槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响

祝清震，武广伟，陈立平，赵春江，孟志军



槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响

祝清震1,2，武广伟1※，陈立平3，赵春江1,2，孟志军3

（1. 北京农业信息技术研究中心，北京 100097；2. 西北农林科技大学机械与电子工程学院，杨凌 712100；3. 北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097）

外槽轮排肥器是实施精准变量施肥过程中的关键控制载体，为了探寻外槽轮的凹槽截面形状和参数设置对排肥器排肥性能的影响规律，该文运用离散元仿真技术、3D快速成型技术以及正交试验，以直槽轮式排肥器作为研究对象，分析了槽轮半径、凹槽数目、有效工作长度以及凹槽截面形状4个因素对排肥性能的影响。选用排肥均匀度变异系数作为评价指标，设置排肥器的前进速度0.5 m/s，工作高度500 mm，槽轮转速20 r/min，对4个影响因素进行交互判断试验，试验结果表明，槽轮半径与凹槽数目之间存在一定的交互作用。根据交互作用判别结果选用L18（37）标准正交表进行仿真试验，试验结果表明，影响排肥性能的主次因素依次为凹槽数目>槽轮半径>有效工作长度>槽轮半径×凹槽数目>凹槽截面形状，其中凹槽数目对排肥性能具有非常显著影响，槽轮半径对排肥性能具有显著影响，最佳结构参数组合是槽轮半径30 mm，凹槽数目7个，有效工作长度20 mm和凹槽截面形状为圆弧形，此水平组合下的排肥均匀度变异系数为1.75%，为了检验结构参数对直槽轮排肥性能影响的仿真试验结果，进行最优结构与参数组合下的直槽轮排肥器台架试验，试验结果显示，排肥均匀度变异系数为5.48%，仿真试验结果和实测结果基本吻合，说明应用离散元仿真技术开展排肥性能的影响因素分析研究是可行的。该研究结果可为直槽轮排肥器的槽轮结构参数优化及提升其排肥性能提供参考。

农业机械；离散元法；试验；凹槽截面；结构参数；排肥性能；排肥器

0 引 言

施用化肥是农作物生产管理过程中的一个重要环节，已有研究表明，进行化肥的精准施用对提高肥料的利用率、减少化肥的施用量具有重要意义[1-3]。为了提高肥料的精准施用效果，科研人员对精量排肥控制系统进行了大量研究[4-5]，左兴健[6-7]等开发了基于作业机具实时速度的精准排肥控制系统，孟志军等设计研发了基于处方图的精准变量施肥控制系统[8-9]，汪小旵等结合近地光谱技术，设计了冬小麦实时变量追肥控制系统[10-11]，苑进等[12-13]对精量排肥的控制算法进行优化研究，以上研究都是通过实时改变外槽轮排肥器转速或者外槽轮有效工作长度达到精准变量排肥的目的，作为重要的实施载体，外槽轮排肥器在精量排肥过程中发挥了重要作用，然而外槽轮排肥器工作过程中存在脉动性大、排肥稳定性差的问题，另外一方面中国生产的外槽轮排肥器品类繁多，排肥效果差异性较大，开展与其结构参数相关的排肥性能影响分析研究非常必要。

为了提高外槽轮排肥器的作业效果，科研人员对其结构参数已经进行了大量的研究，施印炎等将排肥舌替代原有的塑料毛刷，以避免排肥过程中出现肥料颗粒泄露现象[14-15]，张涛等应用离散元法对外槽轮的有效工作长度进行了仿真研究[16]，杨洲等应用离散元仿真技术和3D打印成型技术对外槽轮排肥器的凹槽半径和螺旋升角等结构参数进行了优化研究[17]，汪博涛等综合应用离散元法、二次正交回归试验的方法对外槽轮的有效工作长度、排肥舌开度进行了研究[18]，潘世强对外槽轮的槽数、有效工作长度、排肥舌开度及其制造材料进行了试验研究[19]。现阶段关于外槽轮排肥器结构参数方面的研究大多局限在槽轮工作有效长度、排肥舌开度、槽数等，影响外槽轮排肥器作业性能的结构参数众多，还包括槽轮的半径、凹槽的截面形式等，关于这些关键结构参数优化的研究还比较欠缺，另外一方面，现有研究还没有考虑到各结构参数之间的交互作用，因此在现有研究的基础上，开展外槽轮不同结构参数对排肥性能的影响规律研究十分必要。

针对现有外槽轮排肥器品类繁多，槽轮结构参数的差异将影响排肥器的工作性能，本文拟开展外槽轮凹槽截面形状和参数设置与排肥器排肥性能影响关系的分析，以直槽轮排肥器作为研究对象，在分析直槽轮排肥器关键结构参数组成及各因素的交互作用判断的基础上，设计了6因素3水平的正交试验，应用离散元仿真技术对不同结构参数下的直槽轮排肥器的排肥效果进行极差和方差分析，并应用3D快速成型技术将最优结构参数组合下的直槽轮排肥器制造出来，进行台架验证试验，以期为直槽轮排肥器的槽轮结构参数优化设计和提升其排肥性能提供参考。

1 直槽轮式排肥器工作原理及结构参数分析

1.1 直槽轮式排肥器结构组成

直槽轮式排肥器作为广泛应用的排肥器种类之一，其结构主要包括直槽轮、肥盒、毛刷和排肥舌等，如图1所示，其中直槽轮是排肥器完成排肥作业的关键部件。

图1 排肥器结构示意图

1.2 直槽轮式排肥器工作原理

直槽轮式排肥器工作时，肥料首先依靠自身重力充满槽轮凹槽，随着槽轮的旋转，被强制排出，处于槽轮凹槽外侧的肥料颗粒也会在槽轮外圆的拨动和肥料颗粒间的摩擦力作用下被带动起来，带动层的线速度从槽轮圆周逐渐向外递减直至静止层，由槽轮强制带出和带动层带出的肥料从排肥舌上掉入排肥管，完成整个排肥过程。根据排肥工作原理，直槽轮式排肥器的槽轮旋转1周的排肥量可以按式（1）进行计算[13]。

式中1表示被槽轮凹槽强制排出的肥料质量，g/r；2表示带动层排出的肥料质量，g/r；表示槽轮旋转1周的肥料排出质量，g/r；表示肥料颗粒的密度，g/cm3；表示凹槽内肥料的充满系数；表示凹槽数目；表示单个凹槽的截面积，mm2；表示槽轮的有效长度，mm；表示槽轮的半径，mm；表示肥料颗粒的带动层系数，mm。

1.3 直槽轮关键结构参数分析

直槽轮凹槽截面形状要便于肥料的填充和排出，现有凹槽端面主要有圆弧形凹槽、直角凹槽和锥形圆弧凹槽3种形状，3种凹槽截面形状的剖视图如图2所示。

注：O表示槽轮的轴心；O1表示圆弧形凹槽的圆心；O2表示锥形圆弧凹槽的圆心；α表示相邻凹槽之间的节距角，rad；β表示单个凹槽在槽轮横截面上的跨度，rad；R表示槽轮的半径，mm；r1表示圆弧形凹槽的半径，mm；r2表示锥形圆弧凹槽的根圆半径，mm；r3表示锥形圆弧凹槽的半径，mm。

为了便于对单个凹槽截面积进行数字化分析，这里相邻凹槽之间的节距角、单个凹槽在槽轮横截面上的跨度、凹槽圆弧半径和单个凹槽的截面积之间应满足

式中表示相邻凹槽之间的节距角，rad；表示单个凹槽在槽轮横截面上的跨度，rad；1表示圆弧形凹槽的半径，mm；2表示锥形圆弧凹槽的根圆半径，mm；3表示锥形圆弧凹槽的半径，mm；1表示单个圆弧形凹槽的截面积，mm2；2表示单个直角凹槽的截面积，mm2；3表示单个锥形圆弧凹槽的截面积，mm2。

对于特定的排施对象，由式（1）可知，影响直槽轮排肥器作业效果的槽轮结构因素主要有凹槽数目、槽轮有效工作长度、槽轮的半径和单个凹槽的截面积等。由式（2）可知，单个凹槽的截面积大小可以用凹槽数目和槽轮半径表示；当凹槽的截面积相同时，其截面形状却不一定相同，圆弧形凹槽、直角凹槽和锥形圆弧凹槽作为广泛采用的3种凹槽截面形状，探索这3种凹槽截面形状对排肥器工作性能的影响也具有一定意义。综上分析，直槽轮的关键结构参数主要有凹槽数目、槽轮有效长度、槽轮的半径和凹槽截面形状。

2 离散元仿真平台搭建

直槽轮式排肥器的作业过程中伴随着大量的颗粒运动，在肥料颗粒被排出的过程中存在重力、摩擦力、槽轮给予颗粒的强制力等多种作用力的综合作用。离散元法（discrete element method，DEM）作为有效的散粒体运动分析方法，已经在农业工程领域被广泛应用[20-22]。采用离散元分析软件EDEM对排肥器的工作过程进行仿真分析，以确定直槽轮各结构参数对排肥性能影响的主次，并确定所研究结构参数的最优水平组合，可以降低试验成本，提高研究工作效率。在进行离散元仿真试验前，需要搭建直槽轮排肥过程的离散元仿真平台，鉴于前文已有图1所示的直槽轮式排肥器结构模型，这里主要对肥料颗粒模型和离散元接触模型进行介绍。

2.1 肥料颗粒离散元模型

山东肥业有限公司生产的蓝精灵复合肥被中国黄淮海地区广泛使用，因此本文选用该肥料作为化肥颗粒离散元建模的试验材料，参照化肥颗粒三维建模方法[23-24]，从肥料堆中随机取样200粒，使用游标卡尺（桂林广陆数字测控股份有限公司，K15G278418数显卡尺）对化肥颗粒的三维尺寸（长、宽、高）进行测量，长度、宽度和高度分别为3.09、3.06和2.58 mm，按照式（3）和（4）计算化肥颗粒的等效直径和球形率，分别为2.90 mm和93.86 %。

式中表示肥料颗粒的等效直径，mm；表示肥料颗粒的球形率，%；、、分别表示肥料颗粒的长、宽、高，mm。

经过测量和计算，化肥颗粒样本的球形率已经大于90%，说明该化肥颗粒样本的个体具有较高的球形率分布特征，因此选择直径为2.90 mm的球作为肥料颗粒的三维离散元模型是合适的。

应用OriginPro 2017软件对样本肥料颗粒的群体分布规律进行统计分析，绘制柱状图，如图3所示，并使用式（5）所示的正态分布函数对样本分布规律数据进行拟合。

式中表示因变量，表示自变量，0、、0和表示正态分布函数的系数，拟合后0=1.42，=24.29，0=2.84，=0.28，其中拟合优度2=0.98，可以认为化肥颗粒的等效直径服从正态分布规律，所以设置颗粒工厂的肥料颗粒生成规律服从正态分布。

2.2 离散元接触模型

EDEM软件内置了多种接触模型，其中Hertz-Mindlin (no slip)模型是EDEM软件中默认接触模型，在力的计算方面精确且高效[25]。鉴于肥料的排出过程不涉及肥料颗粒之间的粘结作用，因此本研究采用Hertz-Mindlin (no slip)模型作为肥料颗粒与肥料颗粒，肥料颗粒与排肥器（肥箱、排肥盒、直槽轮、排肥舌和排肥管）、地面之间的接触模型，这里排肥器的肥箱、排肥盒、直槽轮、排肥舌和排肥管均采用PLA材料的属性。本研究采用试验测定和查阅相关文献相结合的方法，确定肥料颗粒、排肥器和地面相关的材料和接触力学参数，如表1所示。

图3 肥料颗粒的等效直径分布柱状图

表1 离散元模型的材料及接触力学参数

3 仿真正交试验

3.1 试验方法

将排肥器结构模型导入离散元仿真软件EDEM 2.7.0，为了观察肥料在水平地表的分布状况，在距离排肥器肥盒下端高度为500 mm的地方设置一个长1200 mm，宽250 mm的平面，用于模拟地面，其中该模拟地面的中轴线与排肥系统的中轴线位于同一平面。研究发现，直槽轮排肥器在转速15~30 r/min时，具有较好的排肥性能[16]，所以本文选择直槽轮的工作转速为20 r/min；参考文献[24]，本文设置排肥器的前进速度为0.5 m/s，为了降低排肥器运动的复杂性，这里设置地面以-0.5 m/s的速度向后方运动，用于模拟排肥装置的前进速度，并参照表1设置相关的材料物理和接触模型参数。

在肥箱上端设置一个颗粒工厂，使其在仿真过程中不断生产化肥颗粒，颗粒工厂每秒产生3 000个化肥颗粒，生成总量为10 000个，当颗粒数达到一定程度，分别设置排肥轮转动和地面运动，进行仿真试验，仿真试验过程如图4所示。

图4 排肥器工作过程仿真

3.2 排肥性能评价方法

不同的评价指标使得影响排肥器排肥性能的因素显著性也不相同，为了准确评价在EDEM仿真试验过程中，不同结构参数直槽轮排肥器的排肥效果，需设定其评价标准。本研究参照《JB/T9783-2013，播种机外槽轮排种器》规定的试验方法，以排肥均匀度变异系数作为排肥器排肥性能的评价指标。选取模拟地面中间1 000 mm区域作为排肥效果的取样区域，在模拟地面上设置Grid Bin Group，将中间1 000 mm区域横向均分为5个网格单元（每个单元网格尺寸200 mm×280 mm×50 mm），并进行编号，如图5所示。

注：1~5表示数据采集网格单元的编号。

仿真结束后，统计每一个网格单元（grid bin group）内所有肥料颗粒的总质量，设置第个取样网格单元内肥料颗粒的质量为m。利用式（6），求解5个网格单元内肥料颗粒的平均质量。

根据式（7），计算取样区域内所有网格单元内总化肥颗粒质量的标准差。

式中表示取样网格单元内化肥颗粒总质量的标准差，g。

根据式（8），计算排肥器的排肥均匀度变异系数。

式中表示排肥器的排肥均匀度变异系数，%。

排肥均匀度变异系数作为评价排肥器排肥稳定性和均匀度效果的参量，数值越小，说明排肥器的排肥稳定性和均匀性越好。利用排肥均匀度变异系数可以用于对比分析不同直槽轮结构参数形式下的排肥器排肥性能。

3.3 试验因素水平选取

根据直槽轮排肥器工作原理，及影响排肥效果的槽轮结构参数影响因素分析结果，试验选取影响排肥器排肥性能的直槽轮结构参数因素为槽轮半径、凹槽数目、槽轮有效长度和凹槽截面形状。通过对市场调研和文献检索，直槽轮排肥器的凹槽数目一般在5~8之间[19]，槽轮半径、有效工作长度的最大值分别不超过40和60 mm[16]，并结合实际应用需求，本文为4个因素分别选取3个水平，如表2所示。

表2 正交试验因素水平

3.4 交互作用判别

在进行正交试验设计过程中，必须考虑到所选因素之间是否存在一定的交互作用，其中2个因素间的交互作用称为一级交互作用，3个或3个因素以上的因素间交互，称为高级交互作用（在绝大多数的实际问题中，高级交互作用可以忽略[29]）。所以有必要对选取的4个因素进行交互作用的判别，参考文献[30]分别进行槽轮半径与槽轮有效长度、槽轮半径与凹槽数目、槽轮半径与凹槽截面形状、凹槽数目与槽轮有效长度、凹槽数目与凹槽截面形状、槽轮有效长度与凹槽截面形状之间的交互判别试验。以槽轮半径和槽轮有效长度2个因素之间的交互作用判别试验方法为例，保持凹槽数目、凹槽截面形状不变，槽轮半径分别取25，30和35 mm，有效长度分别取20，35和50 mm，槽轮半径和有效长度2因素之间共计9种不同的试验组合，每种组合各做1次仿真试验，以排肥均匀度变异系数作为评价指标，其余5组判别试验方法与此类似，4个因素之间的交互判别试验结果如图6所示。

因素之间是否存在交互作用的判别方法参考文献[30]，由于试验误差的存在，如果3条曲线变化趋势近似，也可以认为2个因素之间无交互作用，或者交互作用可以忽略不计，图6a、6c、6d、6e和6f中的3条曲线的变化趋势基本一致，说明槽轮半径与有效工作长度、槽轮半径与凹槽截面形状、凹槽数目与有效工作长度、凹槽数目与凹槽截面形状、槽轮有效工作长度与凹槽截面形状之间不存在明显的交互作用；在图6b中，3条曲线变化趋势不一致，这是因素之间存在相交作用的一种表现形式，说明槽轮半径与凹槽数目之间可能存在一定的交互作用。

3.5 正交试验表头设计

由于所研究影响排肥性能的槽轮结构参数的因素之间存在一定交互作用，必须在正交表中必须设置相应的列，称为交互作用列。由于槽轮半径与凹槽数目之间可能存在一定的交互作用的状况下，同时3水平因素之间的交互作用需要占用2列，所以本研究至少应该按照6因素3水平的情况来选择正交表，这里选择满足这一条件的最小正交试验表L18（37），设置因素槽轮半径、凹槽数目、有效工作长度和凹槽截面形状分别用A、B、C和D进行表示，相关因素列设置如表3所示。

3.6 仿真结果分析与讨论

3.6.1 极差分析

根据设计的L18（37）表头进行正交试验，共计18个试验组合，得到的试验结果如表4所示。由排肥性能评价标准可知，排肥均匀度变异系数越小，排肥器的排肥效果越好，因此影响排肥器排肥性能的主次因素顺序：B，A，C，A×B，D。

图6 因素之间交互作用仿真试验结果

表3 L18（37）表头设计

注：第7列为空列，未在表中列出，A表示槽轮半径，B表示凹槽数目，C表示槽轮有效工作长度，D表示凹槽截面形状。

Note: The seventh column is null column, which is not listed in the table. A is radius of flute wheel, B is groove number, C is effective length of flute wheel, D is section of groove.

由表4可知，交互作用A×B对直槽轮排肥器排肥性能的影响程度小于因素A和B，所以在设置的3个水平下，最优的结构参数的水平组合为A2B2C1D1，即槽轮半径为30 mm，槽数为7，有效长度为20 mm和凹槽截面形状为圆弧形时，直槽轮排肥器的排肥均匀度变异系数最小，具有较好的排肥工作性能。

3.6.2 方差分析

为了精确估计直槽轮的4个结构参数对排肥性能影响的重要程度，特别是考虑到因素之间的交互作用，有必要对仿真试验结果进行方差分析。方差分析结果如表5所示，通过查表0.05（2,10）=4.10，0.01（2,10）=7.56，所以因素B对试验结果有非常显著的影响，因素A对试验结果有显著的影响，因素A×B、C和D对试验结果没有显著影响。

3.6.3 讨 论

结合表4与表5的分析结果可知，凹槽截面形状对排肥器的排肥变异系数没有显著影响，且是4个因素中对排肥变异系数影响最小的因素，出现这种试验结果的原因应该与前文式（2）的单个凹槽截面积数字化建模过程有关，当3种凹槽截面形状的直槽轮凹槽截面积相等时，由式（1）可知，直槽轮旋转1周的排肥量也是相等的，然而本文建立的排肥器排肥性能评价标准是在式（6）的排肥量基础上开展，反映在表4中，凹槽截面形状的极差最小，即相较于其他3个因素，凹槽截面形状对排肥变异系数影响最小；反映在表5中，凹槽截面形状的平方和远小于校正前残差的平方和，即对排肥变异系数的影响不显著。

表4 正交试验结果

注：表示排肥均匀度变异系数，%。

Note:is coefficient of variation, %.

注：* 表示影响显著（F0.01>>F0.05）；** 表示影响非常显著（>F0.01）；表示校正前的残差；△表示校正后的残差。

Note: * indicate that this impact is significant (F0.01>>F0.05); ** indicate that this impact is very significant (>F0.01);is residual error before correction;△is residual error after correction.

4 仿真试验结果验证

根据直槽轮排肥器结构参数对排肥性能的仿真试验结果，构建最优结构参数水平组合下的直槽轮排肥器结构模型，即槽轮半径为30 mm、槽数为7、有效长度为20 mm和凹槽截面形状为圆弧形的直槽轮排肥器，进行仿真排肥性能试验，其排肥均匀度变异系数为1.75%，相对于18组仿真正交试验结果，该结构参数水平组合的直槽轮排肥器具有最优的排肥性能。应用3D打印机（上海派恩科技有限公司，N2 Plus FFF 3D Printer）加工该结构参数组合下的直槽轮及排肥器其他结构部件（PLA材质），在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地，开展直槽轮排肥器最佳结构参数组合下的台架验证试验，如图7所示。参照仿真试验的试验条件，设置台架试验过程中直槽轮的转速为20 r/min，传送带的前进速度为0.5 m/s，排肥管的高度为500 mm，肥料选用山东肥业有限公司生产的蓝精灵复合肥，试验结束后，参照图5对传送带上肥料颗粒的分布规律进行统计，重复台架试验3次，取其平均值，得到的排肥器的排肥均匀度变异系数为5.48%。

图7 台架验证试验

对比仿真正交验证试验和台架验证试验的直槽轮排肥器排肥均匀度变异系数，二者之间存在一定的偏差。通过对偏差出现的原因进行分析，主要是因为在仿真试验过程，建立的肥料颗粒个体并非标准意义上的球体，颗粒的群体离散程度也并非完全意义上的正态分布，然而在实际台架试验中所使用肥料的均匀度和离散程度相对较差，因此台架验证试验得到的变异系数略高于仿真试验的变异系数，所以这里可以认为仿真试验结果和实测结果基本吻合。通过对仿真正交试验结果进行台架验证可以得出，借助离散元仿真软件对直槽轮排肥器的排肥过程进行仿真，以研究其结构参数对排肥性能影响是可行的。

5 结 论

1）在直槽轮排肥器工作原理的基础上，其关键部件直槽轮的结构参数进行理论分析，建立了单个凹槽端面面积与槽数、槽轮半径之间的数学关系，最终将可能影响排肥性能的直槽轮结构参数转化为凹槽数目、槽轮有效工作长度、槽轮半径和凹槽截面形状。

2）应用EDEM软件搭建直槽轮排肥器工作过程的离散元仿真平台，进行4个因素之间的交互判定试验和正交试验，仿真试验结果表明，槽轮半径与凹槽数目之间存在一定的交互作用，影响排肥器排肥性能的主次因素依次为凹槽数目、槽轮半径、槽轮有效工作长度、槽轮半径×凹槽数目和凹槽截面形状，其中凹槽数目对排肥均匀度变异系数影响非常显著，槽轮半径对排肥均匀性度系数影响显著，最优的结构参数水平组合为槽轮半径30 mm、凹槽数目7、有效长度20 mm和凹槽截面形状为圆弧形，此时直槽轮排肥器的排肥均匀性度变异系数最小，其值为1.75%。

3）根据仿真正交试验得出的最优结构参数水平组合，应用3D打印快速成型技术制造该类型直槽轮排肥器，进行台架试验，其排肥均匀度变异系数为5.48%，对比仿真与台架试验结果，证明借助离散元仿真软件对直槽轮排肥器的工作过程进行仿真分析，以研究不同结构参数对排肥性能的影响是可行的。

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Influences of structure parameters of straight flute wheel on fertilizing performance of fertilizer apparatus

Zhu Qingzhen1,2, Wu Guangwei1※, Chen Liping3, Zhao Chunjiang1,2, Meng Zhijun3

(1.1000972.7121003100097)

Application of chemical fertilizer is an important part in the process of crop production management. The research showed that precise application of chemical fertilizer had great significance to improving the utilization rate of fertilizer and reducing the amount of fertilizer application. The outer fluted roller fertilizer apparatus is the key carrier in the process of precise variable rate fertilization. In order to optimize the fertilizer performance of the existing outer fluted roller fertilizer apparatus comprehensively, the discrete element simulation technology, orthogonal test and 3D rapid prototyping technology were used in this paper. The straight flute wheel structural was taken as research object, and influence regularity of 4 key structural parameters such as groove wheel radius, groove numbers, effective working length and groove section on fertilizer performance was analyzed. A discrete element simulation platform was set up in this paper for outer fluted roller fertilizer apparatus, which mainly consists of fertilization bin, fertilization box, the outer groove roller, fertilization tongue, fertilization pipe, soil ground and fertilizer particles. In the simulation test, the advancing speed of outer fluted roller fertilizer apparatus was 0.5 m/s, the working height was 500 mm, and the rotation speed of outer fluted roller was 20 r/min. The coefficient of variation of the fertilizer was selected as the performance evaluation index of outer fluted roller fertilizer apparatus. The test results of the interaction of 3 factors showed that there was no interaction between groove wheel radius and groove numbers, and between effective working length and groove numbers, there was a certain interaction between groove wheel radius and number of the grooves. The L18(37) standard orthogonal table was selected according to the result of interaction. The orthogonal result showed that factors affecting fertilizer performance, from importance to secondary, mainly include groove numbers, groove wheel radius, effective working length, interaction between groove wheel radius and groove numbers, and groove section. The groove numbers had very significant influence on fertilizer performance. The groove wheel radius had significant influence on fertilizer performance. The effective working length, interaction between groove wheel radius and groove numbers, and groove section had no significant influence on fertilizer performance. The optimum combination of parameters is that the groove numbers is 7, the radius of grooves is 30 mm, the effective working length is 20 mm, and the groove section is circular-arc, and the coefficient of variation of the uniformity of fertilizer for this type of outer fluted roller fertilizer apparatus is 1.75%. In order to test the simulation structure parameters optimization results of outer fluted roller fertilizer apparatus, a bench test was carried out under the optimal combination of structural parameters. The bench test mainly consisted of fluted roller fertilizer apparatus, power motor of conveyor belt, power motor of external groove, control box, conveyor belt and ruler. The experimental results showed that the coefficient of variation of fluted roller fertilizer apparatus is 5.48%. Considering that there may be some errors in the bench test, the results of the bench test were basically consistent with the simulation results, which proved that the discrete element method is feasible to optimize the structural parameters of fluted roller fertilizer apparatus. This research results can provide references for optimizing the structural parameters of fluted roller fertilizer apparatus and improving the performance of the fertilizer.

agricultural machinery;discrete element method; experiments; groove section; structural parameters; fertilizing performance;fertilizer apparatus

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.002

S224.21

A

1002-6819(2018)-18-0012-09

2018-05-10

2018-06-19

国家重点研发计划项目（2016YFD0200600）；国家重点研发计划课题（2016YFD0200601）；北京市农林科学院院级科技创新团队（JNKYT20 1607）

祝清震，男，山东菏泽人，博士生，主要从事小麦基肥精准施用与装备研究。Email：zhenforyou@163.com。

武广伟，男，河北赵县人，博士，副研究员，主要从事精准农业智能装备研究。Email：wugw@nercita.org.cn。

祝清震，武广伟，陈立平，赵春江，孟志军. 槽轮结构参数对直槽轮式排肥器排肥性能的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(18)：12－20. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.18.002 http://www.tcsae.org

Zhu Qingzhen, Wu Guangwei, Chen Liping, Zhao Chunjiang, Meng Zhijun. Influences of structure parameters of straight flute wheel on fertilizing performance of fertilizer apparatus[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(18): 12－20. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002- 6819.2018.18.002 http://www.tcsae.org