韓丹丹，何彬，周毅，楊文鈺，徐友，張黎驊

1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，雅安 625014； 2.四川省作物帶狀復(fù)合種植工程技術(shù)研究中心，成都 611130

大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)是穩(wěn)玉米、擴(kuò)大豆的有效途徑。為滿(mǎn)足大豆-玉米帶狀復(fù)合種植模式下均勻密植的播種要求，如玉米株距為9～14 cm，大豆株距為8～10 cm，需研發(fā)與之相適應(yīng)的精量排種器［1］。氣力式排種器對(duì)種子適應(yīng)性強(qiáng)、損傷小、適用于高速作業(yè)且作業(yè)精度較高，應(yīng)用廣泛［2-3］。

張開(kāi)興等［4］設(shè)計(jì)一種變粒徑雙圓盤(pán)氣吸式精量排種器，無(wú)需更換排種盤(pán)便可實(shí)現(xiàn)不同粒徑種子的精量播種，當(dāng)型孔為60°錐角的倒角型、轉(zhuǎn)速為34.5 r/min、負(fù)壓大小為4.1 kPa時(shí)，合格率為90.46%。丁力等［5］設(shè)計(jì)一種具有輔助充種作用種盤(pán)的氣吸式玉米高速精量排種器，該排種器在充種區(qū)利用型孔凸臺(tái)擾動(dòng)種群和托持種子，起到輔助充種作用，當(dāng)作業(yè)速度為8～14 km/h時(shí)，風(fēng)壓負(fù)壓大小為3.21～3.71 kPa時(shí)，合格指數(shù)能達(dá)到91.3%以上。史嵩等［6］采用主動(dòng)驅(qū)導(dǎo)種群、減少局部種間接觸的方法，提高排種器高速作業(yè)條件下的充種率，并設(shè)計(jì)一種驅(qū)導(dǎo)輔助充種氣吸式精量排種器，當(dāng)作業(yè)速度為9～11 km/h時(shí)，粒距合格指數(shù)為95.48%。顏丙新等［7］基于機(jī)械擾種和重力輔助充種原理，設(shè)計(jì)一種排種盤(pán)和負(fù)壓腔室同步旋轉(zhuǎn)的氣吸式排種器，排種盤(pán)和密封墊之間不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到無(wú)摩擦、低氣壓損失、高排種精度的效果，當(dāng)作業(yè)速度為10 km/h以下、工作負(fù)壓大小為3.5～5.5 kPa時(shí)，粒距合格指數(shù)均能達(dá)到91.6%。李寶權(quán)［8］基于流動(dòng)吸附與碰撞清種原理設(shè)計(jì)一種流動(dòng)吸附式大豆集排精量排種器，當(dāng)型孔直徑為3.9 mm、作業(yè)速度為12.6 km/h、氣壓為3.9 kPa時(shí)，合格指數(shù)為95.3%。初金星等［9］設(shè)計(jì)一種雙腔、雙盤(pán)、雙種帶氣吸式排種器，當(dāng)排種盤(pán)轉(zhuǎn)速為15～21 r/min、真空度為4.0～5.0 kPa時(shí)，合格指數(shù)能達(dá)到90%以上。

目前，大豆、玉米精量排種器應(yīng)用較多的是氣吸式排種器，上述排種器多用于玉米、大豆凈作情況下的大株距排種。針對(duì)大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)的農(nóng)藝要求，本研究設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)、排種效果好、能同時(shí)播種大豆和玉米且適宜密植的氣吸式精量排種器，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而探尋排種器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)排種性能的影響，為提高排種器在小株距密植條件下的播種單粒性和均勻性提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 排種器的整體結(jié)構(gòu)與工作原理

本研究所設(shè)計(jì)的氣吸式排種器主要由前殼、擋種板、內(nèi)外清種刀、排種盤(pán)、負(fù)壓腔、后殼等部件構(gòu)成，排種器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。排種器工作過(guò)程分為充種、清種、攜種、排種4個(gè)過(guò)程，如圖2所示。排種器工作時(shí)，排種盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，排種盤(pán)上的凸臺(tái)可以擾動(dòng)種群提高充種效果，位于充種區(qū)Ⅰ的種群在相互間擠壓力、擾種凸臺(tái)和負(fù)壓腔壓力的綜合作用下被吸附在型孔上。通過(guò)調(diào)節(jié)外清種刀的伸出長(zhǎng)度和內(nèi)清種刀的上下位置，可調(diào)節(jié)其與型孔的相對(duì)位置，在內(nèi)外清種刀的雙重作用下清除多余種子，并調(diào)整型孔處單粒種子的位置使其更好地被吸附在型孔上。種子到達(dá)落種區(qū)Ⅳ時(shí)，擋種板隔絕負(fù)壓氣流，種子在自身重力作用下經(jīng)導(dǎo)種管落入種溝。

圖1 氣吸式排種器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of air-suction seed metering device

圖2 氣吸式排種器工作過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic diagram of working process of air-suction seed metering device

1.2 排種器的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究所設(shè)計(jì)的氣吸式排種器通過(guò)更換排種盤(pán)可實(shí)現(xiàn)玉米大豆兼用，重點(diǎn)對(duì)影響排種質(zhì)量的排種盤(pán)直徑、型孔結(jié)構(gòu)、擾種凸臺(tái)等進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，排種盤(pán)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要針對(duì)適宜大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)的耐蔭抗倒高產(chǎn)大豆品種中黃39和株型緊湊、株高適中、適宜密植的玉米品種鄭單958進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)［10］。

1）排種盤(pán)直徑。直徑是排種盤(pán)基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，直接關(guān)系到排種器整體尺寸［11-12］。目前，氣吸式排種器排種盤(pán)直徑多設(shè)計(jì)為140～260 mm，型孔圓心所在基圓需距離排種盤(pán)邊緣15～20 mm［13-14］。直徑越大，可設(shè)計(jì)的型孔數(shù)越多，型孔處線(xiàn)速度越低、排種性能越高，但直徑過(guò)大會(huì)增加排種器體積和研發(fā)成本。直徑過(guò)小，則無(wú)法設(shè)計(jì)更多的型孔，不能滿(mǎn)足均勻密植的播種需求［15］。本研究設(shè)計(jì)的排種盤(pán)直徑D1=220 mm，型孔圓心所在基圓直徑D2=190 mm，排種盤(pán)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 排種盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the structure of the seeding tray

2）型孔數(shù)量和直徑。型孔數(shù)量決定排種器在相應(yīng)播種機(jī)作業(yè)速度下的轉(zhuǎn)速［16］。播種機(jī)作業(yè)速度與型孔所在圓周線(xiàn)速度的關(guān)系為：

式（1）中：vf為播種機(jī)作業(yè)速度，m/s；np為排種盤(pán)轉(zhuǎn)速，r/min；z為型孔數(shù)；k為理論株距，m；vh為排種盤(pán)型孔處線(xiàn)速度，m/s；rh為型孔圓心所在基圓半徑，mm。

由式（1）整理可得：

由式（2）可知，當(dāng)播種機(jī)作業(yè)速度vf、型孔處線(xiàn)速度vh和理論株距k一定時(shí)，型孔圓心所在基圓半徑rh越大，型孔數(shù)z越多。

根據(jù)大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)農(nóng)藝要求，設(shè)置玉米理論株距為k1=10 cm，大豆理論株距為k2=9 cm［17］；型孔圓心所在基圓半徑rh=95 mm。為保證小株距條件下的播種質(zhì)量，播種機(jī)作業(yè)速度不宜過(guò)高，設(shè)播種機(jī)最大作業(yè)速度為8 km/h，即vf≤2.22 m/s，此外，型孔處線(xiàn)速度vh≤0.35 m/s［18］。通過(guò)計(jì)算可知，玉米排種盤(pán)型孔數(shù)Z1≥37.87，大豆排種盤(pán)型孔數(shù)Z2≥39.87。

對(duì)于氣吸式排種器，玉米型孔直徑一般為4.0～5.5 mm，大豆型孔直徑一般為3.5～4.5 mm［19］。本研究設(shè)計(jì)玉米型孔直徑為4.5 mm，大豆型孔直徑為3.5 mm。

3）排種盤(pán)擾種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為提高種群在排種器內(nèi)的流動(dòng)性和充種性能，在排種盤(pán)上設(shè)置擾種機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 擾種凸臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of disturbing boss structure

該擾種機(jī)構(gòu)由底板和擾種凸臺(tái)構(gòu)成，底板高度h1=1 mm，寬度l1=8 mm，用于排種盤(pán)與擾種凸臺(tái)的連接；擾種凸臺(tái)高度h2=4 mm，寬度l2=5.5 mm，用于擾動(dòng)種群，提高種子在充種區(qū)內(nèi)的流動(dòng)性。擾種凸臺(tái)共13個(gè)，均勻分布在D3=160 mm的基圓上，用于提高充種區(qū)種群的流動(dòng)性能。

4）清種刀設(shè)計(jì)。清種刀是提高排種器單粒精量播種的重要部件，結(jié)合氣吸式排種器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定內(nèi)清種刀為L(zhǎng)型，外清種刀為光滑曲線(xiàn)刮板型。外清種刀對(duì)型孔處的多余種子進(jìn)行初步清除，并將種子向型孔下方推動(dòng)。內(nèi)清種刀對(duì)多余種子進(jìn)一步清除，以保證排種器的單粒性，如圖5所示。

圖5 內(nèi)外清種刀整體安裝示意圖Fig.5 Schematic diagram of the overall installation of internal and external seed cleaning knives

外清種刀工作面為光滑曲線(xiàn)，當(dāng)清種刀靠近種子時(shí)，對(duì)型孔上的多余種子逐漸增大推力從而刮掉多余種子。光滑曲線(xiàn)由一段直線(xiàn)和一段弧線(xiàn)相切組合而成，弧線(xiàn)段可逐步加大對(duì)多余種子的推力，預(yù)先清理型孔處吸附不穩(wěn)定的多余種子且不傷種，圓弧半徑r=220 mm，圓心角n為14°；連接線(xiàn)l4長(zhǎng)度為5 mm，直線(xiàn)段l3長(zhǎng)度為12.5 mm，用于清除吸附較穩(wěn)定的多余種子；直線(xiàn)段l4用于連接弧線(xiàn)與直線(xiàn)段l3。內(nèi)清種刀設(shè)計(jì)為直線(xiàn)型，直線(xiàn)段l5長(zhǎng)度為32 mm，目的是進(jìn)一步清除型孔處多余種子，且調(diào)整型孔上種子的吸附姿態(tài)，如圖6所示。

圖6 內(nèi)外清種刀結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of the structure of internal and external seed cleaning knives

通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)清種刀在槽孔內(nèi)的安裝位置改變其與型孔中心的上下距離；通過(guò)調(diào)節(jié)外清種刀的伸出長(zhǎng)度改變其與型孔中心的左右距離。前期已完成鄭單958玉米品種和中黃39大豆品種的三軸尺寸測(cè)量，結(jié)果如表1所示。由于玉米種子最大平均長(zhǎng)度為11.15 mm，種子被吸附于型孔上時(shí)未必剛好處于型孔中心，因此外清種距離應(yīng)大于種子最大長(zhǎng)度的一半；而內(nèi)清種距離是清除殘余種子，清種距離無(wú)需過(guò)大。因此，針對(duì)種子形狀尺寸，本研究所設(shè)計(jì)的外清種刀調(diào)節(jié)范圍為0～8 mm、內(nèi)清種刀調(diào)節(jié)范圍為0～2.4 mm（與型孔中心線(xiàn)重合為零，向外為正），通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)外清種刀在定位槽內(nèi)的安裝位置，改變清種刀與型孔的相對(duì)距離，達(dá)到微小尺寸的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)清種效果的變化。

表1 大豆和玉米種子的三軸尺寸Table 1 Triaxial dimensions of soybean and maize

1.3 排種器工作過(guò)程種子受力分析

1）充種過(guò)程。為保證排種器能夠正常充種，在充種區(qū)內(nèi)，種群應(yīng)位于擾種凸臺(tái)上方，提高種群在充種區(qū)內(nèi)的流動(dòng)性和充種效果。以玉米種子為例，當(dāng)種子被吸附在型孔上時(shí)，種子在充種狀態(tài)下的受力情況如圖7所示。

圖7 種子在充種區(qū)的受力分析Fig.7 Force analysis of seeds in filling area

此時(shí)，種子的受力情況如下：

其中，F(xiàn)p=PS。

式（3）中：FJ為種子離心力，F(xiàn)J=mRhω2，N；fx為種子與排種盤(pán)之間在X方向的摩擦力，N；fy為種子與排種盤(pán)之間在Y方向的摩擦力，N；G為種子重力，N；Fp為種子受到的吸附力，N；Tz為排種盤(pán)在Z軸方向?qū)ΨN子的支持力，N；M為FJ、fx、fy、G的合力，N；θ為離心力FJ與排種盤(pán)之間的夾角，（°）；β為種子重力與X軸方向夾角，（°）；m為種子質(zhì)量，kg；ω為排種盤(pán)角速度，rad/s；P為型孔處壓力，Pa；S為型孔面積，mm2。

2）清種過(guò)程。在清種區(qū)內(nèi)，型孔處被吸附的多余種子在內(nèi)外清種刀作用下回落到充種區(qū)，此時(shí)應(yīng)保證多余種子所受到的吸附力小于重力。為此，對(duì)種子在型孔上的滑落情況進(jìn)行受力分析，如圖8所示。

圖8 種子在清種區(qū)的受力分析Fig.8 Force analysis of seeds in clearing area

多余種子脫離型孔后不再受吸附力的作用，在回落過(guò)程中，種子的受力情況如下。

種子順利掉回充種區(qū)的條件為：

式（4）中，F(xiàn)p=0；Fk為種子受到的空氣阻力，N；α為空氣阻力與Z平面的夾角，（°）。

1.4 臺(tái)架試驗(yàn)

1）試驗(yàn)材料及設(shè)備。試驗(yàn)材料為鄭單958玉米品種和中黃39大豆品種。臺(tái)架試驗(yàn)所用儀器為PZQCSY-2排種器性能檢測(cè)儀（圖9）。

圖9 排種器性能檢測(cè)儀Fig.9 Seed meter performance tester

2）評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)大豆玉米帶狀復(fù)合種植技術(shù)農(nóng)藝要求，設(shè)置玉米理論株距為10 cm、大豆理論株距為9 cm。以合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)GB/T 6973—2005《單粒（精播）播種機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每組試驗(yàn)采集251粒種子，重復(fù)3次取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。各項(xiàng)性能指標(biāo)計(jì)算方式如下。

式（6）中，Q為 合 格 指 數(shù)，%；M為 重 播 指數(shù)，%；L為漏播指數(shù)，%；n1為重播數(shù)；n2為漏播數(shù)；N'為1次試驗(yàn)連續(xù)記錄的總株距數(shù)，N'=250。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)

前文分析得出玉米排種盤(pán)型孔數(shù)Z1≥37.87，大豆排種盤(pán)型孔數(shù)Z2≥39.87，由于氣吸式排種器播種玉米時(shí)常用型孔數(shù)有26［20］、27個(gè)［21-22］等。因此，為分析不同型孔數(shù)和內(nèi)外清種刀與型孔中心間距等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)排種性能的影響，在前期預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以型孔數(shù)、外清種間距、內(nèi)清種間距為試驗(yàn)因素，以合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)3因素5水平正交試驗(yàn)，選擇正交表L25（56），因素水平見(jiàn)表2，試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表3。為保證排種質(zhì)量及多型孔排種盤(pán)對(duì)風(fēng)壓的需求，經(jīng)前期預(yù)試驗(yàn)確定正交試驗(yàn)在工作壓力為6.5 kPa、作業(yè)速度為5 km/h條件下進(jìn)行。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiment

由正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析（表4）可知，影響玉米合格指數(shù)的主次因素為A>B>C，最優(yōu)組合為A3B4C4；影響玉米重播指數(shù)的主次因素為B>A>C，最優(yōu)組合為B2A3C1；影響玉米漏播指數(shù)的主次因素為A>B>C，最優(yōu)組合為A3B4C3。由正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析（表5）可知，因素A對(duì)玉米合格指數(shù)和漏播指數(shù)影響極其顯著，對(duì)重播指數(shù)影響顯著；因素B對(duì)玉米合格指數(shù)和漏播指數(shù)的影響均極其顯著，對(duì)重播指數(shù)影響顯著；因素C僅對(duì)玉米漏播指數(shù)影響顯著。在實(shí)際播種過(guò)程中，排種器應(yīng)在保證合格指數(shù)的情況下盡量降低漏播指數(shù)，因此，對(duì)玉米排種而言，因素A的最佳水平為A3，即型孔數(shù)為36個(gè)；因素B的最佳水平為B4，即外清種間距為6 mm；因素C的最佳水平為C3，即內(nèi)清種間距為1.2 mm，此時(shí)合格指數(shù)最大、漏播指數(shù)最小。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析表Table 4 Range analysis of orthogonal experiment results

影響大豆合格指數(shù)的主次因素為A>B>C，最優(yōu)組合為A3B4C4；影響大豆重播指數(shù)的主次因素為A>B>C，最優(yōu)組合為A4B1C5；影響大豆漏播指數(shù)的主次因素為B>A>C，最優(yōu)組合為B4A3C4。由方差分析（表5）可知，因素A對(duì)大豆合格指數(shù)和重播指數(shù)的影響均極其顯著，對(duì)漏播指數(shù)的影響顯著；因素B對(duì)大豆合格指數(shù)和漏播指數(shù)的影響均極其顯著，對(duì)重播指數(shù)的影響不顯著；因素C對(duì)僅大豆漏播指數(shù)影響顯著。因此，對(duì)大豆排種而言，因素A的最佳水平為A3，即型孔數(shù)為64個(gè)；因素B的最佳水平為B4，即外清種間距為4.5 mm；因素C的最佳水平為C4，即內(nèi)清種間距為1.5 mm，此時(shí)合格指數(shù)最大、漏播指數(shù)最小。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析P值Table 5 Statistical analysis of orthogonal test results P value

2.2 中心組合試驗(yàn)

在正交試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步確定排種器播種玉米、大豆時(shí)的最佳型孔數(shù)和內(nèi)外清種間距，采用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)（central composite design，CCD），以合格指數(shù)、重播指數(shù)和漏播指數(shù)為響應(yīng)指標(biāo)，根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果確定中心組合試驗(yàn)各因素的中心點(diǎn)，試驗(yàn)因素水平編碼如表6所示。由于型孔數(shù)只能為整數(shù)，故將玉米、大豆型孔數(shù)在?1水平時(shí)，經(jīng)四舍五入分別取為32、59，在+1水平時(shí)，分別取為40、69。試驗(yàn)方案及結(jié)果如表7所示。利用軟件De?sign Expert 11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

表6 中心組合試驗(yàn)因素水平編碼表Table 6 Test factors and levels of CCD

表7 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 7 Scheme and results of central composite design

運(yùn)用Design-Expert 11軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，建立合格指數(shù)Q、重播指數(shù)M和漏播指數(shù)L與型孔數(shù)X1、外清種距離X2和內(nèi)清種距離X3之間的回歸方程，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和回歸方程進(jìn)行方差分析，如表8所示。

表8 中心組合試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析P值Table 8 Statistical analysis of CCD test results P value

對(duì)表7所示的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，分別得到玉米大豆合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)與試驗(yàn)因素之間的三元二次回歸方程：

式（7）～（8）中，Q1為玉米合格指數(shù)，M1為玉米重播指數(shù)，L1為玉米漏播指數(shù)；Q2為大豆合格指數(shù)，M2為大豆重播指數(shù)，L2為大豆漏播指數(shù)。由表8中心組合試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果P值分析可知，回歸方程（7）和（8）模型的檢驗(yàn)P值均為顯著或極其顯著，說(shuō)明試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)合理；失擬項(xiàng)的P值均大于0.05，即不顯著，說(shuō)明回歸方程與實(shí)際情況擬合較好，因此，可用于試驗(yàn)預(yù)測(cè)和分析。

對(duì)于玉米合格指數(shù)Q1，型孔數(shù)X1及X22的影響極其顯著，外清種間距X2、X2X3及X32的影響顯著，其他因素影響不顯著。對(duì)于玉米重播指數(shù)M1，內(nèi)清種間距X3的影響極其顯著，型孔數(shù)X1與外清種間距X2的影響顯著，其他因素影響不顯著。對(duì)于玉米漏播指數(shù)L1，型孔數(shù)X1、外清種間距X2及X22的影響極其顯著，內(nèi)清種間距X3、X2X3及X32的影響顯著，其他因素影響不顯著。

對(duì)于大豆合格指數(shù)Q2，型孔數(shù)X1的影響極其顯著，外清種間距X2、內(nèi)清種間距X3及X22、X32的影響顯著，其他因素的影響不顯著。對(duì)于大豆重播指數(shù)M2，外清種間距X2、內(nèi)清種間距X3及X22、X32的影響極其顯著，其他因素的影響不顯著。對(duì)于大豆漏播指數(shù)L2，型孔數(shù)X1、內(nèi)清種間距X3的影響極其顯著，外清種間距X2及X22、X32的影響顯著，其他因素的影響不顯著。

由于存在某些因素的二次項(xiàng)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響不顯著，去除不顯著的二次項(xiàng)后，得到新的回歸方程如式（9）～（10）。優(yōu)化后擬合模型擬失項(xiàng)的P值均比優(yōu)化前高，說(shuō)明擬合模型的可靠性增強(qiáng)、擬合度提高，優(yōu)化后的回歸方程在各項(xiàng)指標(biāo)上均優(yōu)于之前，具有更好的擬合度和可靠性。

2.3 參數(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證試驗(yàn)

為獲得排種器對(duì)玉米、大豆排種的最優(yōu)參數(shù)組合，分別以合格指數(shù)Q、重播指數(shù)M、漏播指數(shù)L為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立玉米、大豆的參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，其目標(biāo)函數(shù)和約束條件分別為：

采用線(xiàn)性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，應(yīng)用Design-Expert 11軟件 的Optimization優(yōu)化模塊，分別得到播種玉米和大豆時(shí)的最優(yōu)參數(shù)組合（表9）。基于最優(yōu)參數(shù)組合開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表10所示。

表9 最優(yōu)參數(shù)組合及預(yù)測(cè)結(jié)果Table 9 Optimal working parameters and prediction results

表10 排種驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Validation experiment results %

3 討論

本研究設(shè)計(jì)了一種具有雙重清種作用的氣吸式玉米、大豆兼用的精量排種器，針對(duì)小株距密植的精量排種需求，對(duì)排種盤(pán)型孔數(shù)、外清種距離和內(nèi)清種距離進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

通過(guò)正交試驗(yàn)分析了排種盤(pán)型孔數(shù)、外清種距離和內(nèi)清種距離對(duì)排種性能的影響及主次順序，初步確定了較優(yōu)工作參數(shù)組合，對(duì)玉米排種而言：型孔為36個(gè)，外清種距離為6 mm，內(nèi)清種距離為1.2 mm；對(duì)大豆排種而言：型孔為64個(gè)、外清種距離為4.5 mm、內(nèi)清種距離為1.5 mm。

為進(jìn)一步優(yōu)化排種性能，在正交試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)因素進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并預(yù)測(cè)出最優(yōu)參數(shù)組合，預(yù)測(cè)結(jié)果表明：對(duì)玉米排種而言，當(dāng)最佳型孔數(shù)為35個(gè)、外清種距離為6.2 mm、內(nèi)清種距離為1.6 mm時(shí)，合格指數(shù)為95.45%，重播指數(shù)為1.30%，漏播指數(shù)為3.25%；對(duì)大豆排種而言，當(dāng)最佳型孔數(shù)為62個(gè)、外清種距離為4.1 mm，內(nèi)清種距離為1.6 mm時(shí)，合格指數(shù)為97.16%，重播指數(shù)為0.05%，漏播指數(shù)為2.79%。

最終對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到玉米排種合格指數(shù)為95.40%，重播指數(shù)為1.50%，漏播指數(shù)為3.10%；大豆播種合格指數(shù)為97.78%，重播指數(shù)為0.32%，漏播指數(shù)為1.90%。表明預(yù)測(cè)的最優(yōu)工作參數(shù)組合與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，排種性能指標(biāo)滿(mǎn)足播種要求。

本研究可滿(mǎn)足大豆玉米密植精量播種的農(nóng)藝要求，但因玉米種子形狀不規(guī)則，其排種質(zhì)量相對(duì)于大豆有待于進(jìn)一步改善。因此，將進(jìn)一步開(kāi)展排種器擾種結(jié)構(gòu)的研究，以進(jìn)一步增強(qiáng)玉米在排種器內(nèi)的充種性能。