏播指數(shù)平均值為1.63%，重播指數(shù)平均值為1.94%，試驗結(jié)果與理論結(jié)果基本相符，滿足國家標準要求。

4 結(jié)論

針對傳統(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)計了單盤多行獨立氣道式排種器，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) 對單盤多行獨立氣道式排種器排種盤、氣道盤、攪種裝置、清種器等關(guān)鍵部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。排種盤直徑235 mm，開有3圈吸種孔，每圈吸種孔個數(shù)為96。設(shè)計高速攪種裝置，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)計氣道盤結(jié)構(gòu)，僅在氣道盤正面環(huán)形凹槽內(nèi)通有負壓，負壓凹槽寬度為10 mm，深度為5 mm；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 mm。

2) 通過分析負壓值、排種盤轉(zhuǎn)速、正壓值對排種器性能影響的單因素試驗，得出各因素對排種性能指標的影響趨勢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。同時得到性能較好時各因素的合理變化范圍：負壓值為1～2 kPa，排種盤轉(zhuǎn)速15～25 r/min，正壓值150～250 Pa。

3) 選擇油菜種子進行三因素三水平二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合試驗，建立了評價指標的回歸方程和響應(yīng)曲面，確定影響因素的主次順序為：負壓值、排種盤轉(zhuǎn)速、正壓值；對較優(yōu)參數(shù)組合進行試驗驗證：負壓值1.7 kPa，轉(zhuǎn)速19 r/min，正壓值210 Pa，此時合格指數(shù)為96.43%，漏播指數(shù)1.63%，重播指數(shù)1.94%，滿足國家標準要求。