基于均匀设计法的排种器优化设计

基于均匀设计法的排种器优化设计

0高速项目支撑下的高速高效排种器性能试验正确的气生产出器是从垂直关节排列装置发展而来的。该排种器吸收了垂直关节排列装置和气生产出装置的优点。当气流不是垂直关节的欣然器时，可以准确地分配种子，如丁炔苷和其他小粒间隔栽培，从而达到8km的工作速度。20世纪70年代以来,马成林、胡树荣等人对气力轮式排种器充填原理、排种频率、气流速度、型孔结构参数以及种子尺寸对排种质量影响等问题进行了大量的研究,确定了气力轮式排种器的型孔结构和气流参数[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。生产中发现,采用毛刷清种播大豆,气压不足时毛刷容易磨损,产生磕籽、漏播,影响播种质量。为此作者设计了复合清种器代替毛刷清种,采用供种管代替挡种罩准确控制充种室内种子面高度,通过改进充种室结构显著减小排种器宽度,使播种机可以适应大垄双行要求的窄行配置,满足东北地区大垄密的新农艺要求。从而降低种子破碎率,提高了排种器工作稳定性。为了考察气力轮式排种器设计参数(充种角、清种角、作业速度)对排种性能(充填率、漏播率、重播率、种子破碎率和粒距合格率等)的影响规律,采用均匀设计方法对高速气力轮式精密排种器进行常压下大豆播种试验研究。均匀设计法属于多因素、多水平和多指标的析因试验,可以使试验点在空间中均匀分布,但不具有正交设计的整齐可比性,无法对数据进行直观分析,需借助于软件建立模型。本文运用均匀设计软件UST1.0建立排种性能指标模型,用Matlab6.1软件对回归模型进行图形化表示,进行排种参数优化分析。1试验方案及结果根据精密播种理论粒距评价体系,采用充填率、排种合格率、重播率、漏播率和种子破碎率分析排种器工作性能。试验选取的因素:充种角(α:30º~55º)、清种角(β:40º~65º)和作业速度(v:3.4~7.4km/h),每因素分别取6个等分水平。根据方开泰(1994)均匀设计表U12*(1212)及其使用表,采用拟水平方法设计试验方案,试验方案和测试结果参见文献。取前3个因素进行分析:充种角α(º):30~55,取6个水平;清种角β(º):40~65,取6个水平;速度v(km/h):3.4~7.4,取6个水平。由方开泰(1994)均匀设计表U12*(1212)及其使用表,采用拟水平方法设计试验方案,方案和测试结果如表1。UST1.0软件建立的排种性能指标回归模型如下: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分别代表充种角、清种角和作业速度。复相关系数:RP=0.9412;RQ=0.9646;RMulti.=0.988638613;RMiss.=0.812215478。为便于直观分析,用Matlab6.1软件对回归模型进行图形化处理,通过得出的回归曲线分析各因素对性能指标的影响规律以及排种性能指标的变化规律,得出优化参数。2不同因素对流畅性的影响2.1充种角对充填率、播性率和粒距合格率的影响作业速度为5.4km/h下充种角对排种性能指标的影响曲线如图1。充种角在46º以下,充填率、重播率和粒距合格率随充种角的增大而提高;充种角在46º以上,充填率和粒距合格率逐渐减小,重播率基本保持不变。充种角超过50º时,由于带动层加厚,种子破碎率提高,影响排种器运转平稳性,粒距合格率下降。在充种角由30º到60º增加过程中,漏播率呈线性减小。2.2不同充种角对种子破碎率的影响如图2,作业速度为5.4km/h状态下,清种角小于55º时,随着清种角的增加,充填率、重播率和粒距合格率逐渐提高,漏播率逐渐减小。在这种条件下,种子破碎率均为零。当设置清种角小于充种角时,清种板工作端面被种子群淹没,粒距合格率下降。清种角<30º时,超出了充填率和合格率回归模型有效区域。2.3播速、粒距合格率作业速度对排种性能的影响如图3。充种角为46º、清种角为55º时,速度在5.4km/h以下,重播率基本不变,粒距合格率逐渐下降。速度超过5.4km/h时,重播率逐渐下降,粒距合格率缓慢增加;随着作业速度增加,漏播率逐渐增加,超过6km/h时,漏播率达到20%以上,排种器不能正常工作。2.4充种角及清种角优化值图4为充种角与清种角对充填率的交互作用曲线,等值线为以充种角和清种角参数优化值为中心的椭圆曲线。充种角在35º以下,不论清种角取多大,种子充填率均低于92%;充种角超过46º,由于带动层加厚,种子充填率也逐渐下降。3播种性能分析3.1充填率与清种角的关系图5为3.0~7.5km/h速度下大豆种子充填率等值线图。可以看出,在图示充种角和清种角范围内,清种角对充填率的影响呈现比较明显的非线性,在50º~60º区域内出现一个波峰,清种角<40º时,充填率急剧下降(充填率出现负值说明参数取值超出回归模型的有效区域),排种器不能正常工作;充种角对种子充填率的影响:充种角在45º附近出现峰值。充种角>45º时,由于带动层种子可以沿排种轮到达清种位置,此时充填率与充种角交互作用比较强,设置清种角小于充种角时(清种板工作端面埋于种子群中),充填率主要由清种角决定。另外,随着作业速度提高,种子充填率略有下降。3.2充填率与清种角的关系图6为3.0~7.5km/h速度下大豆种子粒距合格率等值线图。粒距合格率与充填率有相似的变化趋势,二者的优化值区域也相同。在(α=45º,β=55º)附近出现波峰中心。清种角<40º时,合格率急剧下降,排种器不能正常工作;设置清种角小于充种角时(清种板工作端面埋于种子群中),粒距合格率与充种角无关。提高种子的充填性能是改善排种性能的关键。从图5和图6可以看出,常压下粒距合格率与充填率有相似的变化趋势,二者的优化值区域也相同。根据充填率和粒距合格率对排种器结构参数选优,结果为充种角α=46.35º、清种角β=55º。3.3清种角和充种角的影响图7和图8为6km/h速度下大豆种子重播率和漏播率等值线图。随着充种角和清种角的提高,重播率略有增加,在α=50º和β=65º附近有一个峰值。漏播率主要受速度影响,作业速度越高,漏播率越大。适当提高充种角和清种角可以减小漏播率。4试验证实取充种角为46.35º、清种角为55º和作业速度6km/h试验,粒距合格率均值为95.3%。5高排种性能优化试验结果表明,排种性能指标对充种角、清种角和作业速度比较敏感,合理配置充种角和清种角