劉宏新，相斌斌，安晶玉，蘇 航

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

變量施肥技術(shù)是精細(xì)農(nóng)業(yè)組成部分，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義[1-2]?，F(xiàn)有施肥機(jī)械采用變量施肥技術(shù)[3]，但僅在線調(diào)整一種復(fù)合肥或多種單元肥施肥量，難以保證養(yǎng)分均勻配比，肥效差、利用率不高。在多種肥料顆粒排肥、混合和撒播過程中，易出現(xiàn)離析、類聚等現(xiàn)象[4]，實(shí)現(xiàn)肥料在線混合成為變量施肥關(guān)鍵問題，經(jīng)精確配比且均勻混合后肥料可實(shí)現(xiàn)按需施肥[5]。目前國內(nèi)外混合機(jī)多為獨(dú)立產(chǎn)品，體積龐大、混合時間長，不適于作為混合變量施肥機(jī)上混合單元[6]。因此，研制適用于變量施肥機(jī)械且可完成肥料在線混合混合裝置尤為必要。本文針對高地隙中耕施肥機(jī)，設(shè)計(jì)機(jī)械式固態(tài)肥在線均質(zhì)混合系統(tǒng)，可在線完成肥料混合和輸送等過程。研究在線均質(zhì)混合系統(tǒng)混肥及施肥效果，借助離散元軟件EDEM作混合模擬仿真系統(tǒng)試驗(yàn)，分析影響混合均勻性相關(guān)因素，探究在線均質(zhì)混合系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行條件，對比分析臺架試驗(yàn)，驗(yàn)證技術(shù)先進(jìn)性與結(jié)構(gòu)合理性。

1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

機(jī)械式在線均質(zhì)混合系統(tǒng)見圖1。采用同步齒形帶在外部驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動，便于滾筒驅(qū)動與安裝及日常維護(hù)；系統(tǒng)與排肥器通過集肥盒連接，使多種肥料由導(dǎo)肥管進(jìn)入滾筒內(nèi)部；導(dǎo)肥管與導(dǎo)肥滾筒毛刷固連，便于進(jìn)料和密封；筒體內(nèi)部焊接螺旋狀導(dǎo)向葉板結(jié)構(gòu)，肥料顆粒跟隨外驅(qū)動式滾筒筒體旋轉(zhuǎn)翻動混合；可調(diào)支撐定位結(jié)構(gòu)由倒U形支架和托輪等組成，通過可調(diào)螺栓調(diào)節(jié)滾筒縱向定位。滾筒傾斜安裝可實(shí)現(xiàn)肥料顆?；旌线B續(xù)向下輸送。

1.2 工作原理

混合系統(tǒng)上聯(lián)集中式肥箱，下聯(lián)施肥單元。發(fā)動機(jī)通過液壓泵驅(qū)動液壓馬達(dá)，一方面控制肥箱氮肥、磷肥、鉀肥經(jīng)排肥器流入集肥盒、導(dǎo)肥管進(jìn)入外驅(qū)動式滾筒內(nèi)，另一方面外驅(qū)動式滾筒為均質(zhì)混合系統(tǒng)核心部件，通過液壓馬達(dá)帶動小齒形帶輪，同步帶傳動完成轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動滾筒中，肥料在肥料與筒壁間摩擦力與滾筒轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生離心力作用下，隨外驅(qū)動式滾筒筒體旋轉(zhuǎn)翻動，被提升至一定高度時脫離筒壁，按照某一軌跡呈拋撒狀態(tài)，各肥料間產(chǎn)生對流運(yùn)動。滾筒軸線與水平面有傾角，使肥料連續(xù)不斷向下滑動，混合后肥料經(jīng)落肥管進(jìn)入施肥單元，實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)混合施肥。

圖1 均質(zhì)混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用Fig.1 Homogeneous mixing system and its application

2 混合機(jī)理與影響因素選擇

2.1 混合機(jī)理

進(jìn)入滾筒內(nèi)的肥料在近壁區(qū)域隨著筒壁、導(dǎo)向葉板旋轉(zhuǎn)，此時少許肥料在葉板之間初步混合；隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增加，其壁面和導(dǎo)向葉板對顆粒的攜帶作用增大，加劇了顆粒碰撞、摩擦的混合運(yùn)動，肥料在中間區(qū)域拋撒并滑落，實(shí)現(xiàn)肥料顆粒間的交換。當(dāng)速度增加到一定值時，大部分肥料流入內(nèi)部區(qū)域，滾筒混合肥料的運(yùn)動軌跡是一條不規(guī)則的螺旋狀曲線，肥料隨旋轉(zhuǎn)翻動，形成螺旋拋撒狀，可邊混合邊輸送。

2.2 影響因素選擇

為保證肥料顆粒在滾筒內(nèi)呈散落狀態(tài)，保證肥料混合的效果，肥料顆粒須運(yùn)動到滾筒第一象限內(nèi)，選取系統(tǒng)滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒安裝角度滾、筒導(dǎo)向葉板作為影響系統(tǒng)混合均勻性因素。

2.2.1 安裝角度

如滾筒水平安裝即安裝角度為0°，由于顆粒進(jìn)入混合滾筒，無法及時向分肥端輸送，造成滾筒內(nèi)部肥料堵塞。如果安裝角度過大，肥料顆粒在滾筒轉(zhuǎn)動過程中，混合前到達(dá)分肥端，進(jìn)入落肥管，影響肥料混合均勻性。

2.2.2 導(dǎo)向葉板寬度

導(dǎo)向葉板呈螺旋狀焊接在滾筒內(nèi)壁，其滾筒徑向?qū)挾葹閎。若導(dǎo)向葉板寬度b過小，對顆粒攜帶作用偏弱，僅靠壁面摩擦作用難以將顆粒攜帶混合，區(qū)域顆粒保持初始狀態(tài)，混合效果不變；隨導(dǎo)向葉板寬度不斷增大，導(dǎo)向葉板攜帶作用增強(qiáng)，攜帶肥料顆粒增多，混合效率提高；若導(dǎo)向葉板寬度過大，被攜帶肥料顆粒未拋撒即被運(yùn)送至分肥端，混合效果變差。

2.2.3 滾筒轉(zhuǎn)速

保證肥料顆粒在滾筒內(nèi)呈散落狀態(tài)，正常輸送，物料到達(dá)滾筒B點(diǎn)時臨界狀態(tài)應(yīng)滿足：

式中，m是固態(tài)肥顆粒質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m·s-2）；D為滾筒內(nèi)徑，210 mm；ω為滾筒角速度（rad · s-1）；n為滾筒轉(zhuǎn)速（r·min-1）。

由于顆粒在線連續(xù)供料，混合時間有限，若轉(zhuǎn)速過低，肥料無法形成翻滾，其運(yùn)動呈“滑動”狀態(tài)，各成分初始層位置保持不變；滾筒內(nèi)壁對顆粒帶動作用較小，此時主要依靠導(dǎo)向葉板攜帶顆粒翻動，拋撒不及時，肥料混合不均勻。因此分析其下限臨界速度。由上述分析可知，肥料至少剛好運(yùn)動到第一象限，才可在第一象限內(nèi)拋撒。

3 EDEM虛擬仿真

部件工作過程伴隨大量顆粒運(yùn)動，存在重力、摩擦力等多種作用力綜合作用[7]。采用離散元軟件EDEM仿真分析系統(tǒng)工作過程中顆粒運(yùn)動情況，了解影響設(shè)備性能主要因素及參數(shù)合理取值范圍，減少樣機(jī)試制盲目性[8]。

3.1 模型建立

①肥料顆粒模型建立：從三種顆粒肥中隨機(jī)抽取100粒，用精確到0.001千分尺三維測量，由式（2）計(jì)算肥料顆粒等效直徑D及球形率φ。

式中，L為肥料顆粒長度；W為肥料顆粒寬度；T為肥料顆粒厚度。

經(jīng)計(jì)算可知氮肥、磷肥和鉀肥顆粒等效半徑分別為：3.531、4.348和4.019 mm，其平均球形率均在90%以上，因而采用離散元法仿真分析時，可將肥料顆粒創(chuàng)建為球體構(gòu)型[9]。

②全局變量設(shè)置：轉(zhuǎn)動件與殼體材料設(shè)定為鋼，肥料顆粒間，肥料顆粒和壁面間受力采用Hertz-mindlin（no-slip）模型分析。設(shè)置全局變量參數(shù)如表1所示。

③裝置模型：經(jīng)分析，在CATIA軟件中創(chuàng)建三維模型，簡化修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將樣機(jī)模型導(dǎo)入EDEM軟件中，設(shè)置導(dǎo)向葉板與滾筒固連，滾筒為轉(zhuǎn)動件，設(shè)置其類型和屬性。為最終得到肥料經(jīng)混合系統(tǒng)排到地面效果，首先設(shè)置長5 000 mm、寬2 100 mm、高10 mm幾何體模擬地面。該幾何體位于落肥管下方，依據(jù)相對運(yùn)動原理，將裝配體運(yùn)動轉(zhuǎn)換為地面幾何體簡單運(yùn)動。

④顆粒工廠：施肥標(biāo)準(zhǔn)化，玉米施肥水平N 150 kg· hm-2、P 112.5 kg · hm-2、K 45 kg · hm-2。對應(yīng)集肥盒上3個入肥口分別添加一個虛擬工廠作為生成肥料顆粒虛擬區(qū)域，在仿真過程中分別裝入氮肥、磷肥及鉀肥，顆粒半徑服從正態(tài)分布。

⑤其他參數(shù)設(shè)定：在仿真過程中，設(shè)置固定時間步長為Rayleigh時間步長15%，仿真時間與幾何體轉(zhuǎn)動部件結(jié)束時間相同，數(shù)據(jù)保存時間為每0.01 s迭代保存1次。網(wǎng)格尺寸設(shè)置為最小顆粒2倍[10]，在EDEM中建立混合系統(tǒng)的仿真模型。

表1 全局變量參數(shù)設(shè)置Table 1 Physical and mechanical characteristic parameters of fertilizer particle

3.2 仿真試驗(yàn)因素與指標(biāo)

3.2.1 仿真試驗(yàn)因素

以滾筒轉(zhuǎn)速n，滾筒安裝角度α以及導(dǎo)向葉板寬度b為影響因素作仿真試驗(yàn)。

3.2.2 評價指標(biāo)

結(jié)合施肥機(jī)械質(zhì)量性能評價指標(biāo)[11]，確定在線均質(zhì)混合系統(tǒng)性能試驗(yàn)主要評價指標(biāo)為：三種單質(zhì)肥料配比變異系數(shù)。配比變異系數(shù)越小表明各行肥料排量差異性越小，各種肥料分布均勻程度越高，系統(tǒng)混合效果越好。

采樣區(qū)域網(wǎng)格寬度需包含所有顆粒，需研究網(wǎng)格長度。單元格不同長度對其混合效果影響如圖2所示，在180～240 mm變化時，曲線較平緩。為研究玉米施肥效果，e需大于玉米株距，因此，選擇e=180 mm分析混合均勻度，綜上可選取地面顆粒分布范圍作為抽樣區(qū)域，設(shè)置單元網(wǎng)格為180 mm和400 mm。

圖2 單元網(wǎng)格長度對配比一致性變異系數(shù)影響Fig.2 Effect of unit grid length on variation coefficient

統(tǒng)計(jì)每一抽樣單元網(wǎng)格中氮肥、磷肥及鉀肥顆粒質(zhì)量mN、mP、mK，將三者相加得到當(dāng)前單元網(wǎng)格中總質(zhì)量mi。抽樣區(qū)域中氮肥、磷肥及鉀肥顆?？傎|(zhì)量表示為MN、MP、MK，三者相加后全部顆粒質(zhì)量表示為Mi。

3種肥料在當(dāng)前單元網(wǎng)格中配比為：

3種肥料總體最佳配比為：

肥料在當(dāng)前單元格中配比偏離度為：

將各肥料相對應(yīng)所有配比偏離度數(shù)據(jù)取變異系數(shù)：

式中，σ為配比偏離度標(biāo)準(zhǔn)差；n為取樣單元數(shù)；λi為取樣i單元內(nèi)肥料配比偏離度；-λ為全部取樣單元內(nèi)肥料顆粒平均配比偏離度；CV為肥料配比變異系數(shù)。

3.3 仿真方案

3.3.1 單因素仿真

針對上述分析，對滾筒安裝角度，導(dǎo)向葉板寬度，滾筒轉(zhuǎn)速作單因素仿真。

滾筒安裝角度：經(jīng)仿真預(yù)試驗(yàn)初選角度范圍為0°～20°，五個水平分別為0°、5°、10°、15°、20°。

導(dǎo)向葉板寬度：導(dǎo)向葉板寬度初選在0～80 mm內(nèi)，其水平值為0、20、40、60、80 mm。

滾筒轉(zhuǎn)速：經(jīng)上訴理論分析及仿真預(yù)試驗(yàn)將滾筒轉(zhuǎn)速初定為10～90 r·min-1，水平值定為10、30、50、70和90 r· min-1。

將單因素仿真響應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL中生成各趨勢圖如圖3所示。

由圖3可知，隨安裝角度增大，各配比變異系數(shù)呈先降后升趨勢；隨導(dǎo)向葉板寬度增大，各配比變異系數(shù)呈先降后升趨勢；隨滾筒轉(zhuǎn)速增大，各配比變異系數(shù)呈先降后升趨勢，但相比下降幅度，在取值范圍內(nèi)上升幅度較大。

圖3 各因素對配比變異系數(shù)影響Fig.3 Effect of each factor on variation coefficient

3.3.2 多因素仿真

根據(jù)仿真預(yù)試驗(yàn)確定各變量水平范圍：滾筒安裝角度 α∈（0°，10°），導(dǎo)向葉板寬度 b∈（21 mm，60 mm），滾筒轉(zhuǎn)速n∈（30，75 r·min-1）。

本試驗(yàn)采用二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法作3因素5水平仿真試驗(yàn)，各仿真因素水平編碼如表2所示。采用響應(yīng)曲面法分析3個因子對響應(yīng)值（N、P、K三種肥料配比變異系數(shù)）影響，同時優(yōu)化滾筒最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行條件。

表2 混合仿真試驗(yàn)因素水平編碼Table 2 Coded and levels of simulation test factors

3.4 結(jié)果分析

3.4.1 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及回歸模型建立

仿真完成后，選擇抽樣區(qū)域，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算后得到氮肥、磷肥、鉀肥相關(guān)數(shù)據(jù)，仿真試驗(yàn)結(jié)果見表3，表中x1、x2、x3分別為滾筒安裝傾角、導(dǎo)向葉板寬度和滾筒轉(zhuǎn)速等仿真試驗(yàn)因素對應(yīng)編碼值。利用Design Expert 8.0軟件對仿真數(shù)據(jù)作方差分析如表4所示。

回歸分析仿真結(jié)果可得，氮肥、磷肥及鉀肥配比變異系數(shù)回歸方程，由表4可知，滾筒安裝角度x1，滾筒轉(zhuǎn)速x3對氮肥配比變異系數(shù)CVN影響極顯著（P＜0.01）；導(dǎo)向葉板寬度x2，滾筒安裝角度與滾筒轉(zhuǎn)速交互項(xiàng)x1x3，滾筒安裝傾角x12對氮肥配比變異系數(shù)CVN影響顯著（0.01＜P＜0.05）；滾筒安裝角度與導(dǎo)向葉板寬度交互項(xiàng)x1x2對氮肥配比變異系數(shù)CVN影響較顯著（0.05＜P＜0.1）；導(dǎo)向葉板寬度與滾筒轉(zhuǎn)速交互項(xiàng)x2x3，導(dǎo)向葉板寬度二次項(xiàng)x22，滾筒轉(zhuǎn)速二次項(xiàng)x32對氮肥配比變異系數(shù)CVN作用不顯著（P＞0.1）；對于失擬項(xiàng)，作用不顯著，說明模型擬合良好。剔除不顯著因素后回歸方程（7）：

根據(jù)模型各因素回歸系數(shù)絕對值，可知各因素影響氮肥配比變異系數(shù)排序?yàn)椋簼L筒安裝角度＞滾筒轉(zhuǎn)速＞導(dǎo)向葉板寬度。

表3 仿真試驗(yàn)方案與結(jié)果Table 3 Simulation experimental plan and results

表4 配比變異系數(shù)回歸模型方差分析Table 4 ANOVA on variation coefficient model

由表4可知，滾筒安裝角度x1，滾筒轉(zhuǎn)速x3，滾筒安裝角度與滾筒轉(zhuǎn)速交互項(xiàng)x1x3，滾筒轉(zhuǎn)速二次項(xiàng)x32對磷肥配比變異系數(shù)CVP影響極顯著（P＜0.01）；導(dǎo)向葉板寬度x2，滾筒安裝角度二次項(xiàng)x12對磷肥配比變異系數(shù)CVP影響顯著（0.01＜P＜0.05）；滾筒安裝角度與導(dǎo)向葉板寬度交互項(xiàng)x1x2，導(dǎo)向葉板寬度與滾筒轉(zhuǎn)速交互項(xiàng)x2x3，導(dǎo)向葉板寬度二次項(xiàng)x22對磷肥配比變異系數(shù)CVP無顯著影響（P＞0.1）；對于失擬項(xiàng)，作用不顯著，說明模型擬合良好。剔除不顯著因素后回歸方程（8）：

由此可知磷肥配比變異系數(shù)影響排序?yàn)椋簼L筒安裝角度＞滾筒轉(zhuǎn)速＞導(dǎo)向葉板寬度。

由表4可知，滾筒安裝角度x1滾筒轉(zhuǎn)速x3對鉀肥配比變異系數(shù)CVK影響極顯著（P＜0.01）；滾筒安裝角度與滾筒轉(zhuǎn)速x1x3，滾筒轉(zhuǎn)速二次項(xiàng)x32對鉀肥配比變異系數(shù)CVK影響顯著（0.01＜P＜0.05）；導(dǎo)向葉板寬度x2，滾筒安裝角度與導(dǎo)向葉板寬度交互項(xiàng)x1x2對鉀肥配比變異系數(shù)CVK影響較顯著（0.05＜P＜0.1）；導(dǎo)向葉板寬度與滾筒轉(zhuǎn)速交互項(xiàng)x2x3，導(dǎo)向葉板寬度二次項(xiàng)x22對鉀肥配比變異系數(shù)CVK無顯著影響（P＞0.1）；對于失擬項(xiàng)，作用不顯著，模型擬合良好。剔除不顯著項(xiàng)得回歸方程（9）：

各因素對鉀肥配比變異系數(shù)影響排序?yàn)椋簼L筒轉(zhuǎn)速＞滾筒安裝角度＞導(dǎo)向葉板寬度。

3.4.2 雙因素影響規(guī)律分析

雙因素對配比變異系數(shù)影響規(guī)律見圖4。由圖可見，各因素交互作用對配比標(biāo)準(zhǔn)差影響規(guī)律與單因數(shù)分析結(jié)果一致。

圖4 肥料配比變異系數(shù)響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface of variation coefficient

當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速n=52.5 r·min-1固定在“0”水平時，滾筒安裝角度和導(dǎo)向葉板寬度對配比變異系數(shù)響應(yīng)曲面圖4a所示。當(dāng)滾筒安裝角度一定時，肥料配比變異系數(shù)隨導(dǎo)向葉板寬度增大而呈減小趨勢，在21～40 mm時下降較為明顯，超過40 mm時下降緩慢；導(dǎo)向葉板寬度一定時，配比變異系數(shù)隨滾筒安裝角度增大呈先降后升趨勢，在0°～5°時下降趨勢較為顯著，當(dāng)安裝角度超過5°時，下降趨勢較為緩慢，超過10°有緩慢上升趨勢。

當(dāng)導(dǎo)向葉板寬度b=40.5 mm固定在“0”水平時，滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒安裝角度對配比變異系數(shù)響應(yīng)曲面如圖4b所示。滾筒轉(zhuǎn)速一定時，肥料配比變異系數(shù)隨滾筒安裝角度增大呈先降后升趨勢，在0°～5°時下降趨勢較為顯著，安裝角度超過5°時，下降趨勢緩慢，超過9°則緩慢上升趨勢；滾筒安裝角度一定時，配比變異系數(shù)隨滾筒轉(zhuǎn)速增加先降后緩慢上升，在30～52 m·s-1時下降較明顯，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速超過52 m·s-1時，下降緩慢，超過70 m·s-1時緩慢上升。

當(dāng)滾筒安裝角度α=5°固定在“0”水平時，滾筒轉(zhuǎn)速和導(dǎo)向葉板寬度對各肥料配比變異系數(shù)響應(yīng)曲面如圖4c所示。滾筒轉(zhuǎn)速一定，肥料在21～40 mm時下降較為明顯，超過40 mm時下降比較緩慢；導(dǎo)向板寬度一定時，肥料配比變異系數(shù)隨著滾筒轉(zhuǎn)速增加呈先降后升趨勢，在30～52.5 m·s-1時下降明顯，超過60 m·s-1時，緩慢下降，超過70 m·s-1時出現(xiàn)緩慢上升。

3.4.3 最優(yōu)參數(shù)組合

綜合考慮 x1、x2、x3對 CVN、CVP、CVK影響并尋優(yōu)，利用Design-expert軟件確定各因素最佳條件編碼值為：x1=1.59，x2=0.92，x3=0.30，即最佳參數(shù)：滾筒安裝角度為9.27°，導(dǎo)向葉板寬度為51.08 mm，滾筒轉(zhuǎn)速為56.55 r·min-1。在此條件下，在線均質(zhì)混合系統(tǒng)各肥料配比變異系數(shù)分別為：CVN=1.08%，CVP=1.07%，CVK=1.80%。參數(shù)圓整后，滾筒安裝角度9°，導(dǎo)向葉板寬度51 mm，滾筒轉(zhuǎn)速57 r· min-1。

4 樣機(jī)試制與試驗(yàn)

4.1 樣機(jī)試制

試驗(yàn)臺架如圖5所示。滾筒安裝一端鉸接，可實(shí)現(xiàn)安裝角度可調(diào)。

4.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為模擬肥料顆粒排出及落地效果，采用試驗(yàn)臺架固定，利用傳送帶相反運(yùn)動原理，分肥端接落肥管接近傳送帶表面（距其表面3～5 cm）。

①試驗(yàn)儀器和設(shè)備：電機(jī)（2臺三相異步電動機(jī)，排肥電機(jī)型號：Y2-90L-4，功率1.5 kW，轉(zhuǎn)速1 390 r·min-1；混合電機(jī)型號：YE2-80M2-4，功率0.75 kW，轉(zhuǎn)速1 390 r·min-1）；變頻器（2臺）；蝸輪蝸桿減速機(jī)（2臺，速比分別為1∶5與1∶7.5）；排種器試驗(yàn)臺等。

圖5 試驗(yàn)臺架Fig.5 Test prototype

②試驗(yàn)方案：以三種肥料配比變異系數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，以滾筒轉(zhuǎn)速n與滾筒安裝角度α為試驗(yàn)因素，滾筒轉(zhuǎn)速水平取值域?yàn)椋?0，75 r·min-1），相對變頻器調(diào)頻范圍（17.5～43.75 Hz），安裝角度水平取值域（0°，10°）試驗(yàn)，觀察混合肥料均布情況。

③試驗(yàn)結(jié)果：首先選取滾筒轉(zhuǎn)速57 r·min-1（對應(yīng)頻率33 Hz），以安裝角度（水平值分別為0°，4°，9°）為試驗(yàn)因素，在線均質(zhì)混合系統(tǒng)混合施肥過程如圖6所示。結(jié)果表明，α=0°時，水平安裝，肥料不易被輸送，播撒肥料較少，收集區(qū)域混合肥分布不均；α=10°時，因安裝傾角過大，肥料未混合即落在傳送帶上；安裝角度α=9°時，三種肥料分布均勻，混合效果良好。

選取安裝角度α=9°，以滾筒轉(zhuǎn)速（水平值30、50、57、75 r·min-1）為試驗(yàn)因素作試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示?？芍?，滾筒轉(zhuǎn)速n=30 r·min-1時，轉(zhuǎn)速過低，肥料未充分混合即輸送至分肥端；滾筒轉(zhuǎn)速n=75 r·min-1時，轉(zhuǎn)速過高，肥料單位時間內(nèi)播撒量較少，均布度較差；滾筒轉(zhuǎn)速為n=50～57 r·min-1時，混合均勻，均布度較好。

為直觀觀察肥料混合情況，將3種肥料作染色處理：磷肥紅色，鉀肥灰色，尿素白色，以滾筒轉(zhuǎn)速57 r·min-1，安裝角度9°開展試驗(yàn)，結(jié)果如圖8所示，經(jīng)系統(tǒng)混合后，肥料混合效果較好，分布均勻，與仿真效果接近，滿足設(shè)計(jì)要求。

樣機(jī)試驗(yàn)表明，技術(shù)方案可行，可實(shí)現(xiàn)在線均質(zhì)混合功能。各配比變異系數(shù)與本文分析結(jié)果相同，誤差在合理范圍，通過轉(zhuǎn)速或者安裝角度適當(dāng)調(diào)節(jié)可達(dá)設(shè)計(jì)要求。

圖6 不同安裝角度試驗(yàn)情況Fig.6 Test situation of different installation angle

圖7 不同轉(zhuǎn)速試驗(yàn)情況Fig.7 Test situation of different speed

圖8 混合效果Fig.8 Mixing effect

5 結(jié) 論

a.影響配比混合均勻性排序?yàn)椋簼L筒安裝角度，滾筒轉(zhuǎn)速度，導(dǎo)向葉板寬度。

b.系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)組合：滾筒安裝角度9°，導(dǎo)向葉板橫向?qū)挾?1 mm，滾筒轉(zhuǎn)速57 r·min-1。