變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器優化設計與試驗

張開興 李金鳳 宋正河 劉賢喜,3 劉 磊

(1.山東農業大學機械與電子工程學院， 泰安 271018； 2.中國農業大學工學院， 北京 100083；3.山東省園藝機械與裝備重點實驗室， 泰安 271018)

0 引言

排種器作為播種機的關鍵核心部件，其性能直接影響播種質量[1-2]。氣吸式排種器具有不傷種子、對種子外形尺寸要求不嚴、作業速度高等優點，已成為精量播種機的主要研究方向[3]。丁力等[4]設計了一種具有輔助充種作用的玉米氣吸式高速精量排種器，在充種區利用型孔凸臺對種子進行擾動和托持，在卸種區能夠實現均勻排種，大大提高了合格指數。耿端陽等[5]設計了一種傾斜圓盤式排種器，并通過試驗對圓盤結構進行優化，確定圓盤錐角為39°、型孔數為30個，充種效果好、可適應高速作業要求。顏丙新等[6]設計了一種排種盤和負壓腔室同步旋轉的氣吸式排種器，通過固定連接排種盤與負壓腔室在作業時同步旋轉，達到低氣壓損失、高排種精度的效果。DIZAJI等[7]設計了一種氣力式精密排種器的噴氣投種裝置，研究了排種盤轉速、投種裝置的氣流速度對種子破損率、充種率和出苗率的影響。SINGH等[8]運用電子控制計量系統對精量排種器排種過程進行實時監測與反饋，降低漏播，提高了播種質量精度。雷小龍等[9]設計了一種充種攪拌裝置，解決了油菜小麥種子排種器充種能力不足的問題。

上述研究雖在排種器結構和排種方式上有所創新，但針對圓盤型排種器播種不同粒徑種子仍需更換排種圓盤，尚未實現多粒徑種子的播種[10-12]。基于此，本文設計一種型孔可調的變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器，通過雙圓盤旋轉組合變換出不同的型孔直徑，以實現對不同粒徑種子的播種；對圓盤上型孔排布及型孔形狀進行合理設計，通過仿真試驗獲取最優型孔組合參數；通過臺架試驗和正交試驗獲得排種器作業參數，并借助田間試驗驗證排種器可靠性。

1 結構與原理

1.1 整體結構

變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器主要由氣室殼、氣吸墊、旋轉圓盤、固定圓盤、清種器、種箱、傳動軸等部件組成，如圖1所示。雙圓盤的一側是氣室，它通過氣室殼出口與風機管道相連，另一側是種室，作業時圓盤旋轉，足夠的負壓使圓盤上的型孔在充種區吸附種子，然后經過清種器刮掉多余的種子，進而保證播種量精確。種子隨著圓盤轉動離開負壓區，型孔對種子失去吸附力，種子靠自重掉入導種管，最終落入種床，完成排種過程[13-16]。

圖1 排種器結構示意圖Fig.1 Schematic of seeder structure1.蓋盤螺母 2.氣室殼蓋盤 3.固定螺栓 4.氣室殼 5.氣吸墊 6.氣吸墊壓盤 7.插盤螺栓 8.固定插盤 9.旋轉圓盤 10.固定圓盤 11.清種器 12.后殼 13.傳動軸

1.2 變粒徑雙圓盤結構設計

雙圓盤結構如圖2a所示，排種器設置有旋轉圓盤和固定圓盤，二者通過同軸相向旋轉，使兩圓盤上相同直徑的型孔重合，通過插盤螺栓進行固定，可以對不同粒徑的種子進行播種工作。當種子受到自身重力均勻流至充種區時，在充種區形成種堆，固定圓盤朝向種室的一面設置有擾種輥，對貼近排種圓盤的種子起攪動、梳理作用，使種子不斷產生運動并向上涌動，以降低種子間的摩擦力與粘附力，提高充種能力[17]。

圖2 圓盤結構示意圖Fig.2 Schematic of disk structure1.插盤螺栓 2.固定插盤 3.旋轉圓盤 4.固定圓盤 5.擾種輥 6.固定螺母 7.傳動軸

現有排種圓盤直徑范圍為140～260 mm，通過理論計算和經驗參考，選取雙圓盤直徑為240 mm，制作材料采用1 mm厚的不銹鋼鋼板。圓盤型孔分布情況如圖2b所示，兩圓盤上設置有A、B、C、D4種不同大小的型孔，根據型孔直徑公式d=(0.64～0.66)Bl，Bl為種子平均寬度，以油菜種、菠菜種、高粱種、大豆種4種具代表性種子為例，測得平均粒徑為1.2、1.9、2.8、5.4 mm，計算后選擇4種型孔直徑為0.8、1.2、1.8、3.5 mm。當同類籽粒的不同品種在尺寸差別不大的情況下，依然可以采用相應的型孔，若差距大，可更換圓盤上其他型孔或對種子進行丸化處理，然后進行播種。型孔一般設置在排種盤邊緣15～20 mm，且型孔所在圓周直徑范圍為100～230 mm，考慮到圓盤設置有4種型孔，故將最外側孔徑設置在距離排種盤邊緣15 mm處，各排型孔所在圓周相距5 mm，所以型孔A、B、C、D所在圓周半徑分別為105、100、95、90 mm。由于排種器能夠對不同粒徑的種子進行播種，排種圓盤的型孔數極其重要，在型孔直徑確定的情況下，型孔越多，排種器轉速越低，利于提高充種率、降低破損率；反之，型孔越少，在保證播種株距前提下，排種器轉速將越高。排種圓盤的型孔數量計算公式為

(1)

式中Dw——圓盤直徑，m

vc——播種機作業速度，m/s

δ——地輪滑移率，一般為0.05～0.12

vl——種子脫落時的線速度，m/s

k——株距，m

考慮到最外側大粒徑種子株距和排種器性能因素，排種器的線速度一般不應大于0.35 m/s，取0.32 m/s，地輪滑移率取0.08。型孔A以大豆種子為例，作業速度為2.5～3.0 m/s，株距為0.20～0.40 m，由式(1)得15.90≤MA≤35.63；型孔B以高粱種子為例，選擇作業速度為2.8～3.6 m/s，株距為0.30～0.40 m，則17.81≤MB≤30.53；型孔C以菠菜種子為例，作業速度為1.6～2.2 m/s，株距為0.08～0.15 m，則27.14≤MC≤69.98；型孔D以油菜種子為例，作業速度為1.5～2.0 m/s，株距為0.06～0.10 m，則38.17≤MD≤84.82。綜合上述4種型孔數量范圍可知，種子粒徑越小，則內側型孔數越多，外側型孔越容易發生重疊，不利于圓盤增添多排孔徑，為保證4種型孔不發生重疊，型孔分布更緊湊，故每種型孔的周向數量設為30個，每個孔徑組合中兩相鄰孔徑間夾角均為3.5°。型孔A～D依次由圓盤外側向內側排布，為確保每次有且僅有一種型孔相通，在固定圓盤上設有4對沿對角線分布的固定圓孔，其夾角依次為14°、17°、14°，每對固定圓孔對應一種型孔。

型孔組合圖示如圖3所示，外側4排型孔中，型孔呈黑色表明兩圓盤孔徑相通，灰色表明不相通。旋轉圓盤順時針轉動依次從圖3a變換到圖3d，對應型孔相通順序為A、C、B、D。在4排型孔中，型孔A可以播種大豆、豌豆等較大粒徑種子；型孔B可以播種高粱、香菜等中等粒徑種子；型孔C可以播種菠菜、空心菜等中小粒徑種子；型孔D可以播種油菜、娃娃菜等較小粒徑種子。在固定插盤中，固定圓孔呈黑色表示插盤螺栓所固定位置。

2 吸排種過程運動學分析

2.1 吸種過程分析

在忽略播種過程中播種機振動的情況下，將種子近似視為球體，以種子的質心為原點建立三軸笛卡爾坐標系，以種子所受摩擦力的方向為x軸正向，所受離心力的方向為y軸正向，所受負壓吸附力的方向為z軸正向，對雙圓盤氣吸式排種器的吸種過程和排種過程進行運動學分析，如圖4a所示。

圖4 排種過程種子運動學分析Fig.4 Stress analysis of seeds during filling process

如圖4a所示，在吸種圓盤吸附種子后，建立種子平衡方程

(2)

由式(2)所得種子在xy平面所受的支持力為

(3)

式中G——種子重力，N

θ——種子所受離心力與種子重力之間的夾角，(°)

J——種子所受離心力，N

Ff——種子所受摩擦力，N

Fp——種子所受負壓吸附力，N

Nx——x軸的支持力分力，N

Ny——y軸的支持力分力，N

Nxy——Nx和Ny的合力，N

Nz——z軸支持力分力，N

a——吸種作用點到合力Fh的距離，m

b——吸種作用點到型孔軸線的距離，m

Fh——G、J和Ff的合力，N

φ——公式變換得到的輔助角，(°)

在吸種過程中，型孔處的種子受力平衡，則

(4)

在型孔處的負壓為

(5)

式中P——型孔處壓力，kPa

α——1/2型孔錐角，(°)

S——型孔截面面積，m2

在實際工況下，考慮影響種子吸種過程中的整機振動、摩擦阻力等因素，查機械設計手冊得外界條件系數K1為1.8～2.0，吸種可靠性系數K2為1.8～2.0。則式(5)轉換為

(6)

由式(6)可知，在吸種過程中，種子在型孔處壓強與圓盤的旋轉角速度ω、種子的質量m、型孔所在圓周半徑r、離心力與重力夾角θ、種子與型孔間摩擦因數μ、1/2型孔錐角α、種子的直徑D有關。以大豆種子為例，K1取2.0，K2取2.0，播種機作業速度為2.5～3.0 m/s，大豆種子的千粒質量為0.1～0.25 kg，型孔A所在圓周半徑為105 mm，平均粒徑為5.4 mm，型孔半錐角α=30°，夾角θ=60°，摩擦因數取0.2，可求得排種器工作時型孔處壓強P為4.89～16.21 kPa。

2.2 排種過程分析

在排種過程中，圓盤攜帶種子轉出負壓區，種子所受的負壓吸附力消失，種子受到自身重力和離心力的作用，以一定的初速度沿投種點的切線方向做拋物線運動[18]。因種子顆粒較小，忽略空氣阻力對種子的作用，對圖4a中的Ⅳ區(投種區)進行排種過程運動學分析。

在投種區，種子離開排種器時的速度為

(7)

種子離開排種器到接觸種床過程的運動軌跡為

(8)

種子著床時的分速度為

(9)

式中va——種子脫落時水平分速度，m/s

γ——vl與va的夾角，(°)

vb——種子脫落時豎直分速度，m/s

h——種子散落高度，m

L——種子水平位移，m

t——種子從離開排種器到接觸種床過程的運動時間，s

g——重力加速度，m/s2

將va和vb代入方程(8)，整理可得種子著床時的總速度為

(10)

可查《農業機械設計手冊》得播種機的前進速度和型孔所在圓周上的線速度

(11)

式中n——排種圓盤轉速，r/min

將方程(11)代入方程(10)，整理為

(12)

式中ψ——公式變換得到的輔助角，(°)

當種子落到種床時，種子與種床接觸碰撞產生回彈，無法保證株距。由公式可知，種子著床時速度與排種器轉速、落種高度成正比，與型孔所在圓周半徑成反比；種子著床時速度越大，種子回彈現象越嚴重，株距變異系數越大。為降低種子著床時的彈跳和散射，選擇具有合適曲線的導種管，使種子到達出口時具有較大的水平分速度，以抵消播種機前進速度。為減小排種器的株距變異系數，在滿足種子播種要求的情況下，可適當降低排種器轉速，型孔A以大豆種子為例，作業速度為2.5～3.0 m/s，株距為0.20～0.40 m，排種器轉速為12.5～30 r/min；型孔B以高粱種子為例，作業速度為2.8～3.6 m/s，株距為0.30～0.40 m，排種器轉速為14～24 r/min；型孔C以菠菜種子為例，作業速度為1.6～2.2 m/s，株距為0.08～0.15 m，排種器轉速為21.3～55 r/min；型孔D以油菜種子為例，作業速度為1.5～2.0 m/s，株距為0.06～0.10 m，排種器轉速為30～66.7 r/min。

3 仿真分析

結合吸排種過程運動學分析，針對壓強、型孔錐角等影響因素進行基于Fluent的單因素氣流場仿真分析，以探明適合播種的型孔形狀和最佳負壓、轉速。

3.1 型孔形狀及網格劃分

在播種作業中，小粒徑種子具有粒徑小、質量輕、易破損的物理特征，故小粒徑種子的精量播種較為困難，為驗證本排種器可靠性，本文針對圓盤上播種小粒徑種子的最小孔徑進行仿真分析[19]。

型孔尺寸對氣室流場的真空度、流速穩定性及風機功率消耗影響較大，通過理論計算和經驗參考，初步確定型孔最小截面直徑為0.8 mm，單個圓盤厚度為1 mm，故組合型孔導程為2 mm。不同型孔形狀對流場穩定性有較大影響，本文對比研究了基于雙圓盤結構的直筒型型孔、空竹型型孔、倒角型型孔、錐角型型孔、沉頭型型孔對氣流場壓力、速度分布的影響，型孔形狀及網格劃分情況如圖5所示。

圖5 型孔形狀及網格劃分Fig.5 Hole shape and mesh division

在Fluent中進行單因素仿真試驗，分析不同型孔條件下氣室內壓強及速度分布情況，在Fluent參數設置中選擇k-ε湍流模型和standard模型，在Cell Zone Condition選項里設置進口壓力為0 kPa，設置出口壓力為-5 kPa。為反映各型孔下的氣室流場特征，需要在氣室中接近型孔底面處選擇一個合適的輸出面，試驗發現距離型孔底面0～10 mm區間內各輸出面都能明顯表達氣流壓強特征，故本次輸出面選擇為排種器型孔底面z=5 mm處[20-22]。

3.2 不同型孔形狀對氣室流場壓力分布的影響

圖6 各型孔下氣室壓力分布云圖Fig.6 Nebulograms of pressure distribution in air chambers under various types of holes

由圖6各型孔下氣室壓力分布云圖(由左向右依次為靜壓云圖、動壓云圖、總壓云圖)可以看出，氣流從進氣口進入負壓氣室后，在環形區域中間位置出現高壓帶，然后迅速向四周遞減，將負壓蔓延到其他位置處。為了減少排種器所占空間，提高緊湊性，在負壓吸管的設置中，吸管入口斜對右半邊氣室，故右側壓力比左側稍大，從靜壓圖可以看出，因負壓吸管的位置分布及朝向問題，導致右半邊氣室中間高壓帶寬度較大，而左半邊氣室中間高壓帶寬度較小。在靜壓部分中，直筒型型孔、倒角型型孔的壓力擴散程度優于其他3種，因氣流到達氣壓環形氣室兩端時壓力較弱，且氣流在此處碰壁減緩后折返，導致氣流輸出氣室時此處氣流速度也最慢，氣壓環形氣室兩端則會出現黃色甚至是紅色區域。在動壓云圖中，幾種型孔處壓強的差別并不明顯，而氣室動壓中，空竹型和沉頭型較其他3種而言氣壓分布不均勻，在倒角型型孔動壓云圖中氣壓分布較集中均勻，深藍色區域主要集中在型孔位置區域，且其動壓值達到了最大負壓0.717 Pa，該值為0.5ρv2(ρ為密度，v為速度)，因此得知：在倒角型型孔中，氣室流速、動壓皆超過其余4個。總壓云圖中，負壓最大值均在-5.02×103～-5.01×103Pa之間，差別不明顯，但空竹型和沉頭型在幾處型孔處多次出現黃色甚至是紅色區域，因為型孔形狀設置不合理，在型孔處出現較低壓強，而較低壓強會使型孔處吸力不集中，造成漏播現象。

3.3 不同型孔形狀對氣室流場速度分布的影響

由圖7可知，在整體氣室速度云圖中(由左向右依次為直筒型、空竹型、錐角型、沉頭型、倒角型型孔云圖)，流速最大部位均處于型孔處，沉頭型與空竹型型孔的最大速度分別是1.59、1.60 m/s，而錐角型、直筒型和倒錐角型均處于1.80 m/s 以上。在型孔局部云圖中，因氣流流道未發生改變，整個直筒型型孔中流速都較大；空竹型和錐角型的最大流速發生在型孔最小直徑處，型孔最外側流速較小，僅為1.91 m/s左右。倒角型型孔外側流速高于沉頭型型孔。在型孔部位的矢量圖中，空竹型型孔因入口端錐角的存在，氣流順著錐面流入，在最小直徑處發生氣流交叉，氣流在最小端面處產生力的相互作用，不利于吸種。綜合考慮壓強、流速及種子受力分析情況，選擇倒角型型孔、直筒型孔作為較優型孔。

圖7 各型孔下氣室速度分布云圖Fig.7 Cloud diagrams of velocity distribution of air cavity under each type of hole

綜上所述，倒角型型孔作為較優型孔之一，為獲得最佳錐角，針對其不同錐角進行分析，選擇60°、90°、120° 3類常用錐角作為變量，在Fluent中進行單因素試驗仿真分析，仿真結果如圖8所示(由左向右依次為壓力云圖、速度云圖、速度矢量圖)。在3類錐角的仿真結果中可以發現：在壓力云圖中60°錐角型型孔在型孔處高壓區域的占比明顯高于其他兩種；速度云圖分布中，60°錐角型型孔倒角區域的速度整體最高；速度矢量圖中，60°錐角型型孔在錐角區域的速度分布較為集中，速度矢量分布明顯優于其他兩種。故選擇60°錐角為倒角型型孔最佳錐角。

4 臺架試驗與田間試驗

4.1 臺架試驗

在理論分析及仿真分析后，為驗證變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器可靠性與可行性，在山東農業大學排種性能實驗室進行了排種性能試驗，將變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器安裝在JSP-12型排種器性能試驗臺上，如圖9a所示。臺架試驗采用的小粒徑種子為上海青油菜種，直徑約為1.3 mm，千粒質量為2.317 g，含水率為4.21%。

圖8 各倒角型孔的氣室壓強及速度分布Fig.8 Pressure and velocity distribution of air cavity under chamfered holes

圖9 臺架試驗Fig.9 Bench test1.吸氣管道 2.排種器 3.支架 4.排種器試驗臺綜合操作柜 5.試驗臺傳送帶

考慮到排種盤轉速、負壓對播種過程有較大影響，在進行臺架試驗前進行預試驗。負壓要求越大所需能耗越大，合適的負壓在滿足正常的吸排種要求下，應盡可能降低負壓能耗。因小粒徑種子體積小、質量輕，其排種試驗負壓要求較低，預試驗從1 kPa開始進行，并以0.5 kPa進行逐次遞增，本次預試驗在5 r/min的較低轉速下，研究排種器在負壓為1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5 kPa情況下的吸排種性能。經預試驗發現，在負壓低于2.5 kPa時，排種盤在轉速較低的情況下吸種不穩定，漏播嚴重，隨著負壓增強，吸種逐漸穩定，壓力預試驗分析結果如表1所示。綜合考慮，本次排種器性能試驗負壓選擇為2.5、3、3.5、4、4.5 kPa。在轉速預試驗中，選取壓強預試驗的負壓中間值3.5 kPa，因排種盤固定型孔夾角較大，當排種盤轉速低于15 r/min時，因攪種不充分出現種子架空現象，當轉速高于45 r/min時，漏播現象較嚴重，轉速預試驗分析結果如表2所示。綜合考慮，本次排種器性能試驗選擇轉速為15、25、35、45 r/min。試驗開始時因風機啟動產生的負壓不穩定，出現了短暫的高漏播率，氣室內負壓未達到吸種要求，隨著負壓趨于平衡，排種器性能逐漸穩定，此時開始記錄數據。

表1 壓力預試驗分析結果Tab.1 Pre-test analysis results of pressure %

在完成小粒徑種子臺架試驗后，進行了大粒徑種子的臺架試驗，選擇大豆為播種對象，大豆種子表面圓潤光滑，且吸種型孔較大，型孔堵塞現象較少發生，其播種效果如圖9b所示。為測試排種器對于球形種子和異形種子的吸排種性能，針對丸化后的甜菜種子與未丸化的甜菜種子進行了對比試驗，試驗表明未丸化甜菜種子的漏播率和重播率皆高于丸化甜菜種子。試驗表明，該排種器對于球形及類球形種子播種效果明顯優于異形種子，且對大、小粒徑種子都具有較好的播種效果。

表2 轉速預試驗分析結果Tab.2 Pre-test analysis results of rotational speed %

4.2 直筒型型孔圓盤與60°錐角型型孔圓盤對比分析

在JSP-12型排種器性能試驗臺上進行排種器性能試驗，旨在考察排種器的排種性能，根據GB/T 6793—2005《單粒(精密)播種機試驗方法》的要求，選擇合格率A、漏播率D、重播率M作為排種器的排種性能指標。

表3為直筒型型孔圓盤排種器的試驗結果，表4為60°錐角型型孔圓盤排種器的試驗結果。整體來看，60°錐角型型孔圓盤排種器排種性能優于直筒型型孔圓盤排種器。

表3 直筒型型孔圓盤排種器試驗結果Tab.3 Experimental results of straight cylindrical hole disc seeder %

表4 60°錐角型型孔圓盤排種器試驗結果Tab.4 Experimental results of chamfered hole disc seeder %

4.3 正交試驗及結果分析

通過上述研究分析，以轉速和負壓作為排種器性能影響因素，探究基于60°錐角型型孔圓盤排種器的最佳壓強、轉速值，在相同的試驗環境下，設計一組正交試驗，選擇試驗壓強范圍為3～5 kPa，轉速范圍為20～40 r/min，試驗因素編碼如表5所示。根據中心組合試驗設計原理，進行回歸正交旋轉組合設計[23]，X1、X2為因素編碼值。每組試驗重復3次取平均值作為試驗結果，試驗方案及結果如表6所示。

表5 試驗因素編碼Tab.5 Experimental factors and codes

表6 試驗方案與結果Tab.6 Experimental scheme and results

將試驗數據導入Design-Expert軟件進行回歸擬合，排種器合格率、漏播率和重播率的響應函數分別為Y1、Y2、Y3，以各影響因素編碼為自變量建立回歸數學模型。通過對試驗數據進行回歸擬合，得到各因素水平對排種合格率、漏播率和重播率影響的回歸模型

(13)

表7 回歸方程方差分析Tab.7 Analysis of variance of regression equation

(14)

4.4 試驗因素影響效應分析與最佳參數優化驗證

為更加直觀地分析各影響因素與排種器排種性能之間的關系，對正交試驗數據處理獲得排種器轉速和負壓對合格率、漏播率、重播率影響的響應曲面圖，如圖10所示。從圖中可以看出，排種器轉速和排種器負壓之間存在交互作用：當排種器負壓一定時，隨著轉速的上升，合格率表現出先增大后減小的趨勢，而漏播率和重播率均表現出先減小后增大的趨勢；當排種器轉速一定時，隨排種器負壓增加，合格率表現出先增大后減小的趨勢，而漏播率和重播率都表現出先減小后增大的趨勢。當排種器轉速處于30～40 r/min范圍內，負壓處于3.8～4.5 kPa范圍內時，排種器的排種合格率較高，漏播率和重播率較低。

圖10 各因素對評價指標的影響曲面Fig.10 Influence of each factor on evaluation index

合格率取最大值，漏播率與重播率取最小值，在排種器轉速為20～40 r/min、負壓為3～5 kPa之間進行優化求解[24]，得到排種器最佳優化參數為：轉速為34.37 r/min，負壓為4.10 kPa，此時排種器的合格率為90.63%，漏播率為2.45%，重播率為6.90%。

在排種器性能試驗臺上對優化后的理論結果進行試驗驗證，在其他條件相同的情況下，將排種器轉速設置為34.5 r/min，排種器負壓設置為4.10 kPa，進行3次重復試驗，得到排種合格率平均值為90.46%，漏播率平均值為2.59%，重播率平均值為6.94%，試驗結果與理論結果基本相符。

4.5 田間試驗

選擇山東農業大學試驗田南區(117°09′5.01″～117°09′22.55″E，36°09′30.88″～36°09′41.48″N)為試驗地點，海拔126～128 m，溫帶季風氣候，夏季高溫多雨、冬季寒冷干燥，雨熱同季，對作物生長發育十分有利。2018年9月在試驗田進行播種試驗，選取的種子為10倍丸化后的蘿卜種，風機葉輪轉速為4 500～5 200 r/min，作業時風機負壓表顯示4.5 kPa，田間試驗情況及種苗生長效果如圖11所示。

圖11 田間試驗及種苗生長情況Fig.11 Field test and seedling growth

對排種器播種性能進行綜合性能測試，選定株距為65 mm，作業行數為3行。采用五點取樣法對種苗進行采樣，每個采樣點測定1 m內苗間距，重復測量3次并求取平均值，計算播種總排量穩定性變異系數、各行排量一致性變異系數、漏播率、平均合格率，結果如表8。

表8 樣機試驗結果Tab.8 Prototype test results %

由田間和臺架試驗對比表明，在田間試驗中，因受到機器顛簸振動，導致田間試驗的合格率低于臺架試驗。單組仿形減振部件精密播種機對田間隨機振動有明顯的降低效果，進行播種作業時，可以根據土地狀態和作業要求提高仿形部件仿形減振，從而

提高合格指數。

5 結論

(1)針對圓盤型排種器僅能實現同粒徑種子播種的問題，研制了變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器，采用一種可旋轉組合變換出不同型孔直徑的雙圓盤結構，運用負壓吸種的方式，實現了不同粒徑種子的精量播種，提高了排種器的通用性，節約了生產成本。設計的圓盤僅設置有4種不同尺寸型孔，可根據需要，按照相同的組合方式增減型孔的圈數及數量。

(2)基于雙圓盤結構提出了5種雙圓盤組合型孔形狀，進行了Fluent仿真選型和JSP-12臺架試驗，通過正交試驗確定排種器排種性能最佳時轉速為34.5 r/min、負壓為4.1 kPa、型孔為60°錐角的倒角型型孔，其合格率為90.46%、漏播率為2.59%、重播率為6.94%，排種性能滿足國標要求。

(3)田間試驗表明，在播種常規球形、類球形種子時，相較于傳統排種器，變粒徑雙圓盤氣吸式精量排種器的作業性能顯著提升，漏播率為2.77%，播種質量較優，為種子的生長提供了良好的條件，滿足播種要求。