基于均勻設(shè)計(jì)法的排種器優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于均勻設(shè)計(jì)法的排種器優(yōu)化設(shè)計(jì)

0高速項(xiàng)目支撐下的高速高效排種器性能試驗(yàn)正確的氣生產(chǎn)出器是從垂直關(guān)節(jié)排列裝置發(fā)展而來(lái)的。該排種器吸收了垂直關(guān)節(jié)排列裝置和氣生產(chǎn)出裝置的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)氣流不是垂直關(guān)節(jié)的欣然器時(shí)，可以準(zhǔn)確地分配種子，如丁炔苷和其他小粒間隔栽培，從而達(dá)到8km的工作速度。20世紀(jì)70年代以來(lái),馬成林、胡樹(shù)榮等人對(duì)氣力輪式排種器充填原理、排種頻率、氣流速度、型孔結(jié)構(gòu)參數(shù)以及種子尺寸對(duì)排種質(zhì)量影響等問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究,確定了氣力輪式排種器的型孔結(jié)構(gòu)和氣流參數(shù)[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),采用毛刷清種播大豆,氣壓不足時(shí)毛刷容易磨損,產(chǎn)生磕籽、漏播,影響播種質(zhì)量。為此作者設(shè)計(jì)了復(fù)合清種器代替毛刷清種,采用供種管代替擋種罩準(zhǔn)確控制充種室內(nèi)種子面高度,通過(guò)改進(jìn)充種室結(jié)構(gòu)顯著減小排種器寬度,使播種機(jī)可以適應(yīng)大壟雙行要求的窄行配置,滿足東北地區(qū)大壟密的新農(nóng)藝要求。從而降低種子破碎率,提高了排種器工作穩(wěn)定性。為了考察氣力輪式排種器設(shè)計(jì)參數(shù)(充種角、清種角、作業(yè)速度)對(duì)排種性能(充填率、漏播率、重播率、種子破碎率和粒距合格率等)的影響規(guī)律,采用均勻設(shè)計(jì)方法對(duì)高速氣力輪式精密排種器進(jìn)行常壓下大豆播種試驗(yàn)研究。均勻設(shè)計(jì)法屬于多因素、多水平和多指標(biāo)的析因試驗(yàn),可以使試驗(yàn)點(diǎn)在空間中均勻分布,但不具有正交設(shè)計(jì)的整齊可比性,無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析,需借助于軟件建立模型。本文運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)軟件UST1.0建立排種性能指標(biāo)模型,用Matlab6.1軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行圖形化表示,進(jìn)行排種參數(shù)優(yōu)化分析。1試驗(yàn)方案及結(jié)果根據(jù)精密播種理論粒距評(píng)價(jià)體系,采用充填率、排種合格率、重播率、漏播率和種子破碎率分析排種器工作性能。試驗(yàn)選取的因素:充種角(α:30o~55o)、清種角(β:40o~65o)和作業(yè)速度(v:3.4~7.4km/h),每因素分別取6個(gè)等分水平。根據(jù)方開(kāi)泰(1994)均勻設(shè)計(jì)表U12*(1212)及其使用表,采用擬水平方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,試驗(yàn)方案和測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)文獻(xiàn)。取前3個(gè)因素進(jìn)行分析:充種角α(o):30~55,取6個(gè)水平;清種角β(o):40~65,取6個(gè)水平;速度v(km/h):3.4~7.4,取6個(gè)水平。由方開(kāi)泰(1994)均勻設(shè)計(jì)表U12*(1212)及其使用表,采用擬水平方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,方案和測(cè)試結(jié)果如表1。UST1.0軟件建立的排種性能指標(biāo)回歸模型如下:充填率:粒距合格率:重播率:漏播率:上述式(1)至式(4)式中,x1、x2、x3分別代表充種角、清種角和作業(yè)速度。復(fù)相關(guān)系數(shù):RP=0.9412;RQ=0.9646;RMulti.=0.988638613;RMiss.=0.812215478。為便于直觀分析,用Matlab6.1軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行圖形化處理,通過(guò)得出的回歸曲線分析各因素對(duì)性能指標(biāo)的影響規(guī)律以及排種性能指標(biāo)的變化規(guī)律,得出優(yōu)化參數(shù)。2不同因素對(duì)流暢性的影響2.1充種角對(duì)充填率、播性率和粒距合格率的影響作業(yè)速度為5.4km/h下充種角對(duì)排種性能指標(biāo)的影響曲線如圖1。充種角在46o以下,充填率、重播率和粒距合格率隨充種角的增大而提高;充種角在46o以上,充填率和粒距合格率逐漸減小,重播率基本保持不變。充種角超過(guò)50o時(shí),由于帶動(dòng)層加厚,種子破碎率提高,影響排種器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性,粒距合格率下降。在充種角由30o到60o增加過(guò)程中,漏播率呈線性減小。2.2不同充種角對(duì)種子破碎率的影響如圖2,作業(yè)速度為5.4km/h狀態(tài)下,清種角小于55o時(shí),隨著清種角的增加,充填率、重播率和粒距合格率逐漸提高,漏播率逐漸減小。在這種條件下,種子破碎率均為零。當(dāng)設(shè)置清種角小于充種角時(shí),清種板工作端面被種子群淹沒(méi),粒距合格率下降。清種角<30o時(shí),超出了充填率和合格率回歸模型有效區(qū)域。2.3播速、粒距合格率作業(yè)速度對(duì)排種性能的影響如圖3。充種角為46o、清種角為55o時(shí),速度在5.4km/h以下,重播率基本不變,粒距合格率逐漸下降。速度超過(guò)5.4km/h時(shí),重播率逐漸下降,粒距合格率緩慢增加;隨著作業(yè)速度增加,漏播率逐漸增加,超過(guò)6km/h時(shí),漏播率達(dá)到20%以上,排種器不能正常工作。2.4充種角及清種角優(yōu)化值圖4為充種角與清種角對(duì)充填率的交互作用曲線,等值線為以充種角和清種角參數(shù)優(yōu)化值為中心的橢圓曲線。充種角在35o以下,不論清種角取多大,種子充填率均低于92%;充種角超過(guò)46o,由于帶動(dòng)層加厚,種子充填率也逐漸下降。3播種性能分析3.1充填率與清種角的關(guān)系圖5為3.0~7.5km/h速度下大豆種子充填率等值線圖。可以看出,在圖示充種角和清種角范圍內(nèi),清種角對(duì)充填率的影響呈現(xiàn)比較明顯的非線性,在50o~60o區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)波峰,清種角<40o時(shí),充填率急劇下降(充填率出現(xiàn)負(fù)值說(shuō)明參數(shù)取值超出回歸模型的有效區(qū)域),排種器不能正常工作;充種角對(duì)種子充填率的影響:充種角在45o附近出現(xiàn)峰值。充種角>45o時(shí),由于帶動(dòng)層種子可以沿排種輪到達(dá)清種位置,此時(shí)充填率與充種角交互作用比較強(qiáng),設(shè)置清種角小于充種角時(shí)(清種板工作端面埋于種子群中),充填率主要由清種角決定。另外,隨著作業(yè)速度提高,種子充填率略有下降。3.2充填率與清種角的關(guān)系圖6為3.0~7.5km/h速度下大豆種子粒距合格率等值線圖。粒距合格率與充填率有相似的變化趨勢(shì),二者的優(yōu)化值區(qū)域也相同。在(α=45o,β=55o)附近出現(xiàn)波峰中心。清種角<40o時(shí),合格率急劇下降,排種器不能正常工作;設(shè)置清種角小于充種角時(shí)(清種板工作端面埋于種子群中),粒距合格率與充種角無(wú)關(guān)。提高種子的充填性能是改善排種性能的關(guān)鍵。從圖5和圖6可以看出,常壓下粒距合格率與充填率有相似的變化趨勢(shì),二者的優(yōu)化值區(qū)域也相同。根據(jù)充填率和粒距合格率對(duì)排種器結(jié)構(gòu)參數(shù)選優(yōu),結(jié)果為充種角α=46.35o、清種角β=55o。3.3清種角和充種角的影響圖7和圖8為6km/h速度下大豆種子重播率和漏播率等值線圖。隨著充種角和清種角的提高,重播率略有增加,在α=50o和β=65o附近有一個(gè)峰值。漏播率主要受速度影響,作業(yè)速度越高,漏播率越大。適當(dāng)提高充種角和清種角可以減小漏播率。4試驗(yàn)證實(shí)取充種角為46.35o、清種角為55o和作業(yè)速度6km/h試驗(yàn),粒距合格率均值為95.3%。5高排種性能優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明,排種性能指標(biāo)對(duì)充種角、清種角和作業(yè)速度比較敏感,合理配置充種角和清種角