氣吸式玉米精量排種器雙側清種裝置設計與試驗

李玉環 楊 麗 張東興 崔 濤 和賢桃 胡 恒

(1.中國農業大學工學院， 北京 100083； 2.農業農村部土壤-機器-植物系統技術重點實驗室， 北京 100083)

0 引言

氣吸式精量排種器具有播種精度高、對種子尺寸要求不高、適應能力強以及作業速度高等優點[1-6]，在高速精量播種上應用最為廣泛[7-9]。清種是將吸孔處多余的種子清除，從而確保單孔單粒，過清或漏清均會導致排種器排種性能降低[9-12]，因此合適的清種裝置對于保證排種器作業質量至關重要。

國內外眾多學者對氣吸式排種器進行了大量研究，但大部分是針對充種功能的實現，關于清種的研究相對較少。祁兵等[13]設計了一種適用于滾筒式排種器的周向清種裝置，降低了低速作業重播率；劉云強等[14]設計了一種清種裝置，并通過仿真模擬優化了清種裝置結構參數，降低了非球類種子吸附的重播率。邢赫等[15]設計了一種適用于水稻氣力式排種器的清種裝置，有效地提高了氣力式排種器的排種精度。丁力等[16]對氣吸式排種器的清種機構進行優化設計，建立了清種過程數學模型，分析了清種過程的運動機理，有效地提高了清種合格率。氣吸式精量排種器多采用單側清種機構，對氣吸式精量排種器雙側清種研究鮮見報道。

為解決氣吸式玉米精量排種器清種裝置因設計不合理而造成漏清、過清，導致排種性能下降的問題，結合所研制的氣吸式玉米精量排種器特點，提出采用雙側清種裝置進行清種作業的方法，設計一種簡單、易調節、適應性強、清種效果好的雙側清種裝置，以期改善清種作業效果、提高排種器的排種性能。

1 排種器結構和工作原理

氣吸式玉米精量排種器結構如圖1所示，主要由卸種口、前殼體、種盤、上清種機構、下清種刀、推種裝置、后殼體、傳動軸、氣道等組成。工作時，氣道通入負壓氣流，吸孔處形成負壓狀態，傳動軸帶動種盤轉動，種子在負壓作用下吸附在型孔上，經過清種裝置將多余的種子清除，保留單孔單粒種子進入投種區，吸孔處種子在直線推種裝置和種盤吸孔的共同作用下沿著直線推種裝置豎直向下運動，到達投種位置，氣流阻斷，種子落入導種管，完成精量排種作業。

清種裝置是氣吸式精量排種器中降低重播、實現單粒精播的關鍵部件，結合排種器結構和工作原理設計了雙側清種裝置，如圖2所示，主要包括鋸齒形清種刀、雙弧形清種刀、調整刻度盤、調整螺栓、調整螺母、密封條等，清種主要分為上側清種和下側清種兩個階段，為實現吸孔處種子的初步清除，并將未清除的多余種子向吸孔下側擠壓以保證下側清種效果，上側清種采用鋸齒形清種刀結構，一端固定在前殼體定位孔上，另一端安裝在前殼體滑槽中，可根據不同種子外形尺寸調節清種刀位置，使種子與鋸齒形清種刀多次碰撞，將吸孔處多余的種子清除；為保證吸孔處種子順滑經過清種裝置，清除重吸種子，同時避免碰撞造成漏播現象，下側采用雙弧清種刀結構，與直線推種裝置設計為一體結構，安裝在前殼體上，對吸孔處的種子進行兩次順滑碰撞，將吸孔處多余的種子進一步清除，以保證單粒率。

2 清種過程分析

2.1 種盤性能分析

為保證良好的擾種、充種以及攜種效果，排種器種盤采用凹型組合型孔撥指種盤[17-19]，該種盤吸孔采用撥指條孔，通過撥指條孔與后殼體配合形成不規則形狀吸孔，且對撥指條孔進行倒角處理，如圖3所示，圖中不規則吸孔由直徑為d的半圓和不規則四邊形ABCD組成，組合吸孔的面積SABCD+Sd/2大于單獨圓形吸孔面積Sd，在相同負壓條件下，較圓形吸孔吸附壓力更大，吸附效果更好。并且吸孔邊緣開有倒角φ，擴大了種子與組合吸孔的接觸面積，同時對種子具有一定的托持作用，進一步提高了種子充種和攜種的良好性能，但對清種造成了困難。

2.2 重吸現象

由于種子吸附姿態以及種子外形尺寸的差異，吸孔不能完全密封，氣流通過不完全密封的型孔后，較強的吸附力再次吸附種子，導致一孔吸附多粒種子的現象[16],即重吸現象。凹型組合型孔盤較圓孔種盤在同等作業條件下吸附力和接觸面積均較大，更容易導致型孔吸附多粒種子，結合試驗發現，當種子脫離充種區時，多穩定攜帶2或3粒種子進入清種區。

2.3 清種過程

2.3.1上側清種分析

上側鋸齒形清種結構對吸孔處種子進行持續碰撞、擠壓，完成初步清種，并將型孔處未能清落的多余種子擠壓至吸孔下側，再由下側雙弧清種機構完成進一步清種，對種子在鋸齒形清種區進行受力分析，如圖4所示。

種子吸附在型孔處，隨著種盤以角速度ω順時針轉動，以吸孔中心為原點建立xyz三維坐標系，x軸正向為種子受到離心力負方向，y軸正向為種子受到空氣阻力的負方向(與種盤相切)，z軸正向為垂直于吸孔方向，種子受到吸孔吸附力F，吸孔的支持力N，清種裝置對種子的推力Fn，吸孔表面對種子的摩擦阻力Ff，清種鋸齒對種子的摩擦力Ff1，空氣阻力Ff2(忽略不計)，其中J、G、Ff1、Fn的合力為F1。吸附在型孔周圍的種子轉至清種區，在清種鋸齒的作用下將未占據吸孔優勢的種子清掉，使占據優勢的種子更加穩定，為保證占據優勢的種子不發生掉落，負壓氣流對種子產生的吸附力應至少大于種子掉落所需的力，其中種盤對種子的摩擦力起到阻礙掉落的作用，為保證吸附更加穩固，可忽略不計，因此應滿足平衡條件

(1)

其中

Ff1=μFn

(2)

式中G——種子重力，N

J——種子受到的離心力，N

Nx——種子支持力在x方向的分力，N

Ny——種子支持力在y方向的分力，N

Nz——種子支持力在z方向的分力，N

μ——玉米種子與種盤的摩擦因數

d1——吸孔中線到點E的距離，m

L——合力F1到點E的距離，m

α——受力點與水平方向的夾角，(°)

β——推力方向與x軸的夾角，(°)

Nxy為Nx和Ny在xy平面內的合力，結合式(1)可得

(3)

由種子在z平面內受力平衡，有

F1=Nxy

(4)

由式(1)～(4)可得

(5)

吸附力和真空度之間的關系為

F=ΔpSi

(6)

式中 Δp——型孔兩側壓差，Pa

Si——穩定吸附所需面積，m2

種子受到的離心力為

J=mω2r

(7)

式中m——種子質量，kg

r——吸孔位置半徑，mm

在實際工作中，考慮種間碰撞和機器振動等的影響，取吸種可靠性系數K1和工作穩定可靠性系數K2，結合式(5)～(7)可得

(8)

由式(8)可知，在排種器種盤結構和工作條件確定的情況下，種子穩定吸附所需面積Si與鋸齒對種子的作用力Fn呈正相關，增加清種鋸齒的作用力Fn，可打破原本穩定吸附的平衡狀態，將未占據優勢位置的種子清除，完成清種。因此鋸齒清種機構的鋸齒工作面在設計時要滿足逐漸逼近吸種孔的擠壓原理，以實現對種子作用力Fn的逐漸增大，打破原本穩定吸附的平衡狀態，實現清種功能。

2.3.2下側雙弧清種分析

上側鋸齒形清種刀，對種子產生連續碰撞擠壓，將重吸的種子進行清除，由于凹型組合型孔種盤良好的吸附和托持性能，采用單側鋸齒形清種刀難以實現徹底清種。為保證下側清種的作業效果，借助高速攝像技術對經過上側清種后重吸種子的吸附姿態進行分析，如圖5所示，經過上側清種后漏清重吸姿態多為上下緊貼，少數為雙粒左右緊貼、3粒緊貼，且重吸種子均位于吸孔中心偏下位置。因此通過在吸孔中心下側增加清種機構，實現對重吸種子的二次清種。下側清種機構采用雙弧清種刀結構，通過弧形結構實現對重吸種子的兩次碰撞，破壞重吸平衡狀態，將未占據優勢的種子進一步清除，保證排種器的單孔單粒排種作業。

3 關鍵參數設計

雙側清種機構是提高排種器分離精度的重要部件，結合排種器結構確定雙側清種裝置上側為鋸齒形清種機構，下側為雙弧清種機構。上側清種機構采用鋸齒形清種結構，對重吸種子進行初步清除，并將吸孔種子向吸孔下側擠壓；下側清種機構采用雙弧形結構，對重吸種子進一步清除，以保證排種器的分離精度。

3.1 上側清種刀關鍵參數

3.1.1引入段范圍確定

充入吸孔內的種子隨著排種盤的轉動離開充種區，位于吸孔邊緣未能穩定吸附的種子在重力和離心力的作用下脫離型孔落回充種區，穩定吸附的種子隨種盤進入清種區。通過試驗發現，當吸孔上的種子離開充種區距離大于3個種子長度時開始清種作業，可避免種群和清落種子回落對清種效果的影響，即LC1F≥3lm，以鄭單958種子為研究對象，通過實測取玉米種子最大長度lm=13 mm，結合種盤結構有

(9)

結合種盤結構參數，取r=82.5 mm，可知清種作用起始點位置θ2≥28.2°，為擴大清種區范圍，使得清種更加穩定，取清種作用段起始點A1位置θ2為30°，引入段避免清種刀對種子產生劇烈碰撞造成過清，引入段位置確定時要避免充種區種群的影響，結合試驗確定引入段起始點E的位置θ1為20°，因此引入段范圍為[20°,30°]。

3.1.2清種段形狀參數確定

鋸齒形狀參數主要由與吸孔中心距離和與水平方向角度確定，為確定清種段形狀參數，以工作面作用點與吸孔中心距離L為縱坐標，清種工作面作用點與水平方向角度θ為橫坐標，建立清種刀工作面長度和角度關系圖，如圖7所示。其中點E為引入段起始位置，點A1為清種作用段起始點位置，點A2、A3、A4為每個鋸齒的初始位置點，點B1、B2、B3、B4為每個鋸齒末端位置點，鋸齒關鍵拐點組成了鋸齒形狀參數。

點E位于水平位置20°方向的種盤邊緣，可確定點E(20°,17.5 mm)。點A1位于水平30°方向上，與吸孔中心距離為Lm，當吸孔吸附多粒種子時，每粒種子占據一部分吸孔面積，相對于單粒吸附穩定性較差，過大的碰撞力容易產生過清情況發生[13]，因此在點A1位置清種刀對吸孔種子產生較小的清種強度，主要對吸附多粒種子進行作用，要保證清種刀與多粒吸附種子接觸并產生作用力，不與單粒吸附種子接觸，則需滿足

lm/2

(10)

式中ln——種子最小長度，mm

由式(10)可知，單粒種子穩定吸附(可看作種子中心與吸孔中心重合)時不與A1接觸，即Lm大于玉米種子最大長度的一半；多粒種子穩定吸附(可看作種子一端與吸孔中心重合)時與A1接觸，即Lm小于等于玉米種子最小長度，通過實測取鄭單958種子最小長度ln=9 mm，可得6.5 mm

進入清種作用段，由A1至B1逐漸逼近吸孔，到達B1位置，第1級清種力度達到最大，經過B1位置，回到A2位置，清種力度瞬間減小，未清落的種子在吸孔吸附力的作用下恢復最佳吸附狀態，完成第1級清種；再由A2至B2重復逐漸逼近吸孔過程，完成下一級清種。4級清種過程每次均從同一清種力度開始逐漸增大，且每一級的清種力度逐漸加大，可確定A1、A2、A3、A4與吸孔中心的距離相同，均為Lm，B1、B2、B3、B4與吸孔中心距離逐漸減小。經過第1級清種盡可能多的吸孔種子受到清種作用，因此，應能保證最小種子單粒穩定吸附(可看作種子中心與吸孔中心重合)時與B1接觸，則有

LB1≤ln/2

(11)

為保證逐級清種的效果，LB1取最大值，即LB1=ln/2=4.5 mm。

經過最后一級清種后，型孔處未占優勢的多余種子大部分被清除，未清除的多余種子在清種刀的作用下位于吸孔下側，以便于下側清種機構的清種作業。為保證種子位于吸孔下側，并且高速條件下減少過清的情況，取點B4位于吸孔邊緣，即LB4=2.5 mm。為獲取逐級增大的清種強度，點B1、B2、B3、B4應逐漸接近吸孔中心，即與吸孔中心距離ΔL逐級減小，可得

ΔL=(LB1-LB4)/3

(12)

LB2=LB1-ΔL

(13)

LB3=LB1-2ΔL

(14)

式中 ΔL——每級清種點相差的距離，mm

LB1——點B1與吸孔中心距離，mm

LB2——點B2與吸孔中心距離，mm

LB3——點B3與吸孔中心距離，mm

LB4——點B4與吸孔中心距離，mm

將LB1、LB4的值代入式(12)～(14)可得ΔL≈0.67 mm，LB2=3.83 mm，LB3=3.16 mm。

為起到振落清種效果，要保證種子經過每一級清種后恢復吸附狀態，即第2級清種后的每個鋸齒長度均大于最大玉米種子長度，且鋸齒長度逐漸增大，則有

lA4B4>lA3B3>lA2B2>lm

(15)

對于三角形A2OB2，由余弦定理可知

(16)

由式(15)、(16)可得

(17)

又因

lOA2=Lm+r

(18)

lOB2=LB2+r

(19)

則有

(20)

將LB2、r、Lm和lm代入式(20)得ΔθB2>7.7°。

為保證鋸齒清種強度逐級增加條件下清種的穩定性，每個鋸齒的清種時間等值增加，即每個鋸齒占有角度以Δθ等值增加，則有

(21)

為合理利用清種區域范圍，由式(21)和前期試驗結果，最終確定ΔθB1為5°，ΔθB2為8°，ΔθB3為11°，ΔθB4為14°，Δθ為3°。

則可得點位置關系為

(22)

式中 ΔθB1——第1級清種所占角度，(°)

ΔθB2——第2級清種所占角度，(°)

ΔθB3——第3級清種所占角度，(°)

ΔθB4——第4級清種所占角度，(°)

θB1——點B1所在位置與水平方向夾角，(°)

θB2——點B2所在位置與水平方向夾角，(°)

θB3——點B3所在位置與水平方向夾角，(°)

θB4——點B4所在位置與水平方向夾角，(°)

通過式(22)，可得θB1=35°，θB2=43°，θB3=54°，θB4=68°，因此可確定點B1(35°，4.5 mm)，點B2(43°，3.83 mm)，點B3(54°，3.16 mm)，點B4(68°，2.5 mm)。點A2、A3、A4分別與B1、B2、B3在同一水平位置，因此可確定A1(35°，9 mm)，A2(43°，9 mm)，A3(54°，9 mm)。以直線依次連接A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4，可得鋸齒的形狀尺寸參數。

3.2 上下側清種裝置間隔角度

種子經過上側清種裝置位于吸孔下側，經過下側清種裝置碰撞將未清除干凈的重吸種子清除，上下清種裝置安裝位置用間隔角度來表示，為避免上下側清種裝置相互干擾造成過清發生，下側清種裝置位置確定時要保證在上側清種完成后，需滿足寬度方向吸附不產生交互碰撞，如圖8a；長度方向吸附不產生交互碰撞，如圖8b；厚度方向吸附不產生交互碰撞，如圖8c。其中點D1、D2位于半徑為R1的圓上，點D3、D4位于半徑為R2的圓上，點D5、D6位于半徑為R3的圓上，由余弦定理可得

(23)

其中

(24)

式中r1——點B4的半徑，mm

bm——種子最大寬度，mm

cm——種子最大厚度，mm

將式(24)代入式(23)中有

(25)

由式(25)可知，上下清種裝置間隔角度與上側清種刀末端B4的位置及種子外形尺寸有關，由前文分析確定了B4的位置，r1=85 mm，以鄭單958種子為研究對象，取lm=13 mm，bm=11 mm，cm=9 mm，代入式(25)中可得θD1OD2>8.8°，θD3OD4>9.8°，θD5OD6>10.2°，即上下清種間隔角度在半徑為R1=72 mm圓位置上大于8.8°，上下清種間隔角度在半徑R2=74 mm圓位置上大于9.8°，上下清種間隔角度在半徑R3=76 mm圓位置上大于10.2°。下側清種弧線確定時滿足上下清種角度間隔要求，可避免上下清種干擾造成的過清發生，結合試驗確定了間隔角θD1OD2為9°、θD3OD4為10°、θD5OD6為11.3°。

3.3 下側清種強度

下側清種機構采用雙弧形結構，對種子進行兩次逐級增強的清種作業，以保證排種器的排種精度。清種弧線頂端與型孔中心的距離決定了種子經過清種裝置時受到的清種強度，當距離越小時，清種強度越大，多余種子越容易被清落，但同時增大了正常吸附的單粒種子被清落的概率。如圖9所示，點C2、C3為吸孔中心位置，C4、C5分別為下側第1次和第2次清種弧線頂部位置，在半徑為r2、r3的半圓上，則有

(26)

為達到逐級增強的清種效果，則有

lC2C4>lC3C5

(27)

由式(26)、(27)可知

r3>r2

(28)

由式(28)可知，清種弧線頂端位置在圓心為O，半徑為r2、r3的圓上，且r3大于r2，為方便表達，將r2、r3分別定義為第1級和第2級清種弧線頂部半徑，確定合理的下側清種位置(即r2、r3的值)，可保證穩定的清種效果，本文通過優化試驗對下側清種半徑r2、r3進行確定。

4 試驗

4.1 試驗材料與設備

試驗選用未分級處理的鄭單958玉米種子，千粒質量為308.1 g。排種器通過螺栓固定安裝在JPS-12型計算機視覺精密排種器性能檢測試驗臺(黑龍江省農業機械科學研究院)上，如圖10所示，以離開充種區進入上側清種刀時的位置作為初始點，以離開下側清種刀位置為終止點，劃定試驗指標觀察區，利用高速攝像機記錄觀察區影像[20-21]，統計清種情況。

4.2 試驗方法

選取影響清種效果的第1級清種弧線頂部半徑r2、第2級清種弧線頂部半徑r3和排種器工作轉速為試驗因素進行全因素試驗[22-23]，本研究的氣吸式玉米精量排種器旨在實現10 km/h以上高速作業條件下的精量播種作業[19]，考慮高速作業工況下的效果，確定排種器轉速n為26.67、32.00、37.33 r/min 3個水平，排種器吸孔數為25，在株距25 cm條件下對應的作業速度分別為10、12、14 km/h。結合前期試驗，選取第1級清種弧線頂部半徑r2為80、81、82 mm 3個水平，第2級清種弧線頂部半徑r3為80、81、82 mm 3個水平，開展三因素三水平的全因素試驗，試驗共有27組，各因素水平如表1所示。

表1 試驗因素水平

為重點考察排種器清種性能，定義漏清率、過清率為試驗指標。為滿足該排種器正常工作的條件，結合前期工作壓力試驗，確定試驗工作壓力為3.5 kPa；另根據玉米種植株距要求，確定試驗株距為25 cm。排種器工作過程中，采用高速攝像機記錄觀察區內的工作影像，為避免排種器轉速增大產生漏吸進而影響考察清種裝置清種效果，采用高速攝像統計數據時去除漏吸情況，將經過觀察區型孔上種子未被清除導致2粒(包含2粒)的情況判定為漏清，被清落導致無種子的情況判定為過清，每組試驗檢測型孔的數量不低于360個，重復3次[24]，漏清率與過清率計算公式為

Mp=n1/Np×100%

(29)

Dp=n2/NP×100%

(30)

式中Mp——漏清率，%

Dp——過清率，%

n1——漏清型孔數

n2——過清型孔數

Np——記錄的總型孔數

4.3 試驗結果與分析

試驗結果如表2所示，表中數據形式為平均值±標準差。整理試驗結果，在3種不同速度下，分別對第1級下側清種強度和第2級下側清種強度進行顯著性分析，結果如圖11所示。圖中相同轉速、相同半徑下的不同字母表示差異顯著。

表2 全因素試驗結果

4.3.1各因素對漏清率的影響

在工作轉速26.67 r/min下，第1級清種弧線頂部半徑r2和第2級清種弧線頂部半徑r3對漏清率均有顯著影響。隨著r2的增大，漏清率顯著降低，在r2為80 mm時，漏清率最高，r2為82 mm時，漏清率最低。隨著r3的增大，漏清率出現顯著降低，在r3為80 mm時，漏清率最高，r3為82 mm時，漏清率最低，但81 mm和82 mm對漏清率的影響差異不顯著。

在工作轉速32.00 r/min下，第1級清種弧線頂部半徑r2和第2級清種弧線頂部半徑r3對漏清率均有顯著影響。隨著r2的增大，漏清率出現顯著降低，在r2為80 mm時，漏清率最高，r2為82 mm時，漏清率最低，但81 mm和82 mm對漏清率的影響差異不顯著。隨著r3的增大，漏清率出現顯著降低，在r3為80 mm時，漏清率最高，r3為82 mm時，漏清率最低，但80 mm和81 mm對漏清率的影響差異不顯著。

在工作轉速37.33 r/min下，第1級清種弧線頂部半徑r2和第2級清種弧線頂部半徑r3對漏清率均有顯著影響。隨著r2的增大，漏清率出現顯著降低，在r2為80 mm時，漏清率最高，r2為82 mm時，漏清率最低，但81 mm和82 mm對漏清率的影響差異不顯著。隨著r3的增大，漏清率出現顯著降低，在r3為80 mm時，漏清率最高，r3為82 mm時，漏清率最低，但81 mm和82 mm對漏清率的影響差異不顯著。

在各個工作轉速梯度下，隨著清種強度的增加，漏清率逐漸降低。究其原因為：當r2和r3增加時，清種弧線頂端與吸孔中心距離越近，對種子的作用力增強，加劇了對多余種子碰撞，更容易將吸孔處的多余種子清除，降低漏清的情況發生率。

4.3.2各因素對過清率的影響

在各個工作轉速下，第1級清種弧線頂部半徑r2和第2級清種弧線頂部半徑r3對過清率均有顯著影響。隨著清種強度增大，過清率出現顯著升高。在r2和r3為80 mm時，過清率最低；在r2和r3為82 mm時，過清率最高。但r2為80、81 mm與r3為80、81 mm對過清率的影響差異不顯著。隨著r2和r3的增加，清種弧線頂端與吸孔中心距離越近，對種子的作用力增強，加劇了對種子碰撞，容易將未穩定吸附的種子清除，造成漏播發生。

4.4 回歸分析

對試驗結果進行回歸分析，各因素及其交互作用對漏清率Y1、過清率Y2影響如表3所示。

表3 各參數對排種性能的顯著性分析

由表3可以看出，r2、r3對漏清率具有極顯著影響，且r2和r3存在交互作用。工作轉速n、第1級清種弧線頂部半徑r2、第2級清種弧線頂部半徑r3對過清率具有極顯著影響，且工作轉速與第1級清種弧線頂部半徑r2不存在交互作用，工作轉速與第2級清種弧線頂部半徑r3不存在交互作用。

根據表3的方差分析結果，得到3個性能指標擬合回歸方程為

(31)

(32)

式中各參數均為實際值，模型顯著性檢驗p<0.05，表明該模型具有統計學意義。根據試驗結果和擬合回歸方程，以漏清率和過清率最小為尋優條件采用Design-Expert軟件進行處理[25]，綜合考慮各個速度條件下的清種效果，得到清種強度的最佳參數組合為r2=80.70 mm、r3=81.42 mm，在該強度組合下工作轉速為29.31 r/min時作業效果最佳。然后，考慮實際作業過程中播種速度的多變性，在26.67～37.33 r/min的作業條件下，對優化后的理論值進行試驗驗證，在相同的試驗條件下重復驗證試驗3次，理論最佳參數組合和試驗結果如表4所示。

由表4可知，在r2為80.70 mm，r3為81.42 mm的最佳參數組合下，理論優化結果和實際作業結果基本一致。實際作業過程中，工作轉速26.67～37.33 r/min條件下，漏清率均不大于1.10%，過清率均不大于1.03%，清種效果較好。說明采用清種強度逐級增強(即為第2級清種弧線頂部半徑大于第1級清種弧線頂部半徑)的清種方法，可有效提高下側清種效果，避免漏清、過清造成的排種器性能下降的情況發生，與前文的理論分析一致。

4.5 對比試驗

為考察雙側清種方式對排種器清種性能的改善效果，采用同一排種器結構安裝雙側清種和單側清種(鋸齒形上側清種裝置)進行對比試驗。選取工作轉速為26.77、32.00、37.33 r/min，在相同試驗條件下選用玉米品種鄭單958進行試驗，試驗時清種裝置處于最佳作業狀態，利用高速攝像機記錄并統計漏清率和過清率，采用中國農業大學自主研發的排種器性能檢測試驗臺[26]檢測安裝不同清種裝置排種器的合格率、漏播率、重播率，以驗證清種裝置對排種器性能的提升效果，每組試驗檢測播種量不低于360個，重復3次，試驗結果如表5所示。

表5 對比試驗結果

對比試驗結果可知，在工作轉速為26.67 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低6.70個百分點，過清率基本不變，排種器合格率升高7.04個百分點；在工作轉速為32.00 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低4.63個百分點，過清率基本不變，排種器合格率升高5.07個百分點；在工作轉速為37.33 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低7.41個百分點，過清率降低0.24個百分點，排種器合格率升高7.26個百分點。采用單側鋸齒形清種裝置對吸孔處種子進行碰撞清種，由于種盤吸孔吸附穩定性的特點，漏清情況過多，導致排種器重播率較高，且增加清種強度容易造成過清，導致漏播率升高。采用雙側清種裝置，對吸孔處種子進行兩側清種，有效降低了漏清率，減少了重播情況的發生；同時減小了單側清種強度，對過清率也有一定的改善，降低了漏播率，有效改善了排種器的性能。

5 結論

(1)針對氣吸式玉米排種器清種裝置因存在漏清、過清而造成排種性能下降的問題，通過分析造成重漏的原因，建立了清種過程數學模型，分析了清種過程的運動機理，優化設計了雙側清種裝置，并對清種裝置的關鍵參數進行理論分析，確定了上下側清種機構關鍵參數的設計方法。

(2)選取第1級清種弧線頂部半徑、第2級清種弧線頂部半徑和工作轉速為主要因素進行了全因素試驗，并對試驗結果進行顯著性分析，建立了因素與指標的回歸方程，以漏清率和過清率最小為尋優條件，得到較優清種強度最佳的參數組合為：r2=80.70 mm、r3=81.42 mm。在最佳參數組合下進行了驗證試驗，結果表明，在實際作業過程中，當工作轉速為26.67～37.33 r/min時，漏清率均不大于1.10%，過清率均不大于1.03%，與理論優化結果基本一致。

(3)采用同一排種器結構安裝雙側清種和單側清種進行了對比試驗，結果表明，工作轉速為26.67 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低6.70個百分點，過清率基本不變，排種器合格率提高7.04個百分點；工作轉速為32.00 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低4.63個百分點，過清率基本不變，排種器合格率提高5.07個百分點；工作轉速為37.33 r/min時，采用雙側清種裝置漏清率降低7.41個百分點，過清率降低0.24個百分點，排種器合格率提高7.26個百分點。采用雙側清種裝置有效降低了漏清率，在高速情況下對過清率也有一定的改善，可有效提高排種器的作業效果。