基于DEM-CFD耦合的氣力式播種機(jī)分配器數(shù)值模擬與試驗(yàn)*

邢凱，高曉宏，戴曉軍，王強(qiáng)，張平，周海燕

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院呼和浩特分院有限公司，呼和浩特市，010010；2.土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市，100083)

0 引言

隨著我國(guó)生態(tài)建設(shè)與土地改革的不斷推進(jìn)，對(duì)大型播種機(jī)的需求日益增加，如何提高播種機(jī)作業(yè)效率，成為國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。目前，提高播種機(jī)作業(yè)效率的有效辦法是增加播種行數(shù)，奧地利AEROSEM 4002播種機(jī)的播種行數(shù)為32行；法國(guó)ESPRO 6000工作幅寬為6 m，播種行數(shù)可達(dá)40行；美國(guó)DB90系列氣吸式條播機(jī)工作幅寬可達(dá)27 m，播種行數(shù)54行，DB120系列播種機(jī)工作幅寬36 m，播種行數(shù)48行。國(guó)內(nèi)大型氣力式播種機(jī)仍處于發(fā)展階段，9BQM-3.0免耕播種機(jī)作業(yè)幅寬為3 m，播種行數(shù)為18行。對(duì)比國(guó)內(nèi)外大型播種機(jī)，當(dāng)作業(yè)幅寬為3 m或3 m以上時(shí)，大部分采用氣力式，因?yàn)闅饬κ讲シN機(jī)具有排種速度快、種箱寬度不受作業(yè)寬度影響、集中排種可降低排種器堵塞的概率、可實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝器整體折疊，減小運(yùn)輸寬度等優(yōu)點(diǎn)。分配器是氣力式播種機(jī)的重要部件，其結(jié)構(gòu)直接影響排種均勻性和排種過(guò)程對(duì)種子的破壞程度。目前，對(duì)氣力式播種機(jī)分配器的研究集中于大田作物和肥料領(lǐng)域，對(duì)于牧草領(lǐng)域研究較少，特別是禾本科類牧草。鄒翌等[1]利用EDEM-Fluent耦合仿真方法，對(duì)水稻在分配器中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，優(yōu)化分配器結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證確定了最佳分配器結(jié)構(gòu)；常金麗等[2]根據(jù)集中式排種器的技術(shù)要求，對(duì)排種定量器、分配器和風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)平蓋、圓錐蓋和上凸蓋三種不同結(jié)構(gòu)分配器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明上凸蓋結(jié)構(gòu)最節(jié)約能量。李中華等[3]利用Fluent軟件對(duì)苜蓿種子在分配器中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，分析結(jié)果表明Y形分配器中氣流比較流暢，避免渦流產(chǎn)生。楊慶璐等[4]通過(guò)離散元法與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法進(jìn)行分肥裝置顆粒運(yùn)動(dòng)數(shù)值分析，模擬仿真和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，分配器旋蓋錐角為120°、波紋管直徑為80 mm時(shí)，氣流和肥料兩相在分肥裝置中流動(dòng)性和均勻性最好。文獻(xiàn)[5-10]采用EDEM-Fluent耦合方法，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)。

離散元法與計(jì)算流體力學(xué)耦合分析方法已成功應(yīng)用于玉米、水稻等大田作物播種過(guò)程研究，而針對(duì)牧草種子播種過(guò)程的研究較少，特別是應(yīng)用于禾本科牧草種子領(lǐng)域的研究鮮有報(bào)道。本文以設(shè)計(jì)的氣力式播種機(jī)分配器為研究載體，借助工程離散元仿真軟件(Engineering discrete element method，EDEM)及CFD流體仿真軟件Fluent，進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)分配器對(duì)披堿草籽粒工作效果的分析，通過(guò)顆粒—?dú)饬黢詈戏抡婕霸囼?yàn)，探尋不同類型分配器上蓋板對(duì)披堿草顆粒排種過(guò)程的影響。

1 氣力式播種機(jī)排種系統(tǒng)工作原理與分配器結(jié)構(gòu)

1.1 氣力式播種機(jī)排種系統(tǒng)工作原理

氣力式播種機(jī)排種系統(tǒng)如圖1所示，主要由分配器、種箱、中央排種器、風(fēng)機(jī)、噴射器、輸種管、排種管、攪拌器和出風(fēng)管等部分組成。工作時(shí)，種箱內(nèi)的牧草種子經(jīng)過(guò)中央排種器，定量的流入噴射器中，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流進(jìn)入噴射器，在噴射器下腔產(chǎn)生負(fù)壓，種子在重力和負(fù)壓的作用下流入噴射器內(nèi)并與空氣均勻混合，高速氣流沿輸種管將種子向上加速輸送，在分配器中完成分配工作，分配均勻的種子沿排種管被輸送至各個(gè)開(kāi)溝器，實(shí)現(xiàn)了中央排種器統(tǒng)一排種，使種箱的位置與結(jié)構(gòu)不在受開(kāi)溝器行數(shù)與位置的影響。

圖1 氣力式播種機(jī)排種系統(tǒng)

1.2 分配器結(jié)構(gòu)

氣力式播種機(jī)排種系統(tǒng)使排種過(guò)程實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一排種、統(tǒng)一輸送，與傳統(tǒng)機(jī)械式排種相比，其各行播種均勻性主要受分配器性能的影響。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免分配器內(nèi)氣流產(chǎn)生滯流、渦流和急劇收縮現(xiàn)象，以便節(jié)約能量和降低排量一致性變異系數(shù)[11-13]。如圖2所示，分配器主要由上蓋板、下蓋板、導(dǎo)種管、排種管和堵頭等部分組成。上蓋板根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為平蓋、圓錐蓋和上凸蓋三種。對(duì)于上凸蓋的研究中，鄒翌等[1]研究表明，排種過(guò)程中，氣流流動(dòng)中管道截面突然擴(kuò)大，由于慣性流體規(guī)模不可能按照管道形狀突然擴(kuò)大，因此在管壁的拐角處形成旋渦，導(dǎo)致大量的機(jī)械能變成熱能而消散。另外，從小直徑管道流出的流體有較高的流速，必然要碰撞到大直徑管道中較低流速的流體，產(chǎn)生局部損失[14]。而對(duì)于圓錐蓋的研究中，常金麗等[2]研究指出當(dāng)圓錐蓋與分配器下蓋板之間的距離太近時(shí)，會(huì)影響氣種混合流的流出，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，能量消耗變大。因此，為探究分配器上蓋板對(duì)牧草種子分配效果的影響，本文設(shè)計(jì)了平蓋、圓錐蓋和上凸蓋三種不同結(jié)構(gòu)分配器，通過(guò)仿真模擬和試驗(yàn)來(lái)研究其優(yōu)缺點(diǎn)。

圖2 分配器結(jié)構(gòu)圖

2 模型建立

本研究基于Fluent 19.2與EDEM2020軟件對(duì)氣力式播種機(jī)分配器排種過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。由于披堿草顆粒在分配器中所占體積分?jǐn)?shù)不足10%，因此仿真模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型非穩(wěn)態(tài)的Lagrangian耦合算法。Lagrangian耦合不僅能夠?qū)崿F(xiàn)氣固兩相之間的動(dòng)量、能量交換，還能計(jì)算離散相顆粒對(duì)連續(xù)相的影響[1, 15]。

2.1 幾何模型

考慮到幾何模型中小孔和較尖銳的角會(huì)對(duì)仿真結(jié)果有較大影響，在不影響仿真結(jié)果的前提下，對(duì)模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到如圖3所示模型。其中圖3(a)為俯視圖，分配器外接9個(gè)排種管，排種管直徑30 mm；圖3(b)為平蓋式分配器流體域A-A剖面圖，圖3(c)為圓錐蓋式分配器流體域A-A剖面圖，圖3(d)為上凸蓋式分配器流體域A-A剖面圖。

(a)俯視圖

2.2 離散元模型

披堿草顆粒的物理特性參數(shù)對(duì)仿真結(jié)果影響較大，本研究選取了千綠002號(hào)披堿草種子為研究對(duì)象，隨機(jī)抽取50粒，測(cè)量其三維尺寸、密度等物理特性參數(shù)。計(jì)算得平均三維尺寸為長(zhǎng)6 mm、寬2 mm、高2 mm，披堿草種子模型可以由直徑為2 mm、1.6 mm、1.2 mm、0.8 mm 的球形顆粒一字堆疊而成，如圖4所示。

(a)披堿草種子

在平行于入口上方20 mm處，設(shè)置顆粒工廠虛擬平面，平面形狀大小與入口相同。根據(jù)披堿草排種量8 kg/hm2和氣力式播種機(jī)作業(yè)速度3.5 hm2/h，可求得顆粒工廠創(chuàng)建顆粒速度為7.78 g/s；設(shè)置重力9.8 m/s2，方向沿導(dǎo)種管向下；由于披堿草種子經(jīng)除芒后表面無(wú)黏附力，故選Hertz-Mindlin無(wú)滑移接觸模型。披堿草種子和分配器變量參數(shù)如表1所示。

表1 變量參數(shù)

2.3 流場(chǎng)模型

對(duì)于流體仿真模擬，網(wǎng)格模型質(zhì)量直接影響著求解效率和計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。本文將SolidWorks建立的分配器內(nèi)流場(chǎng)幾何模型，導(dǎo)入Fluent Meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分。采用基于“馬賽克”技術(shù)的Poly-Hexcore體網(wǎng)格生成法，能夠?qū)崿F(xiàn)六面體網(wǎng)格與多面體網(wǎng)格共節(jié)點(diǎn)連接，從而在保證工作完全自動(dòng)化的狀態(tài)下，提升網(wǎng)格中六面體的數(shù)量，以達(dá)到提升求解效率和精度的目的[16]。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，確定適合求解的網(wǎng)格數(shù)量為13萬(wàn)。并使用網(wǎng)格質(zhì)量提升工具Auto Node Move對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)網(wǎng)格質(zhì)量檢測(cè)，得到網(wǎng)格最大外斜率為0.69，基本滿足要求，網(wǎng)格模型如圖5所示。

圖5 網(wǎng)格模型

分配器中流體相為不可壓縮空氣，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε無(wú)滑動(dòng)接觸模型。根據(jù)披堿草懸浮速度和播種時(shí)的田間環(huán)境，設(shè)置入口條件為Velocity-inlet，入口風(fēng)速25 m/s，方向沿導(dǎo)種管向上。出口邊界設(shè)置9個(gè)出口，邊界類型設(shè)為outflow。

2.4 分配器排種過(guò)程仿真

Fluent與EDEM耦合采用的是基于Oulerian模型的耦合接口，是Altair針對(duì)Fluent開(kāi)發(fā)的用于顆?！黧w系統(tǒng)耦合的程序[17]。設(shè)置EDEM時(shí)間步長(zhǎng)為5×10-6s，F(xiàn)luent時(shí)間步長(zhǎng)1×10-4s，步數(shù)為5 000步，即總仿真時(shí)間0.5 s，設(shè)置每時(shí)間步最大迭代次數(shù)為20，在EDEM和Fluent中設(shè)置每0.001 s保存一次數(shù)據(jù)，在EDEM中打開(kāi)碰撞跟蹤器，以統(tǒng)計(jì)顆粒的碰撞信息[18-22]。

3 模擬分析與討論

3.1 不同分配器對(duì)氣流壓力影響

在相同邊界條件和求解方法設(shè)置下，得到上凸蓋、平蓋和圓錐蓋3種結(jié)構(gòu)分配器沿中心軸線的切面壓力云圖，設(shè)置分配器中心軸線AB，排種管中心軸線DC，如圖6所示。

(a)上凸蓋

提取3種分配器AB連線上任意點(diǎn)X的壓力值，設(shè)AX的長(zhǎng)度為l，以l為橫坐標(biāo)，X點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值為縱坐標(biāo)，得到分配器中心軸線壓力分布圖，如圖7所示。

圖7 中心軸線壓力分布曲線

從圖6和圖7中可知，3種分配器壓力分布情況大致相同，由A到B壓力先緩慢降低，當(dāng)氣流進(jìn)入上蓋板下方的空腔時(shí)，壓力降到最低點(diǎn)，隨后開(kāi)始快速升高，在上蓋板處達(dá)到最大值。由C到D壓力逐漸減小，在轉(zhuǎn)角處會(huì)有壓力損失。在上凸蓋和平蓋分配器中，位于上蓋板下方會(huì)形成半球形的高壓區(qū)，由于氣流從A向B流動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)氣流抵達(dá)上蓋板時(shí)，氣流與上蓋板發(fā)生碰撞，運(yùn)動(dòng)受阻，而導(dǎo)種管中的氣流繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致大量氣體進(jìn)入上蓋板下方的空腔內(nèi)，使該空腔內(nèi)部壓強(qiáng)升高。而圓錐蓋分配器由于上蓋板的圓錐形狀，當(dāng)上升的氣流碰撞到上蓋板時(shí)，氣流發(fā)生折射，沿水平方向流動(dòng)，因此不會(huì)形成高壓區(qū)。

壓力損失是由于流體的內(nèi)摩擦和流體質(zhì)點(diǎn)相互之間的碰撞而引起的，是通過(guò)摩擦和碰撞將流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。局部流體速度的大小和方向變化、產(chǎn)生旋渦，分離脫流現(xiàn)象都會(huì)引起壓力損失[14]。由圖7可知，圓錐蓋型分配器中心軸向壓力曲線位于其他兩種類型分配器壓力曲線上方，這表明圓錐蓋型分配器中心軸線任意點(diǎn)處壓力都高于其他兩種類型分配器對(duì)應(yīng)點(diǎn)處壓力。這是由于圓錐蓋分配器的圓錐體結(jié)構(gòu)使得分配器上部的空腔體積減小，流體在該處的過(guò)流斷面變小，阻力增加，導(dǎo)致壓力損失加大。為滿足速度入口和壓力出口等邊界條件，從而使入口壓力以及分配器中壓力變大，因此相對(duì)于其他兩種分配器能耗增加，這也證實(shí)了文獻(xiàn)[2]中試驗(yàn)結(jié)論——圓錐蓋型分配器所需風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高，即能量消耗最大。同時(shí)，對(duì)比平蓋和上凸蓋型分配器中心軸向壓力曲線，可以發(fā)現(xiàn)在l小于670 mm時(shí)，上凸蓋壓力曲線在平蓋壓力曲線上方，這表明在導(dǎo)種管內(nèi)上凸蓋型分配器的壓力大于平蓋型分配器；在l大于670 mm時(shí)，兩分配器在中心軸線上的壓力快速提升，并且平蓋分配器壓力超過(guò)上凸蓋分配器。相比于平蓋型分配器，上凸蓋型分配器由于上蓋板下方的空腔較大，流體在空腔內(nèi)發(fā)生的內(nèi)摩擦較為激烈，產(chǎn)生的壓力損失也較大。這表明上凸蓋型分配器對(duì)氣流的碰撞具有一定的緩沖作用，可減小由碰撞而導(dǎo)致種子的損傷。當(dāng)l=0時(shí)，3種分配器位于入口處流體的速度、位置相同，根據(jù)不可壓縮流體的伯努利方程、風(fēng)機(jī)升壓與功率計(jì)算公式[23-24]可知，動(dòng)壓相等，靜壓越大，所需風(fēng)機(jī)的功率就越大。因此，圓錐蓋型分配器所需風(fēng)機(jī)功率最大，平蓋型分配器所需風(fēng)機(jī)功率最小。

3.2 不同分配器對(duì)顆粒碰撞次數(shù)的影響

通過(guò)統(tǒng)計(jì)顆粒與分配器壁面總碰撞次數(shù)，得到圖8所示結(jié)果，可以看出在相同工作條件下，圓錐蓋型分配器碰撞次數(shù)最多，上凸蓋和平蓋型分配器碰撞次數(shù)較少且相差不大。在EDEM模型中構(gòu)建Geometry Bin，其范圍為分配器中導(dǎo)種管以上的部分，通過(guò)統(tǒng)計(jì)Bin中的顆粒數(shù)量，可以判斷分配器頭部種子滯留情況。當(dāng)排種器工作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，上凸蓋型分配器Bin中披堿草種子約有500粒，平蓋型分配器Bin中約有450粒，圓錐蓋型分配器Bin中約有380粒，可以發(fā)現(xiàn)上凸蓋型分配器對(duì)種子有較強(qiáng)滯留效果，其次為平蓋，種子滯留最少為圓錐蓋型排種器。

圖8 顆粒碰撞次數(shù)

3.3 不同分配器對(duì)顆粒速度的影響

間隔相同時(shí)間，隨機(jī)選取10個(gè)顆粒進(jìn)行單顆粒軌跡、速度和碰撞分析。圖9為分配器工作穩(wěn)定后顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖，從左向右依次為上凸蓋、平蓋和圓錐蓋型分配器。從圖9可以看出，圓錐蓋分配器頭部顆粒密度明顯低于其他兩種分配器，因此圓錐蓋分配器中種子相對(duì)不易滯留。提取單個(gè)顆粒速度(豎直方向)與時(shí)間曲線如圖10所示，可以發(fā)現(xiàn)，顆粒進(jìn)入導(dǎo)種管后，在氣流的作用下作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)(豎直方向)，直到與上蓋板發(fā)生碰撞，速度減小，方向反轉(zhuǎn)，隨后向下作減速運(yùn)動(dòng)。在碰撞過(guò)程中，顆粒入射和反射軌跡之間會(huì)形成入射角與反射角，通過(guò)觀察顆粒跡線發(fā)現(xiàn)，圓錐蓋分配器反射角大于平蓋分配器與上凸蓋分配器；這是由于上凸蓋和平蓋分配器中顆粒發(fā)生碰撞的面為水平面，而圓錐蓋分配器中顆粒發(fā)生碰撞的面為錐面，導(dǎo)致顆粒入射角增大，反射角變大。

(a)上凸蓋

圖10 顆粒速度曲線

圖10中L點(diǎn)為顆粒發(fā)生碰撞前最后一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為顆粒發(fā)生碰撞后第一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)10個(gè)顆粒豎直方向最大速度平均值Vmax(L點(diǎn))、豎直方向最小速度平均值Vmin(F點(diǎn))、x方向平均速度Vx(F點(diǎn))和y方向平均速度Vy(F點(diǎn))，得到表2所示結(jié)果。

表2 顆粒平均速度

通過(guò)觀察顆粒跡線和速度曲線發(fā)現(xiàn)，3種分配器沿豎直方向的平均最大速度均在11 m/s左右，相差很小。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，上凸蓋和平蓋分配器中顆粒在發(fā)生碰撞后沿分配器徑向的平均速度為2.5 m/s，而圓錐蓋分配器徑向的平均速度為5.9 m/s，這是由于圓錐蓋分配器中顆粒發(fā)生碰撞后反射角相對(duì)較大，導(dǎo)致徑向速度變大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，顆粒徑向速度越大，越難以隨著氣流進(jìn)入排種管，由于顆粒速度越快，其在一定流場(chǎng)范圍內(nèi)存在的時(shí)間越短，流場(chǎng)對(duì)其做功越小，對(duì)其軌跡影響就越小。平蓋排種器中平均每個(gè)顆粒碰撞次數(shù)為3次，上凸蓋分配器中平均每個(gè)顆粒碰撞次數(shù)為3次，圓錐蓋分配器中平均每個(gè)顆粒碰撞次數(shù)為4次，可以發(fā)現(xiàn)圓錐蓋分配器中種子發(fā)生碰撞次數(shù)多于其他兩種類型分配器，見(jiàn)圖8顆粒碰撞次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

試驗(yàn)設(shè)備為9BM-3.0型牧草免耕播種機(jī)，加工試制仿真時(shí)用的平蓋型分配器，將其安裝于該播種機(jī)上，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25421—2010《牧草免耕播種機(jī)》，對(duì)該排種系統(tǒng)進(jìn)行綜合性能試驗(yàn)。選取總排量穩(wěn)定性、各行排量一致性和種子破損率為試驗(yàn)指標(biāo)，重復(fù)3次測(cè)量，取平均值。試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2 800 r/min，披堿草種子除芒，種箱內(nèi)種子含量大于種箱容積的1/3，在排種管末端用袋子收集排出的種子，電子天平分別測(cè)量各排種管播出種子的重量，記錄試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 排種試驗(yàn)結(jié)果

4.2 試驗(yàn)指標(biāo)

4.2.1 各行排量穩(wěn)定性計(jì)算

即在固定時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)各行排量是否均勻一致，其中各行排量變異系數(shù)是衡量各行播量一致性的重要指標(biāo)之一，計(jì)算方法如式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

Xshi——每行各次排量之和，g；

n1——測(cè)定行數(shù)，行；

Ssh——每行排量一致性標(biāo)準(zhǔn)偏差，g；

Vsh——各行排量一致性變異系數(shù)，%。

極限誤差

(4)

式中：Xshmax——每行各次排量之和中的最大值，g；

Xshmin——每行各次排量之和中的最小值，g；

δ——極限誤差，%。

4.2.2 總排量穩(wěn)定性計(jì)算

總排量穩(wěn)定性即在固定時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)每次總排量是否均勻一致性，其中總排量的變異系數(shù)是衡量總排量一致性的重要指標(biāo)，計(jì)算方法如式(5)～式(7)。

(5)

(6)

(7)

Xui——每次各行總排量，g；

n2——測(cè)定次數(shù)；

Su——總排量穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)偏差，g；

Vu——總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)，%。

(8)

式中：Xumax——每行各次總排量中的最大值，g；

Xumin——每行各次總排量中的最小值，g；

δ′——極限誤差，%。

4.2.3 破損率

從各行排出的種子中隨機(jī)抽取5份種子樣本，每份質(zhì)量約100 g，選出其中破碎損傷的種子并稱其質(zhì)量，計(jì)算破碎損傷種子質(zhì)量占樣本總質(zhì)量的百分比，再減去試驗(yàn)前測(cè)定的種子原始破損率，按式(9)計(jì)算牧草種子破損率。

Sp=Shp-Sqp

(9)

式中：Sp——牧草種子破損率，%；

Shp——播后牧草種子破損率，%；

Sqp——播前牧草種子破損率，%。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)排種性能試驗(yàn)得到表4所示試驗(yàn)結(jié)果，各行排量一致性變異系數(shù)Vsh為4.83%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的小于等于13%的要求。總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)Vu為3.97%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的小于等于6%的要求。披堿種子破碎率Sp為1.36%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的小于等于2%的要求。

表4 排種性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

1)通過(guò)分析分配器內(nèi)壓強(qiáng)，明確圓錐蓋型分配器內(nèi)部壓強(qiáng)高于上凸蓋型分配器和平蓋型分配器，從理論上證實(shí)了圓錐蓋型分配器能耗是最大的，平蓋能耗最小。

2)通過(guò)觀察統(tǒng)計(jì)顆粒在分配器內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)圓錐蓋型分配器內(nèi)顆粒碰撞次數(shù)高于上凸蓋型分配器，高于平蓋型分配器內(nèi)的顆粒碰撞次數(shù)，圓錐蓋型分配器內(nèi)顆粒的反射角和徑向速度均大于上凸蓋和平蓋型分配器。分析發(fā)現(xiàn)，顆粒徑向速度越大，顆粒受流體作用越小，越難以在流體的作用下進(jìn)入排種管，會(huì)在顆粒發(fā)生多次碰撞，速度減緩后隨氣流進(jìn)入排種管，因此，圓錐蓋型分配器中披堿草種子發(fā)生的碰撞次數(shù)最多，對(duì)種子的傷害最大。

3)加工試制平蓋型分配器，安裝于氣力式播種機(jī)上進(jìn)行排種性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明各行排量一致性變異系數(shù)Vsh為4.83%，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于13%；總排量穩(wěn)定性變異系數(shù)Vu為3.97%，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于6%；種子破損率Sp為1.36%，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于2%。