凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器设计与试验

赖庆辉 贾广鑫 苏 微 洪方伟 赵瑾汶

(昆明理工大学农业与食品学院， 昆明 650500)

0 引言

近年来，人参播种采用1.2～1.5 m幅宽、4 cm×5 cm株行距坐床单粒点播栽培技术，成为培育优质高档人参的必选。随着人参种植面积的逐年增加，人参播种环节存在的机械化程度低、人工点播劳动强度大、播种成本高等问题，严重制约了人参产业化和规模化发展，因此，人参精密播种机械化问题亟待解决[1-3]。

排种器是实现精密播种的核心部件。我国人参的密集播种要求限制了传统气力式排种器在人参精密播种中的应用，一些新型气力式排种器的研究仍处于实验室阶段[4-7]，而结构简单、动力配备适应性强、能实现密集精密播种的窝眼轮式精密排种器成为解决人参精密播种的首选[8-10]。窝眼轮式精密排种器已在大豆、油菜和三七等近圆形种子的单粒精密播种中得到了广泛应用[11-14]，而对于形状不规则、播种前经催芽处理后有裂口、流动性差的人参种子，在充种过程中具有不确定性和复杂性，出现充种率低、漏充严重等问题。为提高窝眼轮式排种器的充种性能，国内外专家进行的研究大致分为两类：在排种器的基础上增设其他装置，对种子起到定向充种作用[15-16]；设计特殊形状的型孔或改变型孔分布，以增加对种群扰动作用[17-19]。但是，在排种器上增加其他装置使排种器结构变得复杂，改变型孔分布导致播种行距整齐性差，不利于田间管理。因此，解决人参种子对窝眼轮式排种器适应性差，进而造成充种困难的问题成为本文研究的关键。

为此，提出一种凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器，通过理论计算和离散元仿真试验分析得到结构参数和工作参数，通过台架试验和田间试验对排种器的充种性能和工作性能进行验证，以期解决人参种子对窝眼轮式排种器适应性差的难题。

1 排种器工作原理与充种过程分析

1.1 排种器工作原理

凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器为集排式排种器，本文以3行排种器作为研究对象，结构如图1所示。排种器主要由壳体、扭簧强制投种装置、窝眼轮、挡种毛刷、齿形清种板、毛刷轮、传动机构、柔性护种板和投种装置调节旋钮组成。

图1 凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器示意图Fig.1 Structure sketch of ginseng precision special-hole type seed-metering device with convex hull1.壳体 2.扭簧强制投种装置 3.窝眼轮 4.挡种毛刷 5.齿形清种板 6.毛刷轮 7.传动机构 8.柔性护种板 9.投种装置调节旋钮

如图2，排种器工作时，动力从毛刷轮端输入经传动机构带动窝眼轮转动；工作状态下，窝眼轮表面的凸包结构扰动种群，“沸腾”状态的种子在重力与种间作用力的共同作用下充入异形孔(由导种槽和型孔构成)，毛刷轮凭借与窝眼轮的旋转速度差将窝眼轮轮缘多余的种子刷去，齿形清种板可将粘附在毛刷轮表面的种子清除；充入异形孔的种子随排种轮经护种区到达投种点，为保证种子完全投出，利用扭簧强制投种装置强制投种。为降低对种子的损伤，柔性护种板由曲板和护种板壳两部分构成，二者通过弹簧连接，可对种子受力起到缓冲作用；曲板内侧设计有与凸包结构相对应的内环槽，使柔性护种板在起到护种作用的同时又保证了窝眼轮的通过性。

图2 排种器工作示意图Fig.2 Work diagram of seed-metering device1.壳体 2.挡种毛刷 3.窝眼轮 4.凸包 5.异形孔 6.扭簧 7.人参种子 8.护种板外壳 9.曲板 10.弹簧 11.毛刷轮 12.齿形清种板 13.种层

1.2 排种器充种过程分析

排种器的播种精度取决于充种过程，充种过程是由种子自身重力，种子间和种子与窝眼轮间的正压力、滑动摩擦力和滚动摩擦力等构成的不断变化的动力学系统，是将种子从种群中分离出来的复杂过程[20]。因此，充种过程可分为种群离散和脱离种群两个阶段。

在种群离散阶段，贴近窝眼轮的种层受到窝眼轮的托持力和摩擦力，种子在托持力和摩擦力的作用下克服种间阻力而产生滑移和翻滚，形成种层波动，目标种子由静止状态转变为运动状态，更容易脱离种群，且目标种子在重力场中的不断运动最终会趋于稳定状态。一定程度上，充种区内种层波动越大种群离散程度越大，越有利于充种。为在该阶段提高充种性能，在窝眼轮上增加凸包，该结构对种子起到了一定的托持作用并增大了种子与窝眼轮间的摩擦力，配合异形孔对种群的作用，使种群产生更大、更稳定而连续的波动，种子流动性提高，充种率增加，如图3所示。

图3 不同形式窝眼轮在种群离散阶段种子接触状态Fig.3 Seed contact state in population dispersion stage with different seed-metering wheels1.充种区内种子 2.窝眼轮 3.窝眼轮上的凸包

在脱离种群阶段，稳定状态下的种子在自身重力，以及种子间和种子与窝眼轮间的力作用下占据型孔优势位置，从而被完全囊入型孔，并随着窝眼轮的转动脱离种群。为提高该阶段的充种性能，将型孔设计成带有导种槽的异形孔。导种槽可使目标种子在充种前产生趋于流向型孔的趋势，克服第一层种层因种间摩擦力大于其自身重力在型孔处发生临时“结拱”而导致的漏播现象，如图4所示。

图4 目标种子在不同型孔下的充种状态Fig.4 Filling-seed condition of target seed under different orifices1.充种区内种子 2.窝眼轮 3.型孔 4.目标种子运动轨迹 5.导种槽 6.目标种子

2 关键部件设计

2.1 人参种子基本参数

种子自身的物理特性是排种器设计重要参考依据。播种时催芽人参种子平均含水率ω′为34.8%；平均千粒质量mH为43.24 g；平均自然休止角φ为30.05°；人参种子三轴尺寸平均值，长L、宽W、厚H分别为5.8、4.7、3.0 mm，球度Sp为74.84%，呈“肾形”扁平状。

2.2 窝眼轮参数设计

窝眼轮是窝眼轮式排种器的关键部件，其主要结构参数包括窝眼轮直径、型孔个数、型孔尺寸、凸包分布距离(与型孔中心距)、凸包高径比。窝眼轮结构示意图如图5所示，其中d1为窝眼轮直径，d2为强制投种沟槽直径，d3为驱动轮毂直径，A为型孔长度，B为型孔宽度，C为型孔深度，B1为储种深度，A1为导种槽长度，θ为导种槽倾角，Ls为凸包分布距离，ε为凸包分布角。

图5 窝眼轮结构示意图Fig.5 Schematic of seed-metering wheel structure

2.2.1窝眼轮直径

窝眼轮直径是排种器的基本结构参数之一，决定排种器结构分布和其他部件的结构尺寸，是影响充种性能的重要因素。窝眼轮直径决定型孔处于充种区的时间。为研究窝眼轮各参数对充种时间T的影响，建立充种时间T的方程

(1)

式中γ——种子充填角，(°)

ω——窝眼轮角速度，rad/s

n——窝眼轮转速，r/min

vm——播种机作业速度，m/s

S——株距，m

z——型孔数量

整理公式(1)可得

(2)

由式(2)可知，当种子充填角γ、播种机作业速度vm和株距S一定时，充种时间T只与型孔数量z有关，故窝眼轮直径不宜太小，因其曲率大不利于充种。参考常用窝眼轮直径80～140 mm，本文选用窝眼轮直径为120 mm[21]。

2.2.2异形孔设计

型孔的形状和尺寸取决于种子的形状和尺寸。催芽后人参种子三轴尺寸满足L>W>H，根据最小势能原则，确定种子在“平躺”状态下为最稳定状态，种子以长度方向充入型孔的几率最高。为便于充种和投种，将型孔设计为横向分布并带有导种槽的非对称结构，其中型孔的长度、宽度和深度应满足

(3)

式中Lmax——人参种子长度最大值，mm

Wmax——人参种子宽度最大值，mm

Hmax——人参种子厚度最大值，mm

Hmin——人参种子厚度最小值，mm

试验测得人参种子长、宽、厚最大值分别为6.5、5.8、3.6 mm，厚度最小值为2.0 mm。考虑人参种子为扁平状，因此选择型孔长度A、宽度B、深度C分别为7.2、6.2、3.8 mm，正视图为椭圆的柱状型孔。

导种槽起导种作用，其倾角θ(大于种子与窝眼轮材料的最大静摩擦角φabs，试验测得φabs=24.6°)即为加工导种槽的平头铣刀与型孔底面的加工倾角，考虑充种时种子受损最小，导种槽延伸至型孔最深处，加工出来的异形孔类似瓢形。根据图5结构示意图，可满足几何关系

(4)

当导种槽倾角大于45°时，导种槽长度A1减小，不利于充种，故初选导种槽倾角θ为35°，则导种槽长度A1与储种深度B1分别为2.3、2.4 mm。

根据窝眼轮直径和异形孔基本尺寸，以人参精密播种要求设计每周异形孔数，在保证异形孔强度的要求下，异形孔间相隔距离为7.5 mm，异形孔数最大为24个。按照人参播种株距4 cm，窝眼轮线速度不超过0.3 m/s，播种机作业速度2 km/h计算，窝眼轮异形孔数z满足

(5)

其中

vw=ωR

(6)

式中vw——窝眼轮线速度，m/s

R——窝眼轮半径，m

由式(5)可知窝眼轮每周异形孔数z≥17.45，确定为18～24之间。

2.2.3充种过程运动学分析

异形孔的充种性能是评价排种器工作质量的重要指标，种子从窝眼轮表面运动到异形孔内部受力复杂，选取异形孔边缘的种子对其充种过程进行运动学分析，如图6所示，种子顺利囊入异形孔的极限相对速度应满足

图6 种子充入异形孔的运动学分析示意图Fig.6 Diagram of seed filling special-hole kinematic analysis

(7)

式中vr——种子顺利囊入异形孔的极限相对速度，m/s

Dn——型孔最大开口尺寸，mm

d0——种子的当量直径，mm

g——重力加速度，m/s2

由公式(6)、(7)可以确定窝眼轮转速的取值范围

(8)

已知R=60 mm,根据异形孔设计参数Dn=B+A1=8.1 mm，d0=(W+H)/2=3.85 mm，代入公式(8)可得n≤49.58 r/min。

2.2.4凸包设计

凸包是稳定充种区摩擦力，使离散种子处于稳定状态和提高充种率的关键结构。设计凸包相间分布在型孔两侧，如图5所示。凸包是球体的部分曲面，其高径比需要满足一定的条件才能起到扰动种群的作用[22]，要求凸包摩擦角δ大于种子与窝眼轮的静摩擦角，结构示意图如图7所示，几何关系满足

图7 凸包结构示意图Fig.7 Schematic of convex hull structure

(9)

式中r——凸包基球半径，mm

h——凸包高度，mm

d——凸包基座直径，mm

在保证凸包不携种的前提下，凸包基球半径越大对种群的扰动性越强，因此需要凸包高径比满足

(10)

其中

(11)

式中ξ——高径比

Wmin——人参种子宽度最小值，mm

人参种子宽度最小值为3.5 mm，本文定义凸包基座直径d为3.2 mm，根据公式(9)～(11)确定凸包高径比在0.24～0.50之间，凸包分布距离在5.2～23.4 mm之间。

3 EDEM离散元仿真试验

3.1 仿真试验模型建立及仿真参数确定

3.1.1仿真试验模型建立

以长白山地区常见的“大马牙”人参种子作为建模对象，选取与三轴尺寸平均值相近的人参种子，利用三维激光扫描得到人参种子的三维空间点云数据，运用逆向工程技术获得人参种子真实三维几何模型。将模型导入EDEM软件并利用非球形颗粒的快速填充功能，得到种子的多球面聚合颗粒模型，如图8所示，图中由左到右依次为种子的真实图像、三维几何模型和多球面聚合颗粒模型。本文选用颗粒-颗粒和颗粒-排种器的接触模型均为Hertz-Mindlin无滑移动接触模型。

图8 人参种子实物图与仿真模型Fig.8 Real figure and simulation models of ginseng seed

建立排种器仿真试验模型，为减少仿真试验计算量，去除无接触部件，在NX.中创建3行排种器三维模型并导入到EDEM中，如图9所示。

图9 排种器仿真模型Fig.9 Simulation models of seed-metering device

3.1.2仿真参数

排种器中与种子接触的部件有壳体、窝眼轮、毛刷轮和清种扭簧，其中壳体和清种扭簧为不锈钢材料，窝眼轮和毛刷轮的刷丝为ABS塑料。经参数标定后确定颗粒-颗粒和颗粒-几何模型的接触参数，人参颗粒、不锈钢和ABS塑料的本征参数及相互间的接触参数如表1所示[23-24]。

表1 离散元仿真参数Tab.1 Simulation parameters of EDEM

3.2 单因素仿真试验

为使参数设计进一步具体化，对排种器的充种性能进行单因素仿真试验分析，依据现有的研究成果[25-26]，确定设计参数为异形孔数、导种槽倾角、凸包分布距离和毛刷轮与窝眼轮的线速比，定义各试验因素的固定值为20、35°、14.5 mm和1.7。以充种单粒率(1粒/孔)和漏充率(0粒/孔)为试验指标。充种区种群的离散程度和第1层种子与窝眼轮的相对运动状态是影响充种性能的重要因素，因此结合EDEM软件的后处理功能，采用局部种群质量比率和第1层种子与窝眼轮接触的单粒平均法向力，分别衡量不同时步下的种群离散程度和第1层种子的运动状态。其中局部种群质量比率越小，证明种群离散程度越大。监测局部种群质量比率需要在种群中建立监测器，如图10所示，输出每个时间步长下监测器中种子质量进而得到局部种群质量比率

图10 仿真试验建立的监测器Fig.10 Bin group built in simulation test

(12)

式中ηi——i时刻局部种群质量比率

Mi——i时刻监测器内种子质量，g

ρ——颗粒密度，g/cm3

Vk——监测器体积，cm3

仿真设定窝眼轮转速为31.25 r/min(株距为4 cm，作业速度为1.5 km/h左右)，每组仿真试验从排种器运转稳定后开始输出记录10 s试验数据，本文数据输出时间区间为3～13 s，每排统计100粒种子。

3.2.1异形孔数

按照2.2.2节的参数设计结果，分析异形孔数分别为18、20、22和24时对充种过程的影响，试验结果如表2所示。

表2 不同异形孔数的仿真结果Tab.2 Simulation results of different number of special-holes %

由表2可知，随着异形孔数的增加，充种单粒率先增加后减小；相比较漏充率变化不大。为进一步分析异形孔数对充种单粒率的影响，分别导出不同试验局部种群质量比率和第1层种子与窝眼轮接触的单粒平均法向力。如图11所示。当异形孔数为18时，法向力波动较大，种群不稳定不利于充种；当异形孔数为22和24时法向力相对稳定，但随着异形孔数的增加单个异形孔充种时间变短，充种单粒率减小，其变异系数增大。异形孔数为20时，充种单粒率较高，单粒率变异系数较小，因此确定异形孔数为20个。

图11 异形孔数对种群状态的影响Fig.11 Effects of number of special-hole on population state

3.2.2导种槽倾角

导种槽倾角决定着异形孔的容积，是影响充种性能的重要因素之一，结合2.2.2节的参数设计分析导种槽倾角为25°、35°、45°和90°(即无导种槽时)对充种过程的影响，试验结果如表3所示。

表3 不同导种槽倾角的仿真结果Tab.3 Simulation results of different slot’s angles%

由表3可知，随着导种槽倾角的增加充种单粒率先增大后减小，漏充率逐渐增加。原因是导种槽倾角为25°时，异形孔容积最大，种子复充现象严重；结合图12，随着导种槽倾角的增加，导种效果变差，异形孔对种群的扰动减小，种群的离散程度减小流动性变差，不利于目标种子充入异形孔。因此当导种槽倾角为35°时，充种单粒率最高，单粒率变异系数相对较小，因此确定导种槽倾角为35°。

图12 导种槽倾角对种群状态的影响Fig.12 Effect of slot’s angle on population state

3.2.3凸包分布距离

根据1.2节中对充种过程的分析，凸包分布距离是对种群产生稳定而连续波动的关键因素，按照2.2.4节的参数设计结果，分析凸包分布距离为6、14.5、23 mm(凸包分布距离最小值、凸包分布距离中值和凸包分布距离最大值)和无凸包时对充种过程的影响，试验结果如表4所示。

表4 不同凸包分布距离的仿真结果Tab.4 Simulation results of different distribution distance of convex hull %

由表4可知，随着凸包分布距离的增大，充种单粒率先增大后减小，漏充率先减小后增大，单粒率变异系数与漏充率变异系数均相对稳定。根据图13分析其原因，当分布距离为6 mm和23 mm时，第1层种子与窝眼轮接触的单粒平均法向力出现多个波峰，凸包对种群的作用与型孔对种群的作用处于不平衡状态；无凸包时第1层种子与窝眼轮摩擦力最小，种子在壳体处形成堆积，处于监测器内的种子数量较少，故种群离散程度明显减小，且法向力出现多个波峰，因此充种区减小且种层运动状态不稳定不利于充种而使漏充率增加。分布距离为14.5 mm时，第1层种子与窝眼轮接触的单粒平均法向力稳定，种群离散程度大，充种单粒率高，故确定凸包分布距离为14.5 mm。

图13 凸包分布距离对种群状态的影响Fig.13 Effects of distribution distance of convex hull on population state

3.2.4毛刷轮与窝眼轮线速比

毛刷轮与窝眼轮线速比对清种过程有着重要影响，要求毛刷轮比较柔软并有一定的弹性，毛刷轮外径切入排种轮2～3 mm不仅清种效果好，不伤种，而且还能扰动种群，有利于充种，因此要求毛刷轮与窝眼轮的线速比在一定范围内。本文选用毛刷轮直径为80 mm，结合2.2.1节中的参数设计并参考《农业机械设计手册》，毛刷轮与窝眼轮的线速比在1.0～2.0间，故确定线速比分别为1.0、1.4、1.7和2.0时进行仿真试验研究，结果如表5所示。由试验结果可知，当线速比过小时，易在毛刷轮与窝眼轮相切处形成种子堆积；当线速比过大时，易将毛刷轮与窝眼轮相切处的种层刷飞，对种群扰动过大，以上均不利于充种。参照《农业机械设计手册》并结合仿真试验结果，确定线速比为1.7。

表5 不同毛刷轮与窝眼轮线速比的仿真结果Tab.5 Simulation results of line speed ratio between different brush wheels and seed-metering wheel %

3.3 二次回归正交旋转组合仿真试验

3.3.1试验方案与结果分析

为研究窝眼轮转速、凸包高径比和种层高度对排种器工作性能的影响，基于单因素试验所确定的设计参数进一步研究各因素对排种器工作性能的影响。试验因素编码如表6所示，试验设计方案与结果如表7所示，其中X1、X2、X3分别为窝眼轮转速、凸包高径比、种层高度的编码值，试验指标Y1、Y2、Y3分别为合格指数、重播指数、漏播指数。

表6 试验因素编码Tab.6 Experimental factors and codes

表7 试验方案与结果Tab.7 Experiment design and results

利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行多元回归拟合，试验结果Y2≤5%，结合本研究重点为凸包异形孔结构对窝眼轮式排种器充种性能的影响，因此只对合格指数和漏播指数进行方差分析。表8为合格指数与漏播指数方差分析，二次回归模型均高度显著(P<0.01)，失拟项均不显著(P>0.05)，回归方程不失拟，剔除不显著影响因素后，得到Y1、Y3的回归方程

(13)

(14)

由表8可知，三因素对合格指数的影响重要性依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度，其中窝眼轮转速与凸包高径比间存在的交互作用不容忽视，二者响应曲面如图14所示。在低转速区合格指数随凸包高径比的增大先增大后减小，在高转速区合格指数随凸包高径比的增大而增大；在凸包高径比较小区合格指数随转速增加而减小，在凸包高径比较大区合格指数随着转速的增加先增大后减小，因此二者具有较显著的相关性。

图14 窝眼轮转速与凸包高径比交互作用的响应曲面Fig.14 Response surface for interaction of speed and DRH

从表8可以看出，各因素对于漏播指数的影响极为显著，其中影响重要性依次为窝眼轮转速、凸包高径比、种层高度，其中凸包高径比与种层高度间存在交互作用。

表8 合格指数与漏播指数方差分析Tab.8 Variance analysis of eligibility index and missed seeding index

3.3.2试验结果目标优化

为在水平约束条件下寻求各因素的最优组合，仍将合格指数和漏播指数作为评价指标，结合因素边界条件建立数学模型，并对评价指标回归模型进行多目标化求解，优化目标函数的边界条件为

(15)

以合格指数最高和漏播指数最低为优化目标进行多目标优化，求解得窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时性能最优，合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。

4 排种器性能试验

4.1 台架试验

为验证仿真试验的优化结果，选取经过催芽后的长白山“大马牙”人参种子，含水率为40%，在JPS-12型视觉排种器性能试验台上进行试验验证，按照仿真试验优化后的参数使用ABS材料3D打印窝眼轮并制作排种器，为方便观察排种器工作状态下种群情况，种箱前板用亚克力板制作，试验装置如图15所示。设置排种器工作转速为29.75 r/min，种层高度为54 mm。

图15 排种器性能试验装置Fig.15 Seed-metering device performance test1.传送带 2.排种轴 3.凸包异形孔窝眼轮式排种器 4.高速摄像装置 5.链传动 6.台架 7.电机

4.1.1充种性能试验

为验证排种器的充种性能，去掉柔性护种板，利用合肥富煌君达高科信息技术有限公司生产的千眼狼5F01M高速摄像机拍摄充种情况，待排种器工作稳定后取10转统计数据，试验结果如表9所示。

表9 排种器充种性能试验结果Tab.9 Test results of seed filling performance%

试验结果表明，充种单粒率为93.67%，其变异系数为0.76%；漏充率为2.50%，其变异系数为20.00%。充种性能稳定，3排排种器间的差异性不大，结果与仿真试验吻合，验证了仿真试验的可靠性。从高速摄像的记录中可以看出种子多以“平躺”状态充入异形孔，未出现大于(等于)3粒/孔的情况，复充情况均为两粒竖直插入异形孔，柔性护种板可以避免伤种问题。

4.1.2工作性能试验

为研究排种器的工作性能和播种分布均匀性，将柔性护种板装到排种器上，调整落种点与传动带的高度为120 mm，设置传动带速度为0.36 m/s，控制油泵在传送带上刷油，待排种稳定后，测定1 m范围内种子数量，并统计伤种情况。按照人参种植株距4 cm计算，1 m范围内理论播种数量为25粒，随机测定20组数据取平均值，试验结果如表10所示。

表10 分段测量试验结果Tab.10 Sectional measurement test results

由表10可知，排种器行内排种量分布均匀性的变异系数为2.32%，因此凸包异形孔窝眼轮式排种器较常规窝眼轮式排种器具有明显优势。

4.2 田间试验

为进一步研究凸包异形孔窝眼轮式精密排种器的工作性能，按照人参种植农艺要求(移栽法)加工了28行凸包异形孔窝眼轮式排种器，经实验室台架试验验证其工作稳定性后，组装成2BS-28型人参播种机，并在吉林省四平市兴宝生态园人参种植基地进行田间试验。图16为田间试验现场和试验效果。

图16 田间试验Fig.16 Field test

田间试验中，配套汽油机动力5.5 kW，设计播种机工作速度1.4 km/h，试验地地表已旋耕平整；随机选取10组，每组试验段1 m对播种粒距的合格指数、重播指数、漏播指数以及种子破损率进行统计，试验结果与NY/T 1143—2006《播种机质量评价技术规范》进行对比，如表11所示。田间试验结果表明，本文设计的凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器满足人参精密播种要求。

表11 田间试验结果Tab.11 Field test results %

5 结论

(1)设计了凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器，以充种条件为依据，通过理论计算和运动学分析设计了窝眼轮的基本参数。确定窝眼轮直径为120 mm，型孔的长、宽、深分别为7.2、6.2、3.8 mm。

(2)借助离散元单因素仿真试验对设计参数进行优化，确定了异形孔数为20个，导种槽倾角为35°，凸包分布距离为14.5 mm，毛刷轮与窝眼轮的线速比为1.7。通过设计二次回归正交旋转组合试验，得到合格指数和漏播指数的回归方程，经方差分析可知，影响合格指数的因素主次顺序依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度，其中凸包高径比与窝眼轮转速间的交互作用不容忽视；影响漏播指数的因素主次顺序依次为窝眼轮转速、凸包高径比、种层高度，其中凸包高径比与种层高度间存在交互作用。对回归方程进行多目标优化求解得出，当窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时，合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。

(3)对最优参数组合进行了试验验证。台架试验充种性能试验结果表明，充种单粒率为93.67%，单粒率变异系数为0.76%，漏充率为2.50%，漏充率变异系数为20.00%；台架试验的工作性能试验结果表明，排种器行内排种量分布均匀性的变异系数均值为2.32%。田间试验结果表明，粒距合格指数86.5%，重播指数8.26%，漏播指数5.24%，合格粒距变异系数7.74%，种子破损率0.50%。凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器充种性能较好，伤种率低，能够满足人参精密播种要求。