指夹式排种器排种性能试验研究[精选]

1、分类号 s223.9 学校代码 10129 指夹式排种器排种性能试验研究experimental study on seed-metering performance of finger-clamp type seed-metering device 申 请 人：周 鹏 学位类别：学术型硕士 学科门类：工 学 学科专业：农业机械化工程 研究方向：高寒干旱地区农业机械化工程与技术 教授 论文提交日期：二一八年五月摘 要排种器是精密播种机必不可少的部件之一，播种机播种质量的优劣由排种器排种性能的好坏决定。指夹式排种器是机械式排种器的一种，用于玉米播种，其结构设计复杂，影响因素多。本文通过对内单4号

2、玉米种子进行物理特性测试，其测试结果给指夹式排种器排种性能提供理论基础。分析指夹式排种器结构及工作原理，以及玉米种子运动过程受力情况，得到随着工作转速的增加，指夹压力先减小后增大。为了研究排种盘材料对排种性能的影响，选用橡胶和塑料作为排种盘附加材料，并进行排种性能试验。试验结果表明：添加橡胶薄垫的排种器的合格指数为87.91，重播指数为 8.23，漏播指数为3.92，添加塑料薄垫的排种器合格指数为83.24，重播指数为11.31，漏播指数为 5.57，两种材料都符合农业作业要求。通过对比，选择橡胶材料作为排种盘附加材料。在对排种试验台进行相关试验的时候，一般是依据3个指标开展的（分别为漏播率、

3、合格率、以及重播率），即一般是对3个不同的因素展开了单因素试验（分别为振幅、频率、以及排钟盘速等），如此能够明确排种器排钟性能能够受到上述因素对它们性能造成的影响大小。通过正交试验设计方法能够进行深入的水平正交试验（三因素三水平的），并且在获得数据结果后开展科学的极差分析，如此能够就排种器排钟性能受到不同因素影响的大小进行排名。通过分析，获得了一个排种器性能较为优异的组合参数：播种的速度是 4km/h，振幅是6mm，振动的频率是14hz。如此条件下，获得的漏播指数是3.53%，玉米单粒合格指数是90.71%，能够实现高质量的农业技术播种。关键词：排种器；指夹式；精密；排种性能；正交试验 基金项

4、目：国家自然科学基金项目（51365034) experimental study on seed-metering performance of finger-clamp type seed-metering deviceabstractseed metering device is one of the essential parts of precision seeder, and the quality of seeding is determined by the performance of seed metering device. finger-type metering de

5、vice is a kind of mechanical seed metering device, which is used for maize sowing, and its structural design is complex and has many influencing factors.in this paper, the physical characteristics of single 4th maize seeds were tested, and the test results provided a theoretical basis for the meteri

6、ng performance of the finger-type seed-metering device. the paper analyzes the structure and working principle of the finger-type seed-metering device, and the force of the maize seeds during the process of the movement, and gets the clamping pressure to decrease and then increase with the increase

7、of working speed. in order to study the effect of seed plate material on the performance of seed nesting, rubber and plastics were used as additional materials of seed plate, and test of seed performance was carried out. the test results show that: the qualified index of the seed-metering device wit

8、h rubber mat is 87.91%, the replay index is 8.23%, the leakage index is 3.92%, the seeding device with plastic pad is 83.24%, the replay index is 11.31%, the leakage index is 5.57%, and both kinds of materials meet the requirements of agricultural operation. by contrast, the rubber material is selec

9、ted as the additional material for the row type disk. the test indexes of the test table are the passing rate, the replay rate, the leakage ratio, the single factor test for three factors, such as the speed of seeding, frequency and amplitude of vibration, and the influence of three factors on the p

10、erformance of seed metering by single factor test. in this paper, the orthogonal test design method is used to analyze the three factors which affect the performance of the seed-metering, three factor three-level orthogonal test, and the difference analysis of the test data, and obtain the primary a

11、nd secondary order of the different indexes on the seed-metering performance of the seed-metering device. at the same time, the optimal combination parameters of the seed-metering device-vibration frequency is 14hz, the amplitude is 6mm, and the seeding speed is 4km/h. maize single grain qualified i

12、ndex is 90.71%, and the leakage index is 3.53%, which accords with the requirement of agricultural technology sowing.keywords：seed metering device；finger clip ；precision；nesting performance；orthogonal testdirected by: prof. zhao manquanapplicant for master degree: zhou peng （agricultural mechanizati

13、on engineering)(college of mechanical and electrical engineering. inner mongolia agricultural university. hohhot 010018. china)目 录1 引言11.1 研究背景11.2 国内外玉米种子精密排种器的研究现状21.2.1 国外玉米种子精密排种器的研究现状21.2.2 国内指夹式精密排种器的研究现状31.3 存在的主要问题51.4 研究目的及意义61.4.1 研究目的61.4.2 研究意义61.5 研究内容及技术路线61.5.1 研究内容61.5.2 技术路线72 玉米种子物

14、理特性测试82.1 测试材料82.2 测试方法82.2.1 含水率的测试方法82.2.2 密度的测试方法102.2.3 三轴尺寸的测试方法102.2.4 千粒重的测试方法102.2.5 休止角的测试方法112.3 测试结果112.3.1 含水率的测试结果112.3.2 密度的测试结果112.3.3 三轴尺寸的测试结果122.3.4 千粒重的测试结果122.3.5 休止角的测试结果122.4 本章小结133 指夹式排种器结构分析143.1 指夹式排种器结构及工作原理143.2 指夹式排种器主要部件功能分析143.2.1 指夹器143.2.2 颠簸带163.2.3 排种带173.3 种子运动过程中

15、相关力学分析173.3.1 充种过程173.3.2 清种过程184 排种性能试验204.1 试验材料与设备204.2 试验方法214.3 评价指标224.3.1 取样及数据处理224.3.2 试验结果评价224.4 排种性能试验234.4.1 排种盘材料对排种性能影响234.4.2 振动频率对排种性能影响234.4.3 振幅对排种性能影响244.4.4 排种盘转速对排种性能影响254.4.5 排种性能正交试验研究255 结论与建议285.1 结论285.2 建议28 致谢29 参考文献30 作者简介33插图和附表清单1. 图1 玉米22. 图2 装有指夹式排种器的开沟器33. 图3 仿生指夹式

16、排种器44. 图4 仿生指夹式排种器45. 图5 指夹式排种器排种性能试验台56. 图6 伸缩指夹式排种器57. 图7 技术路线78. 图8 真空干燥箱99. 图9 电子天平910. 图10 指夹式排种器结构1411. 图11 指夹器结构1512. 图12 指夹张开角度1613. 图13 指夹的受力1614. 图14 指夹状态1715. 图15 种子受力1816. 图16 清种示意图1917. 图17 振动排种试验台2018. 图18 改进后的排种盘2319. 图19 频率数据拟合曲线图2420. 图20 振幅数据拟合曲线图2421. 图21 种床速度数据拟合曲线图2522. 表1 玉米种子的

17、含水率1123. 表2 玉米种子的密度1124. 表3 玉米种子的三轴尺寸、等效直径和球形率1225. 表4 玉米种子的千粒重1226. 表5 玉米种子的休止角1227. 表6 试验台基本参数2128. 表7 吸合式电磁振动台参数2129. 表8 正交试验因素水平表2630. 表9 正交试验方案及结果2631. 表10 正交试验极差分析结果271 引言种子有四种特性，包括形态、生理、生化和物理特性。其中种子物理机械特性对于研究精密排种器有着重要意义1。它是研究农业播种机械的理论基础，它也决定着机械播种设备的参数。因此，在优化农机设备前就必须充分了解种子物理特性，这样才能更好的发挥农业播种机械的

18、功能，也能更好的满足农作物的作业要求，减少对种子的破损，提高农业播种机械的播种合格指数，从而达到增产、增收的目的2。目前，国内外的诸多学者对种子物理机械特性己经有了比较深入的研究，这为农业播种机械的优化设计提供了重要的参考依据。播种是农业的基本环节。播种质量的好坏将直接影响到以后出苗率的高低3。随着现代技术的发展，播种机的技术水平也逐步的提高。尤其，现在的精密播种机具有不浪费种子，农作物植株分布的均匀，省去了间苗的问题，符合农作物生长需求的优点。同时精播还有省功、省时以及提高产量的优点。其中，排种器的质量是影响播种机播种性能的主要因素4。按照排种原理，精密排种器可以分为机械式和气力式两种5。指

19、夹式排种器是机械式排种器的一种，凭借着结构简单、种子破损率低、排种均匀的特点被大量应用于精密播种机械中6。 研究背景玉米是一年生长植物，其植株又高又大，而且茎很强壮。作为粮食和饲料，给人类提供不可缺少的营养，玉米是生产量全球最高的农作物，其种植规模仅次于小麦和水稻。玉米有着很高的营养价值，因此被誉为长寿食品之一。玉米含有大量的蛋白质、脂肪、微量元素、纤维素等，有着开发研究生物功能食品的潜力。其复杂的遗传特点，变异种类繁多，使得在生长中周期长，变异系数大，影响子代的生长发育。然而通过现代生物育种技术，可以解决其缺点，也可以大大的提高育种速度和质量。近些年，随着人民生活水平的蒸蒸日上以及对健康饮食

20、的追求，玉米的食疗保健作用也得到了人们越来越多的重视和认可。有一种说法：欧洲文化是麦子文化，亚洲是大米文化，拉丁美洲则是玉米文化。然而墨西哥和中美洲，就是玉米的起源地，跟据考古觉察，1万多年前，这里就开始有了野生的玉米，然而印第安人也已经有3500年的种植玉米的历史。考古专家在普埃布拉州特瓦坎谷地发掘了公元前7000年至公元1540年之间玉米文化的遗址，标志古印第安人怎么在狩猎活动越来越少的同时，渐渐开始摘取野果并发展到人工种植玉米的过程。玉米在中国的栽培历史大约有470多年。但因其产量高，质量好，适于多种土壤，培植面积越来越大。当前中国播种面积大概3亿亩，仅次于大米、麦子，是第三产量的粮食作

21、物。在世界上仅次于美国。在慢慢的发展中，本国对玉米的培植技术也积攒了大量的经验。图1 玉米 corn现阶段，市场上的玉米播种机由于生产企业的不同生产方式，所以有很多不同规格，不同类型的播种机。在各种各样的播种机中，有一些设备存在一些问题，这些问题会制约播种作业的效果。再加上玉米也分为不同的品种，不同品种的玉米种子大小是不同的，现在的播种机要求种子大小均匀才能进行正确的播种，所以需要结合玉米的类型选择最合适的玉米播种机有针对地进行玉米播种7。因此，致力于玉米排种装置的研究仍然十分必要。对于保障我国的食品安全来说有着重要的意义。同时玉米还是我国重要的经济作物，促进玉米种植机械的向前发展对于促进我国

22、经济的增多也有着积极的作用。对某种设计成熟的装置进行改进，从而设计出满足另一种功能或需要的装置是设备研发中常用的一种技术路线，好处是可以利用现有研究成果，进行最少的改动，避免重复研究工作等，同时也大大减少研发周期8。本课题正是基于这样的思路，对指夹式排种装置进行优化试验改进，使改进后的排种装置较好满足谷子播种的各项农艺要求。1.2 国内外玉米种子精密排种器的研究现状1.2.1 国外玉米种子精密排种器的研究现状许多发达国家的玉米播种技术已经形成完整的技术体系,精密播种技术普遍应用。在国外，从20世纪30年代就开始进行玉米精密播种机的研究，目前玉米精密播种排种器主要有机械式和气力式两种9。grea

23、t plain manufacturing公司研发了以播种多种作物品种的单粒机械式排种器。这种排种器具有多个排种盘,通过更换不同种盘来适用于不同作物的播种。此排种器一般对玉米种子播种可以实现比较高的排种均匀性，而形状怪异的玉米种子难以实现单粒排种的要求10-14。英国ferguson公司研发了mf543型通用机架式的播种机，采取了机械式与气力式相结合的与众不同的设计方法，机械式的旁充型孔轮在种子室内旋转时，种子进入到型孔中，当型孔旋转到种室上方时，低压的气体将型孔内多出来的种子吹入到种子室里，在型孔内仅仅留有1粒种子；当型孔旋转到种子室下方时，种子凭借着自身的重力和气体吹送的作用通过导种管有序

24、的落到种沟内，顺利完成播种的过程15。国外的玉米精密排种器主要以气力式为主，气力式排种器按照工作原理分为气吸式、气压式和气吹式3种。代表性的有德国贝克公司研发的aeromat-2型的玉米气吹式排种器、john deere公司研发的玉米气力式排种器和kinze公司生产的玉米气力式排种器16-20。john deere公司在20世纪90年代末研发了maxemerge planters型高速气吸式精密排种器，其配备了高精度农业技术系统，可以根据土壌特性和含有水分多少等条件的改变,进行变量播种和施肥，可以达到节省种子肥料、提高生态环境和降低成本的效果，以约翰迪尔的盘式种子盘式排种器为代表，种子通过盘的

25、环槽转动落入到投种口，排种盘有平盘和孔盘2种，利用气压将单粒种子吸入，播种不同的种子只需更换排种盘,改变盘的转速可调整种子株距21-22。进入21世纪后，德国阿玛松公司最新研制生产了气吸式精密播种机。该播种器的排种盘采用了结构独特的凸孔盘，提高了投种的精确性，该机在各种工况条件下都能保证理想的工作质量,有较翕的生产率及可靠性，可通过更换播种盘播种多种作物23-24。 总体来看，国外玉米精密排种器发展早,技术比较发达。但是由于其结构复杂，造价高，不适用于我国农业生产。 国内指夹式精密排种器的研究现状 我国相对于国外对精密播种机械的研究起步较晚。从上世纪80年代开始，国内学者开始研究指式排种器。眼

26、下，国内研发改进的指夹式排种器主要有如下：1986年，周祖良等研制了用于条播机的指夹式排种器，该排种器播种玉米的工作指标较先进，能较好地满足农业技术要求25。装有指夹式排种器的开沟器如图2所示。图2 装有指夹式排种器的开沟器 a ditching device equipped with a finger type seed metering device2010年，吉林大学李洪刚，详细研究了仿生指夹式排种器的具体结构和工作过程，分析了仿生柔性取种、柔性推送相对与传统排种器刚性充种和刮种工作性能的优越性26。仿生指夹式排种器如图3所示。图3 仿生指夹式排种器 bionic pinch type

27、 seed metering device2011年，付威等人以玉米为研究对象，研制了强制夹持式玉米精量排种器。该排种器在工作速度为3.5km/h时，单粒率85%，且夹持机构简单，取种适应性比较强，但是对于流动性比较差的种子，其清种效果差强人意。所以，此排种器的结尺寸和工作参数还有待进一步试验与优化27。仿生指夹式排种器结构如图4所示。1主轴 2主盘 3鸭嘴总成 4腰带 5内定盘 6取种带 7取种器 8外定盘9播种管 10导轨 11挡种板图4 仿生指夹式排种器fig.4 structure of mechanical forced pinch precision metering device

28、2013年，魏泽川研究了指夹式玉米精密排种器工作原理及结构特点，并对主要零部件的功能和参数进行了分析研究，为正确使用和维护提供理论依据28。2015年，东北农业大学工程学院王金武等，为满足精密播种作业要求，采用夹持充种、振动清种及柔性导种等方式，对指夹式玉米精密排种器作出了优化设计，更能满足农业技术要求29。其指夹式排种器排种性能试验台如图5所示。1指夹式排种器 2安装架 3喷油泵 4摄像处理装置 5驱动电动机 6种床带图5 指夹式排种器排种性能试验台fig.5 seeding performance test bench with finger pinch type seed meterin

29、g device2016年，山东理工大学耿端阳等人，设计了一种结构简单、排种效果好的伸缩指夹式精量排种器，研究了该排种器主要结构参数对排种性能的影响规律30。伸缩指夹式排种器如图6所示。1种子 2卸种盖 3伸缩指夹器 4种盘 5传动轴 6清种毛刷 7后壳体 8前壳体图6 伸缩指夹式排种器fig.6 telescopic pinch type seed metering device 虽然国内对指夹式玉米精密排种器的研究比较深入，但是排种性能方面还有待提高，设计上还需完善31。 存在的主要问题 根据文献资料进行综合分析，我国指夹式玉米精密排种器研究中存在的主要问题有：（1）指夹式玉米精密排种器在

30、实际应用中仍然存在着问题，如玉米种子在排种过程中易对种子造成机械损伤而导致其破损而不发芽、不适合高速作业等。（2）指夹式玉米精密排种器在排种时依然会出现重播、漏播现象。虽然近些年不少公司推出新型指夹式玉米精密排种装置，有的能较好实现玉米种子精量播种，但仍需加以改进或是采用新的设计方法，从而降低产品成本，提高排种精度。（3）指夹式排种器在排种时受到振动和排种盘转速影响，从而影响着排种器排种性能。1.4 研究目的及意义1.4.1 研究目的随着玉米种植面积的扩大以及玉米的増产増收，它在中国农业和国民经济发展中产生着举足轻重的作用。因此，寻找一种省时省力高效经济的播种方式对玉米的种植来说显得尤为重要3

31、2。良好的使用精量播种技术是实现玉米增产增收的关键，提高排种器播种合格率，降低漏播率和重播率有着重要的现实意义。玉米的精密播种不仅可以有效的节约种子，降低播种的资金投入，减轻劳动者的劳动强度，还可以提高玉米的产量，为农民增加收入，更可以有效的缓解我国的粮食短缺问题33。但是随着科学技术的不断发展，各类优质产量高的种子屡见不鲜，玉米种子的特性也基本不相同，这就要求排种器的排种性能越来越髙。在这种情况下，在有效的播种期内就要求有高质量、高效率的播种机械来解决精密播种的难题34。1.4.2 研究意义伴随着我国农业的现代化，机械化作业不断普及。一年之计在于春，抢收快播成为重要的环节。因此，广大劳动者对

32、播种机械的要求越来越高，这就需要有性能良好的精密排种器来完成35。目前市场上有采用气吸式提取种子的，即利用空气的正压和负压吸或者吹来实现，这种方法除了要具备应有的排种装置外，还要有与之配套的供气装置，使得播种机结构复杂，使用成本高，故障增多。而指夹式排种器就不需要与之配套的电气装置，而且具有造价低廉、结构简单、维修方便、工作可靠性能好、制造工艺要求低等优点，故障也相对减少36。因此，开展玉米精密排种器研究具有以下意义。 （1）节省玉米种子，降低种植户的投资成本。（2）省工省时，减少劳动强度。（3）培育壮苗，有利于增产增收。（4）抗旱保苗效果好。（5）节省除草剂，延长药效。 研究内容及技术路线

33、研究内容结合国内外对指夹式排种器的研巧及存在的一些问题，分析指夹式排种器的工作过程以及关键部件功能分析，对指夹式排种器的工作部件进行优化。本文具体研究内容有以下几点：（1）玉米种子物理特性研究。本文以内单4号玉米种子为研究对象，主要是对种子密度等进行了研究，从而能够给指夹式排种器排钟性能的相关实验研究带来较多的理论支撑。（2）对指夹式排种器工作原理及主要部件进行功能分析，并对指夹式排种器相关部件进行受力分析。（3）利用吸合式电磁振动排种性能试验台研究不同频率和不同振幅下的排种性能，并找出最佳排种性能的频率和振幅范围。（4）进行指夹式排种器排种性能的影响因素的正交试验，确立最优因素组合。（5）将

34、指夹式排种器与气吸式排种器进行对比试验研究，确定指夹式排种器的优缺点。 技术路线技术路线如图7所示。图7 技术路线 technical line2 玉米种子物理特性测试种子有四种特性，包括形态、生理、生化和物理特性。其中种子的物理机械特性对于研究玉米精密排种器有着重要的意义。它是研究农业机械的理论基础，它也决定着机械设备的参数。因此，在设计一种新型农机具前就必须充分了解种子的物理特性，这样才能更好的发挥农业机械的功能，也能更好的满足农作物的农艺要求，从而减少对种子的伤害，提高农业机械的播种合格指数，进而达到増产增收的目的。目前，国内外的许多学者对种子的物理特性已经有了比较深入的研究，为农业机械

35、的设计提供了重要的参考依据。1960年，zorerb和all对扁形玉米、豆类植物和小麦进行了研究，研究发现含水量、加载速度、加载位置、温度和物料的尺寸都会或多或少的影响着作物的挤压程度37；1966年，bilanski等人研究了不同水分下玉米种子的载荷-变形曲线。结果表明，含水率和压缩位置的不同严重影响玉米种子的变形38；1970年，mohsenin用球形压头的压缩试验方法来测试不同含水量下的玉米种子对角质胚乳厚片应力松弛特性的影响。结果发现，时间、含水量和温度的变化将会影响玉米角质胚乳的松弛度39；1988年，haghighi和segerlind根据材料的粘弹性性质，采用有限元的方法研究了时

36、间对玉米纵截面各应力分量的影响。研究表明，通过此方法可以计算出玉米在烘干的过程中最大应力出现的位置、时间以及烘干条件的关系40-42；另外barych和carman等也分别对婉豆、小扁豆种子的物理特性做出了仔细的研究43。国内也有相关文章的报道。例如，1995年，赵学笃，马中苏等人试验研究了玉米种子的压缩、剪切和冲击等力学特性。研究表明；含水率影响着玉米种子的压缩、剪切和冲击等44；2005年，张明学，赵样涛等对东北玉米进行了深入的颗粒破碎敏感性试验研究。研究表明：干燥条件严重影响着籽粒的应力裂纹，进而影响着籽粒的破损程度，同时还分析了玉米在存储环节的破碎因素，为玉米的存储问题提供了可靠的理论

37、依据45；2007年，李心平、高连兴等人采用有限元的方法研究了玉米籽粒在压载作用下不同应力的分布情况，研究发现了玉米籽粒在不同压载作用下的施力部位微观力学恃性46。 测试材料本文所测试的种子为市场需求量较大的玉米品种：内单4号玉米种子。 测试方法 2.2.1 含水率的测试方法玉米种子的含水率是指待测的玉米种子所含水分重量占整个种子重量的百分比。常见测试方法有烘箱干燥法、甲苯蒸墙法、溶剂提取法等。本文采用烘箱干燥法来测试。采用标准中的恒温烘干法（烘箱温度控制在70）来测试玉米种子的含水率。其设备名称为电热鼓风干燥箱，见图8和图9，步骤为：（）将样品舎烘干、冷却、称重、标记盒号；（）将装满的玉米放

38、入做上标记的样品盒内，并称出其重量，做好记录； （）将装满玉米的样品盒放入恒温至70的烘箱中，盒与盒盖一起放入烘干箱中，将盒盖从盒上取下以便加速烘干，迅速关闭烘干箱，使烘干箱温度回升至70时开始计时，整个烘干过程持续小时；（）打开烘干箱，为了防止吸潮，在箱内就要迅速把盒盖盖上，然后将烘干的玉米样品盒取出放入真空干燥箱中冷却后称出重量（烘千后第一次称重）；（）按照步骤再进行个小时的烘干，按照步骤再进行第二次称重； （）比对步骤和步骤，看二次称重误差是否大于0.2。若大于，则按照步骤在继续烘干，若小于或者等于，即可计算玉米种子的含水率，公式为： s=m2-m3m2-m1% (1)式中：s为玉米种子

39、含水率；m1为样品盒质量，单位g；m2为样品盒加上玉米种子烘前重量，单位g； m3为样品盒加上玉米种子烘后重量，单位g。图8 真空干燥箱 vacuum drying oven图9 电子天平 electronic balance2.2.2 密度的测试方法目前，对种子物料密度的测试方法主要有置换气体法和排水法。所谓置换气体法是先称量出一定质量的待测物料，然后测量出待测物料所排开的气体体积，再根据气体的密度和所排开气体的体积求出待测物料的密度47。排水法是一种简单操作且常用的测量密度的方法。它是将物体完全浸入到水中，物料的体积就是浸泡前与浸泡后的差值，然后测试出物料的质量，根据密度公式即可求出物料的

40、密度。本次试验采用排水法进行玉米种子的密度的测试，其步骤为：（）用天平称出100粒玉米种子的质量，记为；（）再在量筒中装入适量的水，所谓适量就是指既能将物体完全浸泡，又不会超出量筒的最大刻度值，记好读数v1；（）将测试好质量的玉米种子沿量筒壁缓缓放进去直至完全浸傲读出数来，记为v2；（）玉米的体积就为两次体积之差，为v2-v1；（）根据公式计算出玉米的密度。每种待测玉米种子均进行三次试验，取三次试验的平均值作为最后结果。计算公式如下：=mv=mv2-v1 （2）式中：为玉米种子密度，单位，g/cm3；m为待测玉米种子质量，单位，g；v为待测玉米种子体积，单位，cm3。2.2.3 三轴尺寸的测试

41、方法 随机抽取同种玉米种子100粒，通过游标卡尺，能够对多种指标进行测量，随后按照公式对等效直径dp进行计算：dp=(lwt)1/3 （3）根据公式可求出玉米种子的球形率为：=dl （4）式中：为玉米种子球形率；d为玉米种子等效直径，单位，mm；l为玉米种子长，单位，mm。2.2.4 千粒重的测试方法从试验的玉米种子中，分三次随机的抽取1000粒玉米种子，用精度达到0.1的电子秤进行测量，得出这玉米种子的千粒重。2.2.5 休止角的测试方法 本试验采取注入法的方法测试玉米种子的休止角。由支架、漏斗、圆平板和刻度尺构成测试装置。将待测的种子从漏斗的上方慢慢加入，种子慢慢滑落至漏斗的底部，这时物料

42、在平板上堆积且具有一定的倾斜角，堆积到不能再堆积为止。用刻度尺量出玉米种子聚集的高度，记为，按下面公式计算玉米种子的休止角：tan=hr （5） 式中：h为种子堆积高度，单位，mm；r为圆平板半径，单位，mm。（1）时刻保持钢板和谷粒的洁净。（2）切勿用手直接触碰谷子，否则手上的油、灰尘等会附着在谷子上，导致测量结果不准确。（3）改变摩擦仪夹角大小需要通过手动的方式。谷子质量轻，用不同速度抬起斜面会导致夹角值的显著不同，因此抬起斜面时的速度应尽量保持一致。2.3 测试结果2.3.1 含水率的测试结果玉米种子含水率测试结果见表1。表1 玉米种子的含水率 moisture content of m

43、aize seeds品种样品1/%样品2/%样品3/%样品4/%样品5/%内单4号由表1可知：内单4号玉米种子的含水率为8.57。2.3.2 密度的测试结果通过表2，能够知道玉米种子密度测试结果。表2 玉米种子的密度 density of maize seeds品种样品1/g/cm3样品2/g/cm3样品3/g/cm3样品4/g/cm3标准差内单4号1.10g/cm3。2.3.3 三轴尺寸的测试结果通过表3，能够知道知道玉米种子的如下信息：表3 玉米种子的三轴尺寸、等效直径和球形率 three-axis size, equivalent diameter and spherical rate

44、of maize seeds品种长/mm宽/mm厚/mm等效直径/mm球形率平均值内单4号标准差由表3可知：内单4号为扁形小粒玉米种子。2.3.4 千粒重的测试结果玉米种子千粒重的测试结果见表4。表4 玉米种子的千粒重table.4 thousand grain weight of corn seed品种样品1/g样品2/g样品3/g平均值/g标准差内单4号由表4可知：内丹4号玉米种子的千粒重为268.3g。2.3.5 休止角的测试结果 通过表5，能够知道玉米种子休止角的相关信息。表5 玉米种子的休止角table.5 the angle of repose of corn seeds品种休止角

45、/内单4号休止角又称静止摩擦角或堆积角，其与种子的尺寸、形状、含水率、堆放条件等有关。流动性随着休止角减小而增强；散落能力随着休止角变大而减弱。2.4 本章小结对内单4号玉米种子进行物理特性测试。采用烘箱干燥法测试玉米种子含水率，用排水法测试玉米种子密度，用游标卡尺和精密天平分别测试种子的三轴尺寸和千粒重等，为指夹式排种器排种性能试验研究提供理论基础。 3 指夹式排种器结构分析3.1 指夹式排种器结构及工作原理指夹式排种器由排种盘、指夹器、颇簸带、卸种口、凸轮、弹簧及指夹盖等组成，结构如图10所示。指夹式排种器工作原理：种子进入夹种区,随着转盘旋转，在弹簧作用下,指夹器夹持种子,转到清种区,由

46、于颠簸带表面凹凸不平,夹住的种子产生颠簸运动,在清种毛刷的作用下,不稳定的种子落入到种子堆,而夹持得最稳定的一粒种子,随指夹器继续转到排种口排出,依靠导种带到达开沟器的上方，经导种管落入到种沟内,最终完成排种和下种过程48。图10 指夹式排种器结构fig.10 the structure of finger-type seed-metering device在田间排种过程中,指夹式排种器主要依靠充种、清种和导种等方式而完成播种任务，其中充种的过程是所有排种过程中最重要阶段之一，其主要部件指夹器夹持种子性能的好坏将影响着播种机的播种水平。3.2 指夹式排种器主要部件功能分析3.2.1 指夹器对于

47、指夹式排种器而言，指夹器是一个关键的部件，其具体组成如图11所示。直接影响排种的性能冲种性能的有指夹器的形状、指夹器张开角度和指夹器对种子的压力。图11 指夹器结构fig.11 finger clamp structure（1）根据指夹夹持玉米种子的情况，指夹与玉米种子直接接触，玉米种子形状为扁，为了更好的夹持种子，指夹器的形状必须满足下面的几点要求：1)考虑到排种盘的形状，因其外边缘是圆形的，而指夹器需要沿着排种盘外边缘转动，因此指夹的上下边缘曲线需要遵循排种盘外边缘的弧线。2)指夹的宽度与种子的长度应该近视相等，如此可以确保较好的填充效果。3)指夹的长度要适中，如果太短会引起漏播率上升，若

48、指夹过长会引起重播率上升。4)指夹的形状应该满足较好的夹持种子的效果，如此，设计波浪弧状的指夹，使其有两边起伏，既而让玉米种子被夹持的更加稳定，实现顺利充种。（2）根据指夹张开时的形状如漏斗一样，可以看出其张开角度越大，玉米种子就很容易落入夹腔内，这就使得冲种效大大的提高，但也有弊端，这会使得重播率也会在一定程度上提高。所谓精密排种器，就是在一个夹腔内不允许有多粒玉米种子，然而最标准的就是每个夹腔内只有一粒玉米种子，所以指夹的张开角度根据玉米种子的形状而定。对于扁形玉米种子而言，玉米种子在夹腔内大概有三种夹持状态。如果按照玉米种子长度方向上来夹持的话，种子展现竖立的状态，指夹的张开角度最大；如

49、果按照玉米种子宽度方向上来夹持的话，种子展现侧立的状态；如果按照玉米种子厚度方向上来夹持的话，种子展现平躺的状态，指夹张开的角度最小。考虑到指夹夹尾约束着指夹器的张开角度，可以调节指夹夹尾与指夹的相对角度，来改变指夹的张开角度。夹与夹尾的关系由图12所示。图12 指夹张开角度fig.12 finger clamp opening angle（3）指夹夹持玉米种子的压力来自于弹簧。总共有着12个指夹在排种盘的外圈，由弹簧儿连接着相邻的两个指夹。每个指夹两边的弹簧对指夹的作用力是相等的，作用点离转动轴心的距离是相同的，然而它们的力臂不相等，如图13所示,l2l1 ，因此两弹簧形成的力矩不等，p2p

50、1 。两者的力矩差使得指夹器的指夹间产生一定的压力来将种子夹持得稳。图13 指夹的受力fig.13 the force of a finger clip指夹对种子的压力的大小关系到玉米种子被夹持的稳定性，同样影响到玉米种子的伤种情况。考虑到，指夹对种子压力过大，会加快磨损指夹器的夹尾，所以指夹压力的大小应当适中。如此，可以调节拉簧的圈数或者钢丝的直径来改变压力大小。如果拉簧的圈数变少或者钢丝的直径变大的话，指夹压力就会变大；反之，指夹压力就会变小。3.2.2 颠簸带在排种盘的卸种口的稍前方有着颠簸带，它与卸种口相互连接着。它的形状不光滑也不规则，有凸起和凹下。玉米种子沿着排种盘作匀速圆周运动，

51、当种子旋转到颠簸带时，由于颠簸带表面不规则，从而种子在高低起伏的作用下，运动情况突然发生改变。既而，玉米种子会从指夹种脱落，这样就起到了清种的目的。为了更好的清种效果，颠簸带的形状需要满足下面几点要点:1)颠簸带表面凹下的深度要适当，如果深度很大则会使得清种严重过量，从而导致漏播率大幅提高。2)为了获得最好的清种效果，颠簸带的表面需要做到不规则的的曲面。3)为了不造成玉米种子的破损，颠簸带的凸起和凹下的临界不能太尖锐，最好是光滑的，所以坡度拐角应当适中。3.2.3 排种带排种带与指夹器一起转动，它也有着相对应的12个容纳种子的小室，可以接受从卸种口落下的种子。当指夹夹持种子旋转到卸种口时，指夹

52、就随即张开角度，种子便落入排种叶片内，既而种子随着排种叶片转动，最后从排种器排出去。排种带的性能参数也在一定程度上影响到农间植株分布的均匀性。3.3 种子运动过程中相关力学分析 充种过程在充种的过程中，夹持种子的指夹对玉米种子的压力由两边的弹簧耳提供，其压力的大小将很大程度上影响到玉米种子的充种状态以及种子破损率。压力过小，籽粒易脱落，增加漏播率，降低排种性能质量; 压力过大，玉米种子易损伤，加快指夹尾片的磨损程度。指夹在旋转运动中有夹持、闭合和开启3 种状态。指夹夹持状态如图14所示。图14 指夹状态fig.14 finger clamp state在此基础上，以玉米种子为研究对象，对运动过

53、程中的种子进行受力分析，研究工作转速与取种压力的关系。种子运动过程受力如图15所示。 图15 种子受力fig.15 seed stress由于指夹的夹持角度不变，因此指夹的旋转角（wt+） 一直在（0，）内改变。按照达朗贝尔原理，能够进行如下数学分解：gsin(+wt)+f2=mrw2 (6)gsin(+wt)+pn=mrw2 (7)pn=mrw2-gsin(+wt) (8)式（8）通过求导（二阶）获得了如下结果： d2pndw2=m2r+t2gsin(wt+) (9)式中：g代表的含义是玉米种子所受重力，n；f代表的含义是指夹推力，n；f1代表的含义是排种盘横向摩擦力，n；f2代表的含义是排种盘径向摩擦力，n；m为玉米种子质量，g；为指夹旋转角，（）；r为指夹运动圆周半径，mm；为玉米种子与排种盘之间的摩擦系数；t代表的含义是夹持推送运动时间，s。通过式（9）能够明确：sin(+wt)一直都大于零，所以当对其进行二阶求导后，结果仍然超过了零，分析可知