气吸式玉米精量排种器双侧清种装置设计与试验

李玉环 杨 丽 张东兴 崔 涛 和贤桃 胡 恒

(1.中国农业大学工学院， 北京 100083； 2.农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室， 北京 100083)

0 引言

气吸式精量排种器具有播种精度高、对种子尺寸要求不高、适应能力强以及作业速度高等优点[1-6]，在高速精量播种上应用最为广泛[7-9]。清种是将吸孔处多余的种子清除，从而确保单孔单粒，过清或漏清均会导致排种器排种性能降低[9-12]，因此合适的清种装置对于保证排种器作业质量至关重要。

国内外众多学者对气吸式排种器进行了大量研究，但大部分是针对充种功能的实现，关于清种的研究相对较少。祁兵等[13]设计了一种适用于滚筒式排种器的周向清种装置，降低了低速作业重播率；刘云强等[14]设计了一种清种装置，并通过仿真模拟优化了清种装置结构参数，降低了非球类种子吸附的重播率。邢赫等[15]设计了一种适用于水稻气力式排种器的清种装置，有效地提高了气力式排种器的排种精度。丁力等[16]对气吸式排种器的清种机构进行优化设计，建立了清种过程数学模型，分析了清种过程的运动机理，有效地提高了清种合格率。气吸式精量排种器多采用单侧清种机构，对气吸式精量排种器双侧清种研究鲜见报道。

为解决气吸式玉米精量排种器清种装置因设计不合理而造成漏清、过清，导致排种性能下降的问题，结合所研制的气吸式玉米精量排种器特点，提出采用双侧清种装置进行清种作业的方法，设计一种简单、易调节、适应性强、清种效果好的双侧清种装置，以期改善清种作业效果、提高排种器的排种性能。

1 排种器结构和工作原理

气吸式玉米精量排种器结构如图1所示，主要由卸种口、前壳体、种盘、上清种机构、下清种刀、推种装置、后壳体、传动轴、气道等组成。工作时，气道通入负压气流，吸孔处形成负压状态，传动轴带动种盘转动，种子在负压作用下吸附在型孔上，经过清种装置将多余的种子清除，保留单孔单粒种子进入投种区，吸孔处种子在直线推种装置和种盘吸孔的共同作用下沿着直线推种装置竖直向下运动，到达投种位置，气流阻断，种子落入导种管，完成精量排种作业。

清种装置是气吸式精量排种器中降低重播、实现单粒精播的关键部件，结合排种器结构和工作原理设计了双侧清种装置，如图2所示，主要包括锯齿形清种刀、双弧形清种刀、调整刻度盘、调整螺栓、调整螺母、密封条等，清种主要分为上侧清种和下侧清种两个阶段，为实现吸孔处种子的初步清除，并将未清除的多余种子向吸孔下侧挤压以保证下侧清种效果，上侧清种采用锯齿形清种刀结构，一端固定在前壳体定位孔上，另一端安装在前壳体滑槽中，可根据不同种子外形尺寸调节清种刀位置，使种子与锯齿形清种刀多次碰撞，将吸孔处多余的种子清除；为保证吸孔处种子顺滑经过清种装置，清除重吸种子，同时避免碰撞造成漏播现象，下侧采用双弧清种刀结构，与直线推种装置设计为一体结构，安装在前壳体上，对吸孔处的种子进行两次顺滑碰撞，将吸孔处多余的种子进一步清除，以保证单粒率。

2 清种过程分析

2.1 种盘性能分析

为保证良好的扰种、充种以及携种效果，排种器种盘采用凹型组合型孔拨指种盘[17-19]，该种盘吸孔采用拨指条孔，通过拨指条孔与后壳体配合形成不规则形状吸孔，且对拨指条孔进行倒角处理，如图3所示，图中不规则吸孔由直径为d的半圆和不规则四边形ABCD组成，组合吸孔的面积SABCD+Sd/2大于单独圆形吸孔面积Sd，在相同负压条件下，较圆形吸孔吸附压力更大，吸附效果更好。并且吸孔边缘开有倒角φ，扩大了种子与组合吸孔的接触面积，同时对种子具有一定的托持作用，进一步提高了种子充种和携种的良好性能，但对清种造成了困难。

2.2 重吸现象

由于种子吸附姿态以及种子外形尺寸的差异，吸孔不能完全密封，气流通过不完全密封的型孔后，较强的吸附力再次吸附种子，导致一孔吸附多粒种子的现象[16],即重吸现象。凹型组合型孔盘较圆孔种盘在同等作业条件下吸附力和接触面积均较大，更容易导致型孔吸附多粒种子，结合试验发现，当种子脱离充种区时，多稳定携带2或3粒种子进入清种区。

2.3 清种过程

2.3.1上侧清种分析

上侧锯齿形清种结构对吸孔处种子进行持续碰撞、挤压，完成初步清种，并将型孔处未能清落的多余种子挤压至吸孔下侧，再由下侧双弧清种机构完成进一步清种，对种子在锯齿形清种区进行受力分析，如图4所示。

种子吸附在型孔处，随着种盘以角速度ω顺时针转动，以吸孔中心为原点建立xyz三维坐标系，x轴正向为种子受到离心力负方向，y轴正向为种子受到空气阻力的负方向(与种盘相切)，z轴正向为垂直于吸孔方向，种子受到吸孔吸附力F，吸孔的支持力N，清种装置对种子的推力Fn，吸孔表面对种子的摩擦阻力Ff，清种锯齿对种子的摩擦力Ff1，空气阻力Ff2(忽略不计)，其中J、G、Ff1、Fn的合力为F1。吸附在型孔周围的种子转至清种区，在清种锯齿的作用下将未占据吸孔优势的种子清掉，使占据优势的种子更加稳定，为保证占据优势的种子不发生掉落，负压气流对种子产生的吸附力应至少大于种子掉落所需的力，其中种盘对种子的摩擦力起到阻碍掉落的作用，为保证吸附更加稳固，可忽略不计，因此应满足平衡条件

(1)

其中

Ff1=μFn

(2)

式中G——种子重力，N

J——种子受到的离心力，N

Nx——种子支持力在x方向的分力，N

Ny——种子支持力在y方向的分力，N

Nz——种子支持力在z方向的分力，N

μ——玉米种子与种盘的摩擦因数

d1——吸孔中线到点E的距离，m

L——合力F1到点E的距离，m

α——受力点与水平方向的夹角，(°)

β——推力方向与x轴的夹角，(°)

Nxy为Nx和Ny在xy平面内的合力，结合式(1)可得

(3)

由种子在z平面内受力平衡，有

F1=Nxy

(4)

由式(1)～(4)可得

(5)

吸附力和真空度之间的关系为

F=ΔpSi

(6)

式中 Δp——型孔两侧压差，Pa

Si——稳定吸附所需面积，m2

种子受到的离心力为

J=mω2r

(7)

式中m——种子质量，kg

r——吸孔位置半径，mm

在实际工作中，考虑种间碰撞和机器振动等的影响，取吸种可靠性系数K1和工作稳定可靠性系数K2，结合式(5)～(7)可得

(8)

由式(8)可知，在排种器种盘结构和工作条件确定的情况下，种子稳定吸附所需面积Si与锯齿对种子的作用力Fn呈正相关，增加清种锯齿的作用力Fn，可打破原本稳定吸附的平衡状态，将未占据优势位置的种子清除，完成清种。因此锯齿清种机构的锯齿工作面在设计时要满足逐渐逼近吸种孔的挤压原理，以实现对种子作用力Fn的逐渐增大，打破原本稳定吸附的平衡状态，实现清种功能。

2.3.2下侧双弧清种分析

上侧锯齿形清种刀，对种子产生连续碰撞挤压，将重吸的种子进行清除，由于凹型组合型孔种盘良好的吸附和托持性能，采用单侧锯齿形清种刀难以实现彻底清种。为保证下侧清种的作业效果，借助高速摄像技术对经过上侧清种后重吸种子的吸附姿态进行分析，如图5所示，经过上侧清种后漏清重吸姿态多为上下紧贴，少数为双粒左右紧贴、3粒紧贴，且重吸种子均位于吸孔中心偏下位置。因此通过在吸孔中心下侧增加清种机构，实现对重吸种子的二次清种。下侧清种机构采用双弧清种刀结构，通过弧形结构实现对重吸种子的两次碰撞，破坏重吸平衡状态，将未占据优势的种子进一步清除，保证排种器的单孔单粒排种作业。

3 关键参数设计

双侧清种机构是提高排种器分离精度的重要部件，结合排种器结构确定双侧清种装置上侧为锯齿形清种机构，下侧为双弧清种机构。上侧清种机构采用锯齿形清种结构，对重吸种子进行初步清除，并将吸孔种子向吸孔下侧挤压；下侧清种机构采用双弧形结构，对重吸种子进一步清除，以保证排种器的分离精度。

3.1 上侧清种刀关键参数

3.1.1引入段范围确定

充入吸孔内的种子随着排种盘的转动离开充种区，位于吸孔边缘未能稳定吸附的种子在重力和离心力的作用下脱离型孔落回充种区，稳定吸附的种子随种盘进入清种区。通过试验发现，当吸孔上的种子离开充种区距离大于3个种子长度时开始清种作业，可避免种群和清落种子回落对清种效果的影响，即LC1F≥3lm，以郑单958种子为研究对象，通过实测取玉米种子最大长度lm=13 mm，结合种盘结构有

(9)

结合种盘结构参数，取r=82.5 mm，可知清种作用起始点位置θ2≥28.2°，为扩大清种区范围，使得清种更加稳定，取清种作用段起始点A1位置θ2为30°，引入段避免清种刀对种子产生剧烈碰撞造成过清，引入段位置确定时要避免充种区种群的影响，结合试验确定引入段起始点E的位置θ1为20°，因此引入段范围为[20°,30°]。

3.1.2清种段形状参数确定

锯齿形状参数主要由与吸孔中心距离和与水平方向角度确定，为确定清种段形状参数，以工作面作用点与吸孔中心距离L为纵坐标，清种工作面作用点与水平方向角度θ为横坐标，建立清种刀工作面长度和角度关系图，如图7所示。其中点E为引入段起始位置，点A1为清种作用段起始点位置，点A2、A3、A4为每个锯齿的初始位置点，点B1、B2、B3、B4为每个锯齿末端位置点，锯齿关键拐点组成了锯齿形状参数。

点E位于水平位置20°方向的种盘边缘，可确定点E(20°,17.5 mm)。点A1位于水平30°方向上，与吸孔中心距离为Lm，当吸孔吸附多粒种子时，每粒种子占据一部分吸孔面积，相对于单粒吸附稳定性较差，过大的碰撞力容易产生过清情况发生[13]，因此在点A1位置清种刀对吸孔种子产生较小的清种强度，主要对吸附多粒种子进行作用，要保证清种刀与多粒吸附种子接触并产生作用力，不与单粒吸附种子接触，则需满足

lm/2

(10)

式中ln——种子最小长度，mm

由式(10)可知，单粒种子稳定吸附(可看作种子中心与吸孔中心重合)时不与A1接触，即Lm大于玉米种子最大长度的一半；多粒种子稳定吸附(可看作种子一端与吸孔中心重合)时与A1接触，即Lm小于等于玉米种子最小长度，通过实测取郑单958种子最小长度ln=9 mm，可得6.5 mm

进入清种作用段，由A1至B1逐渐逼近吸孔，到达B1位置，第1级清种力度达到最大，经过B1位置，回到A2位置，清种力度瞬间减小，未清落的种子在吸孔吸附力的作用下恢复最佳吸附状态，完成第1级清种；再由A2至B2重复逐渐逼近吸孔过程，完成下一级清种。4级清种过程每次均从同一清种力度开始逐渐增大，且每一级的清种力度逐渐加大，可确定A1、A2、A3、A4与吸孔中心的距离相同，均为Lm，B1、B2、B3、B4与吸孔中心距离逐渐减小。经过第1级清种尽可能多的吸孔种子受到清种作用，因此，应能保证最小种子单粒稳定吸附(可看作种子中心与吸孔中心重合)时与B1接触，则有

LB1≤ln/2

(11)

为保证逐级清种的效果，LB1取最大值，即LB1=ln/2=4.5 mm。

经过最后一级清种后，型孔处未占优势的多余种子大部分被清除，未清除的多余种子在清种刀的作用下位于吸孔下侧，以便于下侧清种机构的清种作业。为保证种子位于吸孔下侧，并且高速条件下减少过清的情况，取点B4位于吸孔边缘，即LB4=2.5 mm。为获取逐级增大的清种强度，点B1、B2、B3、B4应逐渐接近吸孔中心，即与吸孔中心距离ΔL逐级减小，可得

ΔL=(LB1-LB4)/3

(12)

LB2=LB1-ΔL

(13)

LB3=LB1-2ΔL

(14)

式中 ΔL——每级清种点相差的距离，mm

LB1——点B1与吸孔中心距离，mm

LB2——点B2与吸孔中心距离，mm

LB3——点B3与吸孔中心距离，mm

LB4——点B4与吸孔中心距离，mm

将LB1、LB4的值代入式(12)～(14)可得ΔL≈0.67 mm，LB2=3.83 mm，LB3=3.16 mm。

为起到振落清种效果，要保证种子经过每一级清种后恢复吸附状态，即第2级清种后的每个锯齿长度均大于最大玉米种子长度，且锯齿长度逐渐增大，则有

lA4B4>lA3B3>lA2B2>lm

(15)

对于三角形A2OB2，由余弦定理可知

(16)

由式(15)、(16)可得

(17)

又因

lOA2=Lm+r

(18)

lOB2=LB2+r

(19)

则有

(20)

将LB2、r、Lm和lm代入式(20)得ΔθB2>7.7°。

为保证锯齿清种强度逐级增加条件下清种的稳定性，每个锯齿的清种时间等值增加，即每个锯齿占有角度以Δθ等值增加，则有

(21)

为合理利用清种区域范围，由式(21)和前期试验结果，最终确定ΔθB1为5°，ΔθB2为8°，ΔθB3为11°，ΔθB4为14°，Δθ为3°。

则可得点位置关系为

(22)

式中 ΔθB1——第1级清种所占角度，(°)

ΔθB2——第2级清种所占角度，(°)

ΔθB3——第3级清种所占角度，(°)

ΔθB4——第4级清种所占角度，(°)

θB1——点B1所在位置与水平方向夹角，(°)

θB2——点B2所在位置与水平方向夹角，(°)

θB3——点B3所在位置与水平方向夹角，(°)

θB4——点B4所在位置与水平方向夹角，(°)

通过式(22)，可得θB1=35°，θB2=43°，θB3=54°，θB4=68°，因此可确定点B1(35°，4.5 mm)，点B2(43°，3.83 mm)，点B3(54°，3.16 mm)，点B4(68°，2.5 mm)。点A2、A3、A4分别与B1、B2、B3在同一水平位置，因此可确定A1(35°，9 mm)，A2(43°，9 mm)，A3(54°，9 mm)。以直线依次连接A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4，可得锯齿的形状尺寸参数。

3.2 上下侧清种装置间隔角度

种子经过上侧清种装置位于吸孔下侧，经过下侧清种装置碰撞将未清除干净的重吸种子清除，上下清种装置安装位置用间隔角度来表示，为避免上下侧清种装置相互干扰造成过清发生，下侧清种装置位置确定时要保证在上侧清种完成后，需满足宽度方向吸附不产生交互碰撞，如图8a；长度方向吸附不产生交互碰撞，如图8b；厚度方向吸附不产生交互碰撞，如图8c。其中点D1、D2位于半径为R1的圆上，点D3、D4位于半径为R2的圆上，点D5、D6位于半径为R3的圆上，由余弦定理可得

(23)

其中

(24)

式中r1——点B4的半径，mm

bm——种子最大宽度，mm

cm——种子最大厚度，mm

将式(24)代入式(23)中有

(25)

由式(25)可知，上下清种装置间隔角度与上侧清种刀末端B4的位置及种子外形尺寸有关，由前文分析确定了B4的位置，r1=85 mm，以郑单958种子为研究对象，取lm=13 mm，bm=11 mm，cm=9 mm，代入式(25)中可得θD1OD2>8.8°，θD3OD4>9.8°，θD5OD6>10.2°，即上下清种间隔角度在半径为R1=72 mm圆位置上大于8.8°，上下清种间隔角度在半径R2=74 mm圆位置上大于9.8°，上下清种间隔角度在半径R3=76 mm圆位置上大于10.2°。下侧清种弧线确定时满足上下清种角度间隔要求，可避免上下清种干扰造成的过清发生，结合试验确定了间隔角θD1OD2为9°、θD3OD4为10°、θD5OD6为11.3°。

3.3 下侧清种强度

下侧清种机构采用双弧形结构，对种子进行两次逐级增强的清种作业，以保证排种器的排种精度。清种弧线顶端与型孔中心的距离决定了种子经过清种装置时受到的清种强度，当距离越小时，清种强度越大，多余种子越容易被清落，但同时增大了正常吸附的单粒种子被清落的概率。如图9所示，点C2、C3为吸孔中心位置，C4、C5分别为下侧第1次和第2次清种弧线顶部位置，在半径为r2、r3的半圆上，则有

(26)

为达到逐级增强的清种效果，则有

lC2C4>lC3C5

(27)

由式(26)、(27)可知

r3>r2

(28)

由式(28)可知，清种弧线顶端位置在圆心为O，半径为r2、r3的圆上，且r3大于r2，为方便表达，将r2、r3分别定义为第1级和第2级清种弧线顶部半径，确定合理的下侧清种位置(即r2、r3的值)，可保证稳定的清种效果，本文通过优化试验对下侧清种半径r2、r3进行确定。

4 试验

4.1 试验材料与设备

试验选用未分级处理的郑单958玉米种子，千粒质量为308.1 g。排种器通过螺栓固定安装在JPS-12型计算机视觉精密排种器性能检测试验台(黑龙江省农业机械科学研究院)上，如图10所示，以离开充种区进入上侧清种刀时的位置作为初始点，以离开下侧清种刀位置为终止点，划定试验指标观察区，利用高速摄像机记录观察区影像[20-21]，统计清种情况。

4.2 试验方法

选取影响清种效果的第1级清种弧线顶部半径r2、第2级清种弧线顶部半径r3和排种器工作转速为试验因素进行全因素试验[22-23]，本研究的气吸式玉米精量排种器旨在实现10 km/h以上高速作业条件下的精量播种作业[19]，考虑高速作业工况下的效果，确定排种器转速n为26.67、32.00、37.33 r/min 3个水平，排种器吸孔数为25，在株距25 cm条件下对应的作业速度分别为10、12、14 km/h。结合前期试验，选取第1级清种弧线顶部半径r2为80、81、82 mm 3个水平，第2级清种弧线顶部半径r3为80、81、82 mm 3个水平，开展三因素三水平的全因素试验，试验共有27组，各因素水平如表1所示。

表1 试验因素水平

为重点考察排种器清种性能，定义漏清率、过清率为试验指标。为满足该排种器正常工作的条件，结合前期工作压力试验，确定试验工作压力为3.5 kPa；另根据玉米种植株距要求，确定试验株距为25 cm。排种器工作过程中，采用高速摄像机记录观察区内的工作影像，为避免排种器转速增大产生漏吸进而影响考察清种装置清种效果，采用高速摄像统计数据时去除漏吸情况，将经过观察区型孔上种子未被清除导致2粒(包含2粒)的情况判定为漏清，被清落导致无种子的情况判定为过清，每组试验检测型孔的数量不低于360个，重复3次[24]，漏清率与过清率计算公式为

Mp=n1/Np×100%

(29)

Dp=n2/NP×100%

(30)

式中Mp——漏清率，%

Dp——过清率，%

n1——漏清型孔数

n2——过清型孔数

Np——记录的总型孔数

4.3 试验结果与分析

试验结果如表2所示，表中数据形式为平均值±标准差。整理试验结果，在3种不同速度下，分别对第1级下侧清种强度和第2级下侧清种强度进行显著性分析，结果如图11所示。图中相同转速、相同半径下的不同字母表示差异显著。

表2 全因素试验结果

4.3.1各因素对漏清率的影响

在工作转速26.67 r/min下，第1级清种弧线顶部半径r2和第2级清种弧线顶部半径r3对漏清率均有显著影响。随着r2的增大，漏清率显著降低，在r2为80 mm时，漏清率最高，r2为82 mm时，漏清率最低。随着r3的增大，漏清率出现显著降低，在r3为80 mm时，漏清率最高，r3为82 mm时，漏清率最低，但81 mm和82 mm对漏清率的影响差异不显著。

在工作转速32.00 r/min下，第1级清种弧线顶部半径r2和第2级清种弧线顶部半径r3对漏清率均有显著影响。随着r2的增大，漏清率出现显著降低，在r2为80 mm时，漏清率最高，r2为82 mm时，漏清率最低，但81 mm和82 mm对漏清率的影响差异不显著。随着r3的增大，漏清率出现显著降低，在r3为80 mm时，漏清率最高，r3为82 mm时，漏清率最低，但80 mm和81 mm对漏清率的影响差异不显著。

在工作转速37.33 r/min下，第1级清种弧线顶部半径r2和第2级清种弧线顶部半径r3对漏清率均有显著影响。随着r2的增大，漏清率出现显著降低，在r2为80 mm时，漏清率最高，r2为82 mm时，漏清率最低，但81 mm和82 mm对漏清率的影响差异不显著。随着r3的增大，漏清率出现显著降低，在r3为80 mm时，漏清率最高，r3为82 mm时，漏清率最低，但81 mm和82 mm对漏清率的影响差异不显著。

在各个工作转速梯度下，随着清种强度的增加，漏清率逐渐降低。究其原因为：当r2和r3增加时，清种弧线顶端与吸孔中心距离越近，对种子的作用力增强，加剧了对多余种子碰撞，更容易将吸孔处的多余种子清除，降低漏清的情况发生率。

4.3.2各因素对过清率的影响

在各个工作转速下，第1级清种弧线顶部半径r2和第2级清种弧线顶部半径r3对过清率均有显著影响。随着清种强度增大，过清率出现显著升高。在r2和r3为80 mm时，过清率最低；在r2和r3为82 mm时，过清率最高。但r2为80、81 mm与r3为80、81 mm对过清率的影响差异不显著。随着r2和r3的增加，清种弧线顶端与吸孔中心距离越近，对种子的作用力增强，加剧了对种子碰撞，容易将未稳定吸附的种子清除，造成漏播发生。

4.4 回归分析

对试验结果进行回归分析，各因素及其交互作用对漏清率Y1、过清率Y2影响如表3所示。

表3 各参数对排种性能的显著性分析

由表3可以看出，r2、r3对漏清率具有极显著影响，且r2和r3存在交互作用。工作转速n、第1级清种弧线顶部半径r2、第2级清种弧线顶部半径r3对过清率具有极显著影响，且工作转速与第1级清种弧线顶部半径r2不存在交互作用，工作转速与第2级清种弧线顶部半径r3不存在交互作用。

根据表3的方差分析结果，得到3个性能指标拟合回归方程为

(31)

(32)

式中各参数均为实际值，模型显著性检验p<0.05，表明该模型具有统计学意义。根据试验结果和拟合回归方程，以漏清率和过清率最小为寻优条件采用Design-Expert软件进行处理[25]，综合考虑各个速度条件下的清种效果，得到清种强度的最佳参数组合为r2=80.70 mm、r3=81.42 mm，在该强度组合下工作转速为29.31 r/min时作业效果最佳。然后，考虑实际作业过程中播种速度的多变性，在26.67～37.33 r/min的作业条件下，对优化后的理论值进行试验验证，在相同的试验条件下重复验证试验3次，理论最佳参数组合和试验结果如表4所示。

由表4可知，在r2为80.70 mm，r3为81.42 mm的最佳参数组合下，理论优化结果和实际作业结果基本一致。实际作业过程中，工作转速26.67～37.33 r/min条件下，漏清率均不大于1.10%，过清率均不大于1.03%，清种效果较好。说明采用清种强度逐级增强(即为第2级清种弧线顶部半径大于第1级清种弧线顶部半径)的清种方法，可有效提高下侧清种效果，避免漏清、过清造成的排种器性能下降的情况发生，与前文的理论分析一致。

4.5 对比试验

为考察双侧清种方式对排种器清种性能的改善效果，采用同一排种器结构安装双侧清种和单侧清种(锯齿形上侧清种装置)进行对比试验。选取工作转速为26.77、32.00、37.33 r/min，在相同试验条件下选用玉米品种郑单958进行试验，试验时清种装置处于最佳作业状态，利用高速摄像机记录并统计漏清率和过清率，采用中国农业大学自主研发的排种器性能检测试验台[26]检测安装不同清种装置排种器的合格率、漏播率、重播率，以验证清种装置对排种器性能的提升效果，每组试验检测播种量不低于360个，重复3次，试验结果如表5所示。

表5 对比试验结果

对比试验结果可知，在工作转速为26.67 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低6.70个百分点，过清率基本不变，排种器合格率升高7.04个百分点；在工作转速为32.00 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低4.63个百分点，过清率基本不变，排种器合格率升高5.07个百分点；在工作转速为37.33 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低7.41个百分点，过清率降低0.24个百分点，排种器合格率升高7.26个百分点。采用单侧锯齿形清种装置对吸孔处种子进行碰撞清种，由于种盘吸孔吸附稳定性的特点，漏清情况过多，导致排种器重播率较高，且增加清种强度容易造成过清，导致漏播率升高。采用双侧清种装置，对吸孔处种子进行两侧清种，有效降低了漏清率，减少了重播情况的发生；同时减小了单侧清种强度，对过清率也有一定的改善，降低了漏播率，有效改善了排种器的性能。

5 结论

(1)针对气吸式玉米排种器清种装置因存在漏清、过清而造成排种性能下降的问题，通过分析造成重漏的原因，建立了清种过程数学模型，分析了清种过程的运动机理，优化设计了双侧清种装置，并对清种装置的关键参数进行理论分析，确定了上下侧清种机构关键参数的设计方法。

(2)选取第1级清种弧线顶部半径、第2级清种弧线顶部半径和工作转速为主要因素进行了全因素试验，并对试验结果进行显著性分析，建立了因素与指标的回归方程，以漏清率和过清率最小为寻优条件，得到较优清种强度最佳的参数组合为：r2=80.70 mm、r3=81.42 mm。在最佳参数组合下进行了验证试验，结果表明，在实际作业过程中，当工作转速为26.67～37.33 r/min时，漏清率均不大于1.10%，过清率均不大于1.03%，与理论优化结果基本一致。

(3)采用同一排种器结构安装双侧清种和单侧清种进行了对比试验，结果表明，工作转速为26.67 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低6.70个百分点，过清率基本不变，排种器合格率提高7.04个百分点；工作转速为32.00 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低4.63个百分点，过清率基本不变，排种器合格率提高5.07个百分点；工作转速为37.33 r/min时，采用双侧清种装置漏清率降低7.41个百分点，过清率降低0.24个百分点，排种器合格率提高7.26个百分点。采用双侧清种装置有效降低了漏清率，在高速情况下对过清率也有一定的改善，可有效提高排种器的作业效果。