勺輪式電驅(qū)動玉米排種器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：針對傳統(tǒng)地輪驅(qū)動式勺輪排種傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、現(xiàn)有電驅(qū)動排種技術(shù)不適應(yīng)云南高原地貌等問題，設(shè)計(jì)一款勺輪式電驅(qū)動玉米排種器。利用SolidWorks軟件對關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對種勺內(nèi)種子進(jìn)行受力分析確定排種器最高轉(zhuǎn)速。利用EDEM軟件對排種器的工作過程進(jìn)行仿真研究，探究轉(zhuǎn)速對合格率、漏播率和重播率的影響。對排種器電驅(qū)動部分相關(guān)模塊的硬件設(shè)備進(jìn)行選型，根據(jù)各個(gè)模塊功能制定播種系統(tǒng)作業(yè)流程。以作業(yè)速度、投種口高度、播種株距為試驗(yàn)因素，以播種合格率、漏播率和重播率為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行臺架試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)播種作業(yè)速度為5 km/h，投種口高度為40 mm，播種株距為260 mm時(shí)，播種質(zhì)量最好，合格率為90.89%，漏播率為3.76%，重播率為5.35%，滿足云南地區(qū)飼用玉米精量播種的農(nóng)藝要求。

關(guān)鍵詞：玉米；勺輪式；排種器；電驅(qū)動；排種質(zhì)量

中圖分類號：S223.2"" """文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" 文章編號：2095?5553 （2025） 02?0048?09

Design and test of spoon?wheel type electric drive corn seeders

Zhang Zhenmei1， Yang Wencai1， Zhu Longtu1， Wu Chong2， Ren Zhongtao1

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Yunnan Agricultural University， Kunming， 650201， China;

2. China Shipbuilding Industry Corporation Emergency Warning and Rescue Equipment Co.， Ltd.， Wuhan， 430299， China）

Abstract： Aiming at the problems of the complex transmission structure of the traditional ground wheel drive type spoon wheel row seeding and the existing electric drive seed arrangement technology not suitable for the geomorphology of the Yunnan Plateau， a spoon?wheel type electric drive corn seed row device was designed. SolidWorks software was used to design key components and perform force analysis of seeds in the seed spoon to determine the maximum speed of the seeder. EDEM software was used to simulate the working process of the seeder and explore the influence of rotational speed on the pass rate， missed broadcast rate and replay rate. The hardware equipment of the relevant modules of the electric drive part of the seeder was selected， and the operation process of the seeding system was formulated according to the functions of each module. Finally， the operation speed， seed opening height and sowing plant spacing were taken as the test factors， and the sowing qualification rate， missed sowing rate and replay rate were used as the evaluation indexes to carry out the bench test. The results showed that the sowing quality was best when the sowing speed was 5 km/h， the height of the seed opening was 40 mm， and the sowing distance was 260 mm. At this time， the pass rate was 90.89%， the missed rate was 3.76%， and the replay rate was 5.35%， which met the agronomic requirements for precise sowing of feed corn in Yunnan.

Keywords： corn; spoon?wheel type; seeders; electric drive; seeding quality

收稿日期：2023年5月18日""""""" 修回日期：2023年8月25日

? 基金項(xiàng)目：云南省重大科技專項(xiàng)（2019ZG00902—03）；云南省“興滇英才支持計(jì)劃”產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才專項(xiàng)（XDYC—XYCX—2022—0012）

第一作者：張振美，女，1996年生，山西晉中人，碩士研究生；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。E?mail： 1261538312@qq.com

通訊作者：楊文彩，女，1973年生，昆明人，博士，教授；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。E?mail： yangwencai2005@126.com

0 引言

良好的播種質(zhì)量是保證玉米產(chǎn)量穩(wěn)步提升的前提。精密排種器是播種機(jī)的關(guān)鍵部件，其工作性能好壞直接影響播種質(zhì)量[1]。勺輪式排種器是一種機(jī)械式精密排種裝置，因單粒播種性能良好，在玉米、豆類等中耕作物播種機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。

為提升排種器播種質(zhì)量，國內(nèi)外很多學(xué)者已展開大量研究。Jack等[2]設(shè)計(jì)了一種大豆玉米同步播種的氣力式排種器，該排種器通過省去分級工序提高工作效率。陳德福[3]以垂直勺輪式排種器為研究對象，通過臺架試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)排種器中勺輪的轉(zhuǎn)速大小是影響排種器播種質(zhì)量的主要因素。黃與霞等[4]通過臺架試驗(yàn)研究勺輪式玉米排種器在垂直方向的振動特性，發(fā)現(xiàn)振幅和作業(yè)速度對評價(jià)指標(biāo)具有顯著影響。近年來，隨著電控技術(shù)快速發(fā)展，電驅(qū)動排種技術(shù)在播種作業(yè)時(shí)得以應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)播種機(jī)地輪驅(qū)動排種器存在滑移漏播、傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。Johnston等[5]研發(fā)了精密排種器機(jī)電一體化的傳動系統(tǒng)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)電一體化的傳動系統(tǒng)在各方面的性能指數(shù)均高于傳統(tǒng)機(jī)械式傳動的排種器，大大提高了播種質(zhì)量。Kamgar等[6]設(shè)計(jì)了一套電驅(qū)動排種器，不僅簡化了排種器的傳動結(jié)構(gòu)還可以在播種過程中對每行的播種情況進(jìn)行單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)精量播種。然而，云南耕地以高原地貌為主，緩坡、丘陵、小地塊多，土壤類型多樣且黏性重，傳統(tǒng)地輪驅(qū)動排種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且現(xiàn)有電驅(qū)動排種裝置多用于平原地區(qū)作業(yè)，不適用云南丘陵山地。

為此，本文在勺輪式排種器結(jié)構(gòu)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展勺輪式排種器電驅(qū)動系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)，通過排種過程中種子受力分析確定勺輪盤的極限轉(zhuǎn)速，基于EDEM仿真分析確定排種器工作轉(zhuǎn)速范圍，利用臺架試驗(yàn)探究排種盤轉(zhuǎn)速、投種口高度和播種株距對排種器播種質(zhì)量的影響，確定排種器最佳工作參數(shù)組合，為云南玉米電驅(qū)動排種器裝置開發(fā)提供技術(shù)參考。

1 勺輪式電驅(qū)動排種器結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 排種器結(jié)構(gòu)組成

勺輪式電驅(qū)動排種器結(jié)構(gòu)如圖１所示，主要由減速鏈輪、排種軸、步進(jìn)電機(jī)、排種盤、勺輪盤等組成。

1.2 排種器的工作原理

工作原理如圖2所示，通過排種盤、固定護(hù)板和勺輪盤配合形成勺式窩眼，該窩眼在轉(zhuǎn)動過程中與種子耦合。工作時(shí)，由閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)通過減速鏈輪驅(qū)動排種盤和勺輪盤轉(zhuǎn)動，種子由輸種管進(jìn)入種子室，勺式窩眼與種群相互作用，完成充種過程；排種軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)勺輪盤轉(zhuǎn)動到清種區(qū)時(shí)，勺式窩眼中多余的玉米種子會在自身重力和離心力的雙重作用下掉回充種區(qū)；種勺攜帶一顆種子繼續(xù)轉(zhuǎn)動到遞種區(qū)，當(dāng)經(jīng)過固定護(hù)板的缺口時(shí)在重力及離心力的作用下掉入排種盤的“U”形凹槽中；排種盤帶著種子繼續(xù)轉(zhuǎn)動進(jìn)入護(hù)種區(qū)，在經(jīng)過護(hù)種階段后，轉(zhuǎn)到排種口位置時(shí)，玉米種子在自身重力的作用下進(jìn)入輸種管，完成排種過程。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 排種器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

勺輪盤和排種盤是勺輪式電驅(qū)動排種器的關(guān)鍵組成部分。勺輪盤結(jié)構(gòu)如圖3所示、排種盤結(jié)構(gòu)如圖4所示。在一定情況下增加勺輪盤的尺寸，能通過增加充種時(shí)間來提高充種質(zhì)量。充種時(shí)間計(jì)算如式（1）所示。

[t=lc/v0=30 000α/πn] （1）

式中： [t]——勺輪盤經(jīng)過充種區(qū)的時(shí)間；

[lc]——充種區(qū)的弧長，[lc=α×r]；

[α]——充種區(qū)所對的圓心角，[α=20°]；

[r]——勺輪盤半徑，mm；

[v0]——勺輪盤線速度，m/s，[v0=nπr/30 000]；

[n]——勺輪盤轉(zhuǎn)速，r/min。

由式（1）可知，勺輪盤尺寸的大小對充種時(shí)間的長短不會造成影響。因此設(shè)計(jì)的勺輪盤，種勺數(shù)目選擇為18個(gè)，[r]設(shè)計(jì)為105"mm。

鑒于對云南地區(qū)主要玉米種子品種“家佳榮2號”三軸尺寸測量結(jié)果的分析，其長度尺寸集中在8～12"mm之間，最大長度是14.9"mm，為使排種器能夠有效囊取種子，將勺式窩眼直徑設(shè)計(jì)為15"mm，即半徑為7.5"mm。

勺式窩眼傾斜角大小是保證玉米種子能否通過自身重力滑入排種盤U型凹槽的關(guān)鍵參數(shù)，所以玉米種子自身重力需大于其與種勺之間的摩擦力，計(jì)算如式（2）所示。

[arctanμ=θ] （2）

式中： [μ]——玉米種子與種勺間的動摩擦系數(shù)；

[θ]——圓柱與勺輪盤面之間的傾斜角，（°）。

種子主要受與鋁合金材料間的靜摩擦力，試驗(yàn)測得玉米種子與鋁合金材料之間的靜摩擦系數(shù)[μ]為0.41，計(jì)算可得[θ]為[22.29°]，為了保證勺式窩眼與排種隔板所構(gòu)成的凹腔不會對種子造成擠壓，取整[θ]為[28°]。

2.2 驅(qū)動電機(jī)選型

2.2.1 驅(qū)動方式確定

傳統(tǒng)勺輪式排種器主要依靠地輪與地面之間的摩擦力帶動鏈條來驅(qū)動排種器轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致播種機(jī)傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易出現(xiàn)地輪打滑現(xiàn)象，影響播種均勻性，且播種株距依靠齒輪變速箱手動換擋實(shí)現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速[7]。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動勺輪式排種器排種，通過控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)排種器的無級調(diào)速。

2.2.2 驅(qū)動電機(jī)的選擇

常用的步進(jìn)電機(jī)有開環(huán)和閉環(huán)兩種，因閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)自帶旋轉(zhuǎn)編碼器，能保證定位精度的準(zhǔn)確性，通過降低對加減速曲線的要求可以防止失步堵轉(zhuǎn)[8]，所以選用閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動排種器轉(zhuǎn)動。選用的步進(jìn)電機(jī)型號為路斯特57BYG250D，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

2.3 控制模塊選型與設(shè)計(jì)

2.3.1 核心控制模塊選型

PLC控制器結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)，具有較高的靈活性，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精密播種機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制的一種設(shè)備[9]。在綜合考慮閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制需求及相關(guān)設(shè)備間兼容性的基礎(chǔ)上，選擇無錫信捷XD3-24R-E型號PLC作為核心控制模型。

2.3.2 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)

選用TGA"63G-ET型觸摸顯示屏作為人機(jī)交互模塊，觸摸顯示屏性能參數(shù)如表2所示。

觸摸顯示屏和PLC控制器連接，實(shí)現(xiàn)對播種情況的設(shè)定與監(jiān)測，通過觸摸顯示屏設(shè)置所需參數(shù)。人機(jī)交互界面還可以實(shí)時(shí)顯示玉米播種作業(yè)狀況，對播種作業(yè)的速度、閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)工作情況等信息進(jìn)行監(jiān)控。

2.3.3 速度采集模塊選擇

由于霍爾傳感器可通過霍爾效應(yīng)原理，將磁場強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換為電平變化，又有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、響應(yīng)范圍廣、使用壽命長、操作方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合玉米播種作業(yè)的要求，選用恒惠電氣NJK-8002C霍爾傳感器作為播種速度檢測單元，其性能參數(shù)如表3所示。

2.4 電驅(qū)動系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電驅(qū)動系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

PLC控制器根據(jù)用戶輸入的播種株距及作業(yè)速度，計(jì)算出排種器轉(zhuǎn)速并通過I/O口輸出相應(yīng)頻率的脈沖驅(qū)動信號，使之作用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，進(jìn)而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動排種器按照需求轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，PLC控制器實(shí)時(shí)采集霍爾傳感器的輸出信號，計(jì)算出播種機(jī)對應(yīng)的作業(yè)速度；之后，PLC控制器將播種速度等相關(guān)信息實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上，方便用戶查看。

3 排種過程理論分析及仿真

3.1 種子受力分析

排種器充種時(shí)，若圓周運(yùn)動速度過快，種子離心力隨之變大，離開充種區(qū)后種子容易脫離種勺，且玉米種子形狀不規(guī)則，勺窩囊種存在不確定性，可能會囊取到1粒、2?；蚨嗔７N子，甚至出現(xiàn)囊取不到種子的現(xiàn)象。為此選取勺輪盤運(yùn)動到充種區(qū)和清種區(qū)分界線位置時(shí)的種子進(jìn)行受力分析，受力情況如圖6所示。以玉米種子的幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，種子幾何中心指向勺輪盤的圓心方向?yàn)閤方向，建立右手系直角坐標(biāo)系。

3.2 排種器的仿真分析

3.2.1 仿真模型及參數(shù)設(shè)置

運(yùn)用三維繪圖軟件SolidWorks設(shè)計(jì)出簡化的排種器模型并導(dǎo)入EDEM軟件中[10]，根據(jù)前期對云南本地品種“家佳榮2號”玉米種子力學(xué)特性參數(shù)的測量，獲得如表4所示的仿真參數(shù)。

仿真模型選擇的是Hertz—Mindlin無滑動接觸模型，為了保證仿真過程的連續(xù)性，建立一個(gè)有1"000顆玉米顆粒的模型，其初始速度為0，以500個(gè)/s的速率生成，設(shè)定的仿真總時(shí)長為8"s（前2"s內(nèi)生成所需顆粒，后6"s內(nèi)進(jìn)行排種），網(wǎng)格尺寸是最小顆粒半徑的2倍，排種器仿真過程如圖7所示。

3.2.2 仿真結(jié)果分析

仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。隨著排種器轉(zhuǎn)速的增加，合格率是呈現(xiàn)先增加后下降的變化趨勢；漏播率呈現(xiàn)不斷增加的趨勢；重播率呈現(xiàn)先下降后增加的變化趨勢。參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T"1143—2006《播種機(jī)質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》[11]要求，精密排種器主要性能指標(biāo)合格率≥80%、重播率≤15%、漏播率≤8%，可以看出，當(dāng)排種器的轉(zhuǎn)速在10～60"r/min時(shí)，排種器播種質(zhì)量滿足要求。

4 臺架試驗(yàn)與分析

4.1 試驗(yàn)材料和方法

為探究不同因素對勺輪式電驅(qū)動玉米排種器作業(yè)性能的影響，開展相應(yīng)的排種性能測試試驗(yàn)，播種試驗(yàn)臺如圖9所示。

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T"6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》[12]，對勺輪式電驅(qū)動玉米排種器的播種質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，臺架試驗(yàn)把玉米種子的株距合格率A、漏播率M以及重播率D作為評價(jià)指標(biāo)，計(jì)算如式（5）～式（7）所示。

[A=n1/N'×100%] （5）

[M=n0/N'×100%] （6）

[D=n2/N'×100%] （7）

式中： [n1]——型孔數(shù)量；

[N']——型孔總數(shù)量；

[n0]——含兩粒即以上玉米種子的穴孔數(shù)量；

[n2]——不含芽種的空穴孔數(shù)量。

4.2 單因素試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前已有研究成果把作業(yè)速度、投種口高度以及播種株距作為試驗(yàn)因素，其他試驗(yàn)因素的數(shù)值不發(fā)生變化，把合格率、漏播率以及重播率作為評價(jià)指標(biāo)，確定出各試驗(yàn)因素的最佳水平區(qū)間，為后續(xù)的多因素試驗(yàn)提供依據(jù)[13]。參考玉米播種的相關(guān)農(nóng)藝要求，作業(yè)速度取值范圍為2～10"km/h、投種口高度取值范圍為35～50"mm、播種株距取值范圍為150～400"mm，并取其作業(yè)速度中間值為4"km/h、投種口高度為40"mm、播種株距為200"mm作為理論合格試驗(yàn)因素。在保證三因素中兩因素不變，剩余一因素從最低水平增加至最高水平，依次進(jìn)行試驗(yàn)[14]。

4.2.2 結(jié)果分析

在不同作業(yè)速度條件下，模擬玉米播種作業(yè)過程得到的評價(jià)指標(biāo)變化如圖10所示。可以看出，作業(yè)速度增加時(shí)，合格率呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢，作業(yè)速度約6"km/h時(shí)，合格率最高，達(dá)到90.15%；當(dāng)作業(yè)速度較低時(shí)，勺輪盤轉(zhuǎn)速慢，重播率高，合格率低；當(dāng)作業(yè)速度較高時(shí)，勺輪盤轉(zhuǎn)速快，勺輪舀種情況不理想，容易出現(xiàn)漏播現(xiàn)象導(dǎo)致漏播率增加，所以作業(yè)速度范圍應(yīng)取2～8"km/h。

設(shè)置不同的投種口高度，模擬玉米播種作業(yè)過程得到的評價(jià)指標(biāo)變化如圖11所示?？梢钥闯?，合格率隨投種口高度的增加先增大再減小，重播率穩(wěn)定在5%左右。當(dāng)投種口高度在35～45"mm時(shí)，漏播率下降；當(dāng)投種口高度為45"mm時(shí)，合格率大于91.54%；當(dāng)投種口高度大于45"mm時(shí)，投種高度過高導(dǎo)致種子與地面碰撞增大，合格率降低，所以投種口高度范圍應(yīng)取35～45"mm。

設(shè)置不同的播種株距，模擬玉米播種作業(yè)過程得到的評價(jià)指標(biāo)變化如圖12所示。合格率隨播種株距的增加先增大再減小，漏播率隨播種株距的增加逐漸降低，重播率先降低后增加。當(dāng)播種株距小于250"mm時(shí)，播種速度較高，株距較小，容易出現(xiàn)重播情況，合格率偏低；當(dāng)播種株距為250"mm時(shí)，合格率達(dá)到最高，為92.53%，所以播種株距范圍應(yīng)取150～350"mm。

4.3 多因素試驗(yàn)

4.3.1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

為得出勺輪式電驅(qū)動玉米排種器的最佳參數(shù)組合，以作業(yè)速度、投種口高度以及播種株距作為試驗(yàn)因素，把合格率、漏播率以及重播率作為評價(jià)指標(biāo)對排種器進(jìn)行三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定試驗(yàn)因素水平設(shè)置[15]。因素水平編碼表如表5所示、試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)結(jié)果如表6所示。

4.3.2 回歸模型與顯著性分析

利用軟件Design—Expert10.0.7對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析[16]，分別建立合格率、漏播率、重播率與各試驗(yàn)因素之間的回歸模型，剔除不顯著因素后得到回歸方程，如式（8）～式（10）所示，所得的試驗(yàn)結(jié)果如表7～表9所示。

[A=91.53+1.07X1+1.98X2+0.88X3-5.35X12-9.38X22-2.88X32] （8）

[M=4.66+1.68X1-5.67X2-1.64X3+1.69X12+8.60X22+1.79X32] （9）

[D=3.82-2.75X1+3.69X2+3.66X12+1.10X32] （10）

由表7～表9可知，三個(gè)回歸模型的P值均小于0.000"1，失擬項(xiàng)的檢驗(yàn)結(jié)果均為不顯著，分別是P=0.854"7、P=0.555"6、P=0.262"2，說明回歸模型顯著，回歸方程有意義。經(jīng)方差分析，各試驗(yàn)因素對合格率的影響順序?yàn)椋鹤鳂I(yè)速度、投種口高度、播種株距；對漏播率的影響順序?yàn)椋和斗N口高度、播種株距、作業(yè)速度；對重播率的影響順序?yàn)椋鹤鳂I(yè)速度、播種株距、投種口高度。

4.3.3 響應(yīng)曲面分析

通過Design—Expert10.0.7軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析，得到各因素對于試驗(yàn)指標(biāo)的響應(yīng)曲面。

由圖13（a）可知，當(dāng)作業(yè)速度和投種口高度同時(shí)增大時(shí)，合格率先增大后減小。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，投種口高度增加，合格率先增大后減?。划?dāng)投種口高度一定時(shí)，作業(yè)速度增大，合格率先增大后減小。由圖13（b）可知，當(dāng)作業(yè)速度和播種株距同時(shí)增大時(shí)，合格率先增大后減小。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，播種株距增加，合格率先增大后減小；當(dāng)播種株距一定時(shí)，作業(yè)速度增大時(shí)，合格率先緩慢增大后減小。由圖13（c）可知，當(dāng)投種口高度與播種株距同時(shí)增大時(shí)，合格率先增大后減小。當(dāng)投種口高度一定時(shí)，播種株距不斷增加，合格率先增大后減小；當(dāng)播種株距一定時(shí)，投種口高度增加，合格率先緩慢增大后減小。

由圖14（a）可知，當(dāng)作業(yè)速度和投種口高度同時(shí)增大時(shí)，漏播率先減小后增大。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，投種口高度不斷增大，漏播率先減小后增大；當(dāng)投種口高度一定時(shí)，作業(yè)速度增大，漏播率先減小后增大。由圖14（b）可知，當(dāng)作業(yè)速度與播種株距同時(shí)增大時(shí)，漏播率先減小后增大。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，播種株距增加，漏播率先減小后增大；當(dāng)播種株距一定時(shí)，作業(yè)速度增大，漏播率先減小后增大。由圖14（c）可知，當(dāng)投種口高度與播種株距同時(shí)增大時(shí)，漏播率先增加后降低。當(dāng)投種口高度一定時(shí)，播種株距增加，漏播率先減小后增大；當(dāng)播種株距一定時(shí)，投種口高度增大，漏播率先減小后增大。

因素交互作用對重?fù)苈视绊懙捻憫?yīng)曲面如圖15所示。

由圖15（a）可知，當(dāng)作業(yè)速度和投種口高度同時(shí)增大時(shí)，重播率逐漸減小。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，投種口高度增大，重播率逐漸增大；當(dāng)投種口高度一定時(shí)，作業(yè)速度增大，重播率逐漸減小。由圖15（b）可知，當(dāng)作業(yè)速度和播種株距同時(shí)增大時(shí)，重播率逐漸減小。當(dāng)作業(yè)速度一定時(shí)，播種株距增大，重播率先減小后增大；當(dāng)播種株距一定時(shí)，作業(yè)速度增大，重播率逐漸減小。由圖15（c）可知，當(dāng)投種口高度和播種株距同時(shí)增大時(shí)，重播率逐漸增大。當(dāng)投種口高度一定時(shí)，播種株距增大，重播率先減小后增大；當(dāng)播種株距一定時(shí)，投種口高度增大，重播率逐漸增大。

4.4 參數(shù)優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn)

利用Design—Expert10.0.7軟件，對所得回歸方程進(jìn)行優(yōu)化求解，得到了排種器最佳工作參數(shù)組合，作業(yè)速度為5.17"km/h，投種口高度為40.70"mm，播種株距為259.53"mm，此時(shí)排種器的播種性能最佳，合格率為91.74%，漏播率為4.09%，重播率為4.17%。為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化的最佳工作參數(shù)，重復(fù)開展5次臺架驗(yàn)證試驗(yàn)，取其平均值并將其與優(yōu)化的理論結(jié)果進(jìn)行對比，試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。試驗(yàn)得播種合格率為90.89%，漏播率為3.76%，重播率為5.35%，試驗(yàn)結(jié)果表明了理論分析的可靠性，且最佳工作參數(shù)組合下的試驗(yàn)指標(biāo)滿足云南地區(qū)飼用玉米精量播種的農(nóng)藝要求。

5 結(jié)論

1）"勺輪式電驅(qū)動玉米排種器摒棄傳統(tǒng)的機(jī)械式傳動系統(tǒng)，利用電機(jī)驅(qū)動排種器的轉(zhuǎn)動，精簡排種器的傳動系統(tǒng)，減輕整機(jī)的質(zhì)量。依據(jù)所測得的玉米種子特性，對勺輪式排種器的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。勺輪盤的直徑設(shè)計(jì)為210"mm，種勺數(shù)目取18個(gè)，勺窩半徑設(shè)計(jì)為7.5"mm，圓柱與勺輪盤面之間的傾斜角設(shè)計(jì)為28°。

2）"為確保種勺內(nèi)的玉米種子不被甩出，對勺輪盤的極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行理論計(jì)算，計(jì)算得到極限轉(zhuǎn)速為80.13"r/min。利用EDEM軟件對勺輪式玉米排種器進(jìn)行仿真試驗(yàn)，研究排種器轉(zhuǎn)速對播種質(zhì)量的影響及變化的趨勢，通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)排種器轉(zhuǎn)速在10～60"r/min時(shí)，播種質(zhì)量較好。

3）"通過單因素試驗(yàn)分析得到排種質(zhì)量各參數(shù)最佳水平區(qū)間：作業(yè)速度范圍為2～8"km/h，投種口高度范圍為35～45"mm，播種株距范圍為150～350"mm。運(yùn)用Design—Expert10.0.7軟件進(jìn)行三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，建立各因素與評價(jià)指標(biāo)間的回歸模型，得出作業(yè)速度為5.17"km/h，投種口高度為40.70"mm，播種株距為259.53"mm時(shí)，播種效果最佳，此時(shí)合格率為90.89%，漏播率為3.76%，重播率為5.35%，滿足云南地區(qū)飼用玉米精量播種的農(nóng)藝要求。

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