動定指勺夾持式玉米精量排種器優化設計與試驗

王金武 唐 漢 關 睿 李 鑫 白海超 田立權

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

引言

玉米精量播種是根據農藝要求利用精密播種機械將玉米種子精準定量地播入土壤預定位置的先進技術[1-2]，其重點是在保證播種密度前提下，實現粒距均勻和播深一致。精量排種器作為實現精密播種技術的核心工作部件，是保證播種粒距均勻性的重要手段，也是國內外學者研究的重點與熱點[3-5]。機械式排種器因具有結構簡單、維修方便、造價低廉等特點得到廣泛應用[6]。目前市場較常用的機械式排種器主要為勺盤(輪)式和指夾式兩種，通過旋轉舀取或平面擺動夾持的方式進行充種作業，已基本解決玉米單粒播種問題。

近些年，國內外學者對舀、夾式排種器進行了大量研究[7-13]，這些研究多以結構形式創新為主，提高了常規作業下舀、夾單粒率，但整體仍存在對玉米種子形狀及尺寸要求嚴格，適播范圍相對小，高速作業質量有待改善等問題，無法完全滿足實際精量播種作業要求。

針對上述問題，為提高機械式玉米排種器作業質量與適播范圍，設計一種基于限位導引原理的動定指勺夾持式玉米精量排種器，對其工作原理進行分析，優化關鍵部件指勺種盤和限位導引總成結構參數，采用單因素適應性試驗、多因素優化試驗及對比試驗檢驗排種器作業性能，以期為玉米精量播種機具及其關鍵部件的創新設計提供技術參考及可行方案。

1 排種器結構與工作原理

1.1 主要結構

動定指勺夾持式玉米精量排種器主要由排種軸、指勺種盤(種盤端蓋、定夾指勺、動夾指勺和微調彈簧)、限位導引總成(深溝槽凸輪盤殼體、調控擺臂、調節螺母和調控拉桿)、滾動滑輪、卸種濾板、清種毛刷和固裝底殼等部件組成，其整體結構如圖1a所示。其中指勺種盤和限位導引總成是排種器核心工作部件，其設計配置的合理性直接影響機具作業質量。指勺種盤主要由18套動定指勺系統(定夾指勺和動夾指勺)及微調彈簧安裝于種盤端蓋內組合而成，定夾指勺與種盤端蓋固定裝配，動夾指勺與微調彈簧配合安裝于種盤端蓋卡槽內。動夾指勺外側配置滾動滑輪，保證指勺種盤整體在凸輪盤殼體深溝槽導軌內平穩柔順運動，防止出現卡滯現象。配合調控擺臂進行復合限位導引，共同控制指勺系統開啟空間，進行夾持充種以適應不同等級尺寸玉米種子的播種作業。動、定夾指勺皆由耐磨性尼龍材料制成，避免夾持時種子滑落及傷種問題。清種毛刷由豬鬃制成，可人為調整毛刷角度來控制清種程度。卸種濾板位于固裝底殼正下方，以便清除播種作業后排種器內殘余的種子。

圖1 動定指勺夾持式玉米精量排種器結構圖Fig.1 Structure diagrams of clamping static and dynamic finger-spoon maize precision seed metering device1.排種軸 2、7.深溝槽凸輪盤殼體 3、6.種盤端蓋 4.定夾指勺 5.動夾指勺 8.固裝底殼 9.調控擺臂 10.滾動滑輪 11.微調彈簧 12.卸種濾板 13.調節螺母 14.調控拉桿 15.清種毛刷 Ⅰ.充種區 Ⅱ.清種區 Ⅲ.導種區 Ⅳ.投種區

1.2 工作原理

排種器工作過程主要分為夾持充種、運移清種、平穩導種和零速投種4個串聯階段，如圖1b所示。正常作業時，玉米種子由種箱填充至充種區內，通過固裝底殼自身物料仿架空限位結構控制種子流動狀態，保證充種區內種子數量動態平衡。通過調控擺臂調節凸輪盤殼體深溝槽充種區位置處導軌軌跡進行復合限位導引，控制指勺系統開啟空間以保證各等級尺寸玉米種子的穩定夾持。機具行走輪通過鏈傳動將動力傳至排種軸，并帶動指勺種盤整體進行旋轉運動。定夾指勺自身固定不動僅隨種盤進行圓周旋轉，玉米種子在指勺種盤的旋轉攪動下進行分種，動夾指勺在復合導軌和微調彈簧共同作用下沿種盤徑向進行定時伸縮開閉，形成速度不等圓周種群層。當運動至充種區時動夾指勺開啟，種子在自身重力、種群碰撞摩擦力及指勺支持力共同作用下進行夾持取種；當離開充種區時動夾指勺在彈簧力作用下柔性閉合并夾持多粒種子，完成充種過程。指勺系統夾持種子運移至清種區時，配合清種毛刷作用除去受力不均的多余種子，保證單粒夾持取種，完成清種過程。單粒種子被夾持進入導種區，動夾指勺平穩開啟，完成導種環節。種子被運移至投種點拋送瞬間在自身重力和離心力作用下進行零速投送，完成投種過程。通過各環節共同作用提高機具播種質量與適播范圍，實現精密播種作業。

2 排種器關鍵部件結構設計

2.1 指勺種盤

指勺種盤是排種器的關鍵執行部件，主要由種盤(前后)端蓋、動定指勺系統及微調彈簧等部件組成。如圖2所示，定夾指勺均勻周向固裝于種盤端蓋上，且隨指勺種盤進行旋轉運動，動夾指勺布置于種盤端蓋卡槽內，通過動夾指勺對微調彈簧進行定位壓縮，實現動夾指勺隨種盤旋轉和沿種盤徑向伸縮的復合運動，形成動、定指勺間開閉腔體對玉米種子穩定夾持。同時動夾指勺底部兩側對應配置滾動滑輪，以便于指勺種盤在凸輪盤殼體深溝槽導軌內平穩運動。

圖2 指勺種盤結構圖Fig.2 Structure diagram of finger-spoon plate1.種盤前端蓋 2.滾動滑輪 3.動夾指勺 4.種盤后端蓋 5.定夾指勺 6.微調彈簧

動定指勺系統直接與玉米種子接觸夾持，其結構形狀及尺寸參數的設計影響機具充種性能。由于不同玉米品種形狀尺寸間差異性較大，使得常規排種器播種適應范圍有限，因此本文對不同類型玉米種子的尺寸分布進行研究測定，優化設計動、定指勺結構參數，分析指勺平穩夾持臨界條件，改善排種器充種質量及適應性能。

2.1.1玉米種子尺寸分級

玉米種子幾何尺寸是設計動、定指勺結構參數的主要依據，是影響指勺穩定精量夾持的重要因素。為提高排種器夾持取種適應范圍，合理設計指勺結構參數，本文選取不同等級尺寸玉米種子進行研究。目前中國尚未建立玉米種子尺寸等級劃分相關標準，結合玉米種植調研現狀[14-15]，選取黑龍江地區種植范圍較廣且尺寸等級不同4種玉米品種作為供試種子。通過人工分級清選處理，按形狀尺寸差異將供試種子分為扁形大粒、扁形小粒、圓形大粒和圓形小粒，如圖3所示。

圖3 玉米種子分級效果圖Fig.3 Effect diagrams of maize seeds grading

隨機挑選各類型種子1 000顆測定其幾何尺寸，統計其均值和標準差，如表1所示。分析數據可知，4種類型供試種子尺寸集中分布于不同范圍，具有較顯著差異，但其三軸尺寸均呈中等偏態分布。在動、定指勺結構參數優化設計過程中，應保證指勺滿足多種類型玉米種子夾持要求，提高排種器作業質量。

表1 玉米種子幾何尺寸參數Tab.1 Geometric dimension parametersof maize seeds mm

2.1.2動定指勺系統

在夾持充種過程中，指勺系統整體隨指勺種盤進行圓周旋轉運動，動夾指勺相對于定夾指勺進行徑向伸縮運動，依靠其兩者間形成空間腔體夾持種子。在動、定指勺設計過程中，應簡化勺體內部結構，保證勺體弧面光滑過渡，各向夾持受力均勻平穩，減少指勺邊緣對種子損傷。如圖4所示，設計時將所夾持種子簡化為橢球體，通過橢圓形截曲線進行旋轉掃描切除優化得到指勺實體，其指勺凹曲面為橢圓形，同時動、定指勺凹曲面沿截曲線傾斜切線對稱設計。本文以動夾指勺為例，對其參數進行設計分析，定夾指勺相關尺寸相同，其主要結構參數為指勺凹曲面切線傾斜角α、指勺夾持作用深度L、指勺夾持作用寬度W。

圖4 動定指勺系統結構圖Fig.4 Structure diagram of static and dynamic finger-spoon system1.定夾指勺 2.動夾指勺 3.微調彈簧

為提高指勺夾持充種質量與適應范圍，結合各等級玉米種子幾何尺寸分布，指勺基本參數應遵循的設計原則[16]為

(1)

動、定指勺凹曲面皆由橢圓形截曲線旋轉掃描優化而成，其橢圓長軸與水平成傾斜角，以夾持中心(近似為被夾持種子質心)為坐標原點O，建立直角坐標系xOy，則指勺凹曲面傾斜截曲線方程為

(2)

圖5 指勺夾持力學分析Fig.5 Analysis of clamped force by finger-spoon

為研究指勺系統夾持充種穩定性，分析被夾持種子與系統間保持相對平衡且不被甩離的臨界條件，對充種過程指勺系統和種子的運動狀態進行力學分析。如圖5所示，為根據指勺夾持種子實際運動狀態抽象的模型示意圖，以指勺種盤旋轉中心為坐標原點O，建立直角坐標系XOY。選取伸縮夾持過程中動夾指勺進行受力分析，動夾指勺主要受到微調彈簧彈力FR、被夾持種子反向支持力FN1、被夾持種子反向摩擦力FS1、定夾指勺滑道支持力FN3、定夾指勺滑道摩擦力FS3、指勺所受離心力FC1和指勺自身重力G1共同作用。根據達朗貝爾原理，若保證動夾指勺平穩夾持，則各平衡力系應滿足

(3)

其中

(4)

式中m1——動夾指勺質量，g

g——重力加速度，m/s2

k——微調彈簧剛度系數，N/mm

Δx——微調彈簧伸縮變形量，mm

ω——指勺種盤旋轉角速度，rad/s

R1——動夾指勺旋轉半徑，mm，近似為質心規則圓柱體

β——動夾指勺旋轉圓周角，(°)

μ1——動夾指勺與玉米種子間摩擦因數

μ2——動、定指勺間摩擦因數

在此基礎上，以玉米種子為研究對象進行力學分析，種子主要受到動夾指勺夾持支持力FN1、動夾指勺夾持摩擦力FS1、定夾指勺夾持壓力FN2、定夾指勺夾持摩擦力FS2、種子所受離心力FC2和種子自身重力G2共同作用。若保證種子被平穩夾持并進行圓周旋轉運動，則沿種子運動軌跡法線和切線方向應受力平衡，其各力間應滿足

(5)

其中

(6)

式中m2——玉米種子質量，g

R2——玉米種子旋轉半徑，mm，近似為質心規則橢球體

將式(3)～(6)合并整理簡化可得

(7)

由于排種器整體結構限制，指勺種盤圓周直徑不可過大，設定種盤旋轉半徑(即玉米種子旋轉半徑)R2為185.0 mm，根據夾持充種角度要求可知動夾指勺旋轉圓周角β≤90°，常規排種旋轉角速度ω∈(1.5,5.3) rad/s，各材料間摩擦因數恒定，將上述參數代入式(7)中，可得工況下所設計指勺凹曲面切線傾斜角α應小于33.8°，以保證指勺平穩夾持作業。根據式(1)、(7)及玉米種子尺寸參數，設計指勺凹曲面切線傾斜角α為30°，指勺夾持作用深度L為13.5 mm，指勺夾持作用寬度W為7.2 mm。

2.2 限位導引總成

2.2.1限位導引原理

為精準平穩的控制指勺系統的開啟與閉合，有效串聯各排種作業環節，本文采用凸輪復合導引方式優化設計了限位導引總成。如圖6所示，限位導引總成主要由深溝槽凸輪盤殼體、調控擺臂、調節螺母和調控拉桿(未標注)等部件組成。實際作業時，結合播種玉米種子形狀尺寸要求，通過調控拉桿及型孔控制調控擺臂的位置，改變充種區位置處凸輪盤殼體深溝槽導軌軌跡，實現復合限位作用，進而調節指勺系統伸縮開閉行程空間。指勺種盤整體依靠外側配置的滾動滑輪被約束于復合導軌內，限位導引總成固定不動，指勺種盤隨排種軸進行旋轉運動，通過微調彈簧和導引總成共同作用實現動夾指勺的徑向伸縮夾持。

圖6 限位導引總成復合約束示意圖Fig.6 Schematic diagram of composite constraints by limited guiding assembly1.定夾指勺 2.動夾指勺 3.微調彈簧 4.滾動滑輪 5.調控擺臂 6.深溝槽凸輪盤殼體

充種過程是排種器夾持運移的初始環節，也是最重要環節之一，合理穩定調節充種區域內指勺伸縮開啟空間是提高整體作業質量的重要保證。指勺開啟行程過大，易夾持多粒種子造成重播現象；指勺開啟行程過小，易夾持不到種子造成漏播現象。因此在充種區域配置圓弧形調控擺臂，安裝于凸輪盤殼體內，一端固定鉸接于凸輪盤殼體，另一端通過調控型孔調節擺臂的作用尺寸及角度，實現指勺導軌的復合導引約束。根據玉米種子形狀尺寸差異、指勺種盤及凸輪盤整體配置要求，設計調控擺臂調節尺寸范圍為0～24 mm，即當調控擺臂調節尺寸為0 mm時，完全依靠凸輪盤殼體深溝槽導軌進行約束導引；當調控擺臂調節尺寸大于0 mm時，依靠復合導軌進行約束導引。調控擺臂調節尺寸范圍直接影響排種器夾持充種性能，也是提高排種器作業質量和適播范圍的重要因素，因此在后續臺架試驗階段將對此因素開展試驗研究。

2.2.2凸輪盤導軌輪廓曲線

深溝槽凸輪盤殼體是限位導引總成的基礎載體部件，其深溝槽導軌輪廓曲線直接準確適時的控制指勺系統開閉，應根據排種器各作業環節區域劃分及指勺伸縮行程要求對導軌輪廓曲線進行設計。排種器各環節區域劃分應遵循如下原則：盡量加大充種區域作業范圍，保證充種性能穩定性與可靠性；使指勺系統緩慢過渡至清種區，保證有效清除受力不均的多余種子；使導種區快速過渡至投種區，防止指勺連帶作用，保證排種器有效零速投種。根據上述原則及充種區內種群具體位置，設計充種區角度為85°，清種區角度為120°，導種區角度為100°，投種區角度為55°。

圖7 深溝槽凸輪盤導軌輪廓曲線示意圖Fig.7 Schematic diagrams of contour curve in groove cam

在此基礎上，對深溝槽導軌輪廓曲線進行優化設計，綜合分析指勺種盤處于低中速運行狀態，作業過程中指勺系統將產生柔性沖擊，所設計的深溝槽凸輪盤屬于“力鎖合”凸輪機構[17]，所優化的導軌輪廓曲線為間歇式可升離凸輪曲線。采用反轉法[18]對凸輪盤導軌輪廓曲線進行求解，如圖7所示，滾子中心A點即為導軌凸輪曲線理論輪廓曲線。重點對充種區至清種區升程段、投種區至充種區升程段和清種區至導種區回程段進行設計，其方程為

(8)

式中S1——充種區至清種區升程位移，mm

S2——清種區至導種區回程位移，mm

S3——投種區至充種區升程位移，mm

δ——旋轉相位角，(°)

δ1——充種區至清種區升程運動角，(°)

δ2——清種區至導種區回程運動角，(°)

δ3——投種區至充種區升程運動角，(°)

h1——充種區遠休行程，mm

h2——清種區遠休行程，mm

r0——導軌輪廓曲線基圓半徑，mm

根據指勺系統伸縮夾持空間及時間要求，設定導種區至投種區輪廓曲線為基圓曲線，其半徑r0為50 mm，充種區遠休行程h1為8 mm，清種區遠休行程h2為14 mm，充種區至清種區升程運動角δ1為20°，清種區至導種區回程運動角δ2為55°，投種區至充種區升程運動角δ3為35°，將上述代入式(8)中，即可得到所優化設計深溝槽導軌輪廓曲線。

3 臺架性能試驗

3.1 試驗材料與條件

試驗地點為東北農業大學排種性能實驗室。試驗材料為前期研究測定的4種等級尺寸玉米品種(扁形大粒、扁形小粒、圓形大粒和圓形小粒)，通過人工分級清選處理，保證供試種子形狀均勻、飽滿無損傷及蟲害，測定各類型玉米種子千粒質量分別為：扁形大粒331.08 g、扁形小粒281.12 g、圓形大粒302.87 g、圓形小粒275.23 g，其平均幾何尺寸參照表1。

試驗裝置主要由動定指勺夾持式玉米精量排種器和JPS-12型排種器性能檢測試驗臺(黑龍江省農業機械工程科學研究院研制)組成，如圖8所示。在試驗過程中，排種器固定安裝于臺架，種床帶相對于排種器反向運動，模擬播種機具實際前進狀態，噴油泵將黏性油液噴于種床帶上，玉米種子從排種器落至涂有油層的種床帶，通過試驗臺圖像采集處理系統進行實時檢測并采集數據，以準確測定各項排種性能指標[19-20]。

圖8 排種性能試驗臺Fig.8 Test bed of seeding performance experiments1.動定指勺夾持式玉米精量排種器 2.安裝臺架 3.噴油泵 4.驅動電動機 5.圖像采集處理系統 6.種床帶

3.2 試驗因素與指標

根據前期理論分析、預試驗研究及實際生產經驗可知，在動定指勺夾持式玉米精量排種器結構參數確定的前提下，影響機具排種質量與適播范圍的主要因素為排種器工作轉速和調控擺臂調節尺寸，因此試驗過程中將針對兩因素開展單因素適應性試驗和多因素優化試驗相關研究，并在工況下與其他排種器進行性能對比。通過調節性能檢測試驗臺變頻器控制排種器工作轉速，通過調節排種器調控拉桿控制調控擺臂調節尺寸，以提高試驗可操作性及準確性。

根據玉米播種作業農藝要求，參考GB/T 6973—2005《單粒(精密)播種機試驗方法》和JB/T 10293—2001《單粒(精密)播種機技術條件》，選取玉米播種株間合格指數和變異系數為試驗指標，以評價排種器作業質量、適播范圍及穩定性。其相關計算公式分別為

(9)

(10)

式中S——株間合格指數，%

C——株間變異系數，%

n0——單粒排種數，顆

N——理論排種數，顆

n′——樣本穴距總數，個

x——理論播種穴距，mm

3.3 試驗內容與方法

為檢驗排種器作業質量及對各等級尺寸種子的作業適應性與穩定性，結合實際播種作業要求及各因素可控有效范圍，采用單因素試驗，研究在排種器工作轉速15～45 r/min和調控擺臂調節尺寸0～24 mm工況下機具作業質量變化規律。

在此基礎上，選取圓形大粒玉米種子為作業對象，采用二因素五水平二次旋轉正交組合試驗研究排種器最佳工作參數組合，并在最佳工況下進行混合不分級種子性能對比試驗，設定試驗因素編碼如表2所示。在單因素及多因素試驗過程中，每組試驗重復5次，每次連續記錄種床帶上由排種器穩定工作時排出的250顆種子，其他各項參數保持恒定，數據處理取平均值作為試驗結果。

3.4 試驗結果與分析

3.4.1單因素試驗結果與分析

以排種器工作轉速和調控擺臂調節尺寸為試驗因素，進行單因素適應性試驗以分析各因素對性能評價指標的影響規律，試驗方案與結果如表3和表4所示。

表2 試驗因素編碼Tab.2 Coding of experimental factors

由表3可知，調控擺臂調節尺寸為12 mm時，分別設定排種器在工作轉速為15、20、25、30、35、40、45 r/min工況下進行作業(對應種床帶反向運動速度為3、4、5、6、7、8、9 km/h)。運用Matlab軟件對試驗數據進行處理，分析相應指標變化趨勢可知，隨工作轉速增加，排種器對各等級尺寸種子排種指標均呈降低趨勢(合格指數逐漸降低，變異系數逐漸增加)。排種器工作轉速為15～45 r/min時，對圓形大粒種子排種性能最優，其合格指數大于84.21%，變異系數小于15.13%；對扁形小粒種子排種性能次之；對圓形小粒種子排種性能最差，其合格指數大于80.30%，變異系數小于21.67%。工作轉速大于30 r/min時，對各等級尺寸種子排種指標降低趨勢逐漸加大，主要由于夾持接觸時間減小，導致指勺充種性能下降，但均可滿足精量播種作業要求。

表3 各類型玉米種子在不同工作轉速下試驗結果Tab.3 Experiment results of maize seeds with different types under different rotational speeds %

表4 各類型玉米種子在不同調節尺寸下試驗結果Tab.4 Experiment results of maize seeds with different types under different adjustment dimensions %

由表4可知，工作轉速為30 r/min時，分別設定排種器在調控擺臂調節尺寸為0、4、8、12、16、20、24 mm工況下進行作業。運用Matlab軟件對試驗數據進行處理，分析相應指標趨勢可知，隨調節尺寸增加，排種器對各等級尺寸種子排種指標均呈先增加后降低趨勢(合格指數先增加后降低，變異系數先降低后增加)。調控擺臂調節尺寸為0～24 mm時，對圓形大粒種子排種性能最優，其合格指數大于85.04%，變異系數小于17.24%；對扁形大粒種子排種性能次之；對圓形小粒種子排種性能最差。調節尺寸為16 mm時，對圓形大粒種子合格指數最高為90.12%；調節尺寸為12 mm時，對圓形大粒種子變異系數最低為12.33%。

3.4.2多因素試驗結果與分析

通過單因素分析可知，在工況條件下排種器均可適應4種等級尺寸玉米種子的精密播種作業。在此基礎上，選取排種性能較優的圓形大粒玉米種子為作業對象，進行二因素五水平二次旋轉正交組合設計試驗研究，對影響因素進行顯著性分析，以期得到排種器最佳工作參數組合[21-22]，并在最佳工況下開展混合不分級種子性能對比試驗。在試驗過程中，由于人為控制調控擺臂調節尺寸，試驗操作實際值與理論參數設計值存在一定誤差，但其最大誤差為1.7%，在可接受范圍內，對排種器工作轉速和調控擺臂調節尺寸兩參數設計值進行結果分析，具體試驗設計方案與測定結果如表5所示，其中x1為排種器工作轉速編碼值，x2為調控擺臂調節尺寸編碼值。

表5 試驗方案與結果Tab.5 Results and design of tests

通過Design-Expert 6.0.10軟件對試驗數據回歸分析，進行因素方差分析，篩選出較為顯著影響因素，得到性能指標與因素編碼值間回歸方程。

(11)

(12)

為直觀地分析試驗指標與因素間關系，運用Design-Expert 6.0.10軟件得到響應曲面，如圖9所示。

圖9 各因素對試驗性能參數的響應曲面Fig.9 Response surfaces of factors to qualified index

在作業評價指標滿足精密播種要求前提下，對各因素影響規律進行分析，根據相關回歸方程和響應曲面圖等高線分布密度可知，排種器工作轉速和調控擺臂調節尺寸交互作用對合格指數和變異系數影響均較顯著。由圖9a可知，工作轉速一定時，合格指數隨調節尺寸增加而先增加后降低；調節尺寸一定時，合格指數隨工作轉速增加而降低；工作轉速變化時，合格指數變化區間較大，因此工作轉速是影響合格指數的主要因素。由圖9b可知，工作轉速一定時，變異系數隨調節尺寸增加而先降低后增加；調節尺寸一定時，變異系數隨工作轉速增加而增加。調節尺寸變化時，變異系數變化區間較大，因此調節尺寸是影響變異系數的主要因素。

為得到試驗因素最佳工作組合，對其進行優化設計，建立參數化數學模型，結合因素邊界條件，遵循高速精量播種作業(提高作業效率與質量)原則，采用多目標變量優化方法[23-24]，對合格指數和變異系數的回歸方程進行分析，建立非線性規劃參數模型為

(13)

基于Design-Expert 6.0.10軟件中的多目標參數優化模塊對數學模型進行分析求解，可得當排種器工作轉速為30.5 r/min，調控擺臂調節尺寸為12.0 mm時，排種器對圓形大粒玉米種子排種質量與穩定性最優，其合格指數為88.90%，變異系數為12.74%。根據優化結果進行試驗驗證，其合格指數為88.41%，變異系數為12.32%，與優化結果基本一致。

在單因素適應性試驗和多因素優化試驗基礎上，在最佳工作參數組合工況下開展不分級混合種子排種試驗研究，并選用美國Precision Planting公司生產的指夾式玉米排種器進行性能對比。保證4種等級尺寸玉米種子數量相同且混合均勻，重復5次試驗進行數據處理。試驗結果表明，當排種器工作轉速為30.5 r/min，調控擺臂調節尺寸為12.0 mm時，所設計的動定指勺夾持式玉米排種器對混合種子的合格指數為87.11%，變異系數為12.01%；國外進口指夾式玉米排種器對混合種子的合格指數為93.87%，變異系數為14.78%。對比分析可知，動定指勺夾持式玉米排種器播種質量略低于國外進口指夾式玉米排種器，有待后續改進優化，但其適播范圍與夾持穩定性相對較優，整體播種變異系數較低，可與目前國內玉米種子分級較少現狀相適應，滿足我國精量播種作業要求。

4 結論

(1)設計了一種動定指勺夾持式玉米精量排種器，闡述了排種器總體結構及工作原理，對其關鍵部件指勺種盤和限位導引總成結構參數進行了優化設計，提高了排種質量與適播范圍。

(2)以4種等級尺寸玉米種子為作業對象，以工作轉速和調節尺寸為試驗因素，株間合格指數和變異系數為試驗指標，采用單因素試驗研究各因素對性能指標影響規律。試驗結果表明，排種器對各等級尺寸玉米種子均具有良好的適應性，可滿足精量播種作業要求；隨工作轉速增加，對各等級尺寸種子排種指標呈降低趨勢；隨調節尺寸增加，對各等級尺寸種子排種指標呈先增加后降低趨勢。

(3)采用多因素二次正交旋轉組合設計試驗研究排種器最佳工作參數組合，建立排種性能指標與試驗參數間數學模型，運用Design-Expert 6.0.10軟件對試驗結果進行分析，對回歸數學模型進行優化驗證。試驗結果表明，當排種器工作轉速為30.5 r/min，調控擺臂調節尺寸為12.0 mm時，對圓形大粒玉米種子排種作業性能最優，其合格指數為88.41%，變異系數為12.32%。

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