沈薛昊，唐帥，高輝松，周永清，薛金林

(南京農(nóng)業(yè)大學工學院，南京市，210031)

0 引言

我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國和消費國，蔬菜產(chǎn)業(yè)在提高農(nóng)民收入和幫扶農(nóng)民就業(yè)等方面具有重要作用[1-2]。優(yōu)質(zhì)的種苗是保證蔬菜品質(zhì)與產(chǎn)量的基礎，而工廠化育苗技術(shù)將蔬菜的種苗生產(chǎn)和大田生長分開，能夠控制種苗的生長，提高種苗成活率[3-4]。相較人工育苗而言，工廠化育苗不但可以使種苗成活率有很大提升，而且降低了勞動力成本投入從而提高經(jīng)濟效益[5-6]，對實現(xiàn)規(guī)模化和自動化的蔬菜育苗生產(chǎn)具有重要意義[7]。

國外于20世紀30年代開始就對蔬菜育苗播種流水線進行了研發(fā)，產(chǎn)品比較成熟。例如，荷蘭某公司研發(fā)的全自動蔬菜育苗流水線可以調(diào)節(jié)播種裝置上吸嘴的真空度和儲種箱的振動幅度大小，也可以實現(xiàn)變速鋪土，還能在每個播種階段的間隙都會對吸嘴自動進行清潔來提升播種效率[8-10]。美國某公司研發(fā)的氣吸針式育苗流水線對種子的適應能力強，可以根據(jù)不同種子的物理特性靈活選取相應的針頭進行播種，通過控制針頭上的氣孔開關(guān)狀態(tài)進行吸排種工作，最后通過振動器進行清理工作[11-13]。

國內(nèi)的蔬菜育苗流水線始于20世紀70年代，但近年來才成為研究熱點。符耀明等研發(fā)了氣力滾筒式排種器蔬菜育苗流水線，設計了能使內(nèi)部流場分布均勻的氣腔結(jié)構(gòu)，從而降低空穴率。馬廣[14]設計了一款穴盤精密播種流水線，該流水線采用了錐形吸風孔使得吸嘴內(nèi)部的氣體流速增加了一倍，提升了吸嘴的吸種能力。分析國內(nèi)已有的研究成果，我國蔬菜育苗流水線研究取得一定的發(fā)展，但發(fā)展水平遠不及國外，大多存在播種合格率低，適應性差以及播種效率不高等問題，從而制約了我國蔬菜育苗行業(yè)的發(fā)展進程[15]。因此，本文開展集鋪土、覆土、清掃土、壓穴和播種多功能于一體的蔬菜育苗播種流水線設計，以期推動蔬菜育苗行業(yè)的機械化進程。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

蔬菜育苗播種流水線整機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 蔬菜育苗播種流水線整機結(jié)構(gòu)

該蔬菜育苗播種流水線主要由穴盤傳輸裝置、鋪覆土裝置、清掃土裝置、壓穴裝置和播種裝置組成。流水線采用工位設計，每個工位都可以單獨工作，蔬菜育苗播種流水線工作時，以穴盤為育苗載體通過皮帶式流水線傳輸，能夠同時完成鋪土、清掃土、壓穴、播種和覆土工作。

1.2 工作原理

蔬菜育苗播種流水線工作過程如下：人工將空穴盤放入流水線最左端，穴盤沿著流水線表面上兩側(cè)的導軌經(jīng)皮帶式流水線向右傳送。首先到達鋪土工位，鋪土裝置前方裝有限位開關(guān)，檢測到穴盤后，鋪土電機開始工作，帶動儲土箱中的傳送帶進行穴盤鋪土；穴盤繼續(xù)向前傳送到達清掃土工位，清掃土電機帶動毛刷滾筒轉(zhuǎn)動，通過滾筒上的毛刷清掃平整表土、保證覆土深度一致，從而清除穴盤表面多余的土屑；清掃土工序完成后穴盤到達壓穴工位，壓穴裝置檢測到穴盤到達后壓穴電機帶動壓穴滾筒轉(zhuǎn)動，通過壓穴滾筒上的壓穴頭進行壓穴；下一個工序是播種工序，播種裝置中的氣吸式滾筒利用外部氣源提供的正負壓并通過播種滾筒上的吸嘴進行吸排種工作，種子落入壓穴工序中壓出的穴孔內(nèi)；播種工作完成后，穴盤傳送到覆土工位，由覆土裝置對穴盤進行填土覆蓋；覆土工作結(jié)束的穴盤隨后被傳送到清掃土工序，毛刷滾筒再次清掃浮土；最后輸送到流水線最右端，由人工將穴盤搬運至育苗室培育。

本文設計的蔬菜育苗播種流水線主要設計參數(shù)如表1所示。

表1 蔬菜育苗播種流水線主要設計參數(shù)Tab. 1 Main design parameters of vegetable

2 關(guān)鍵部件設計

2.1 鋪覆土裝置設計

蔬菜育苗播種流水線通過鋪覆土裝置對空穴盤進行培養(yǎng)土裝填以及對播種后的穴盤進行覆土。鋪覆土裝置需要在穴盤傳輸?shù)倪^程中完成對穴盤的裝土，所以鋪覆土裝置架在流水線上方，與流水線之間的高度大于穴盤高度，培養(yǎng)土從鋪覆土裝置的出土口出來后便撒落到穴盤上。鋪覆土裝置主要由儲土箱、皮帶傳輸裝置、電機和鋪覆土調(diào)節(jié)裝置組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 鋪覆土裝置結(jié)構(gòu)

儲土箱為內(nèi)部上寬下窄的梯形棱臺。鋪覆土調(diào)節(jié)裝置包括高度調(diào)節(jié)、寬度調(diào)節(jié)和土量調(diào)節(jié)機構(gòu)。通過旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的手輪可以調(diào)整鋪覆土裝置的安裝高度，以適應不同高度規(guī)格的穴盤；通過寬度調(diào)節(jié)機構(gòu)中的旋鈕可以調(diào)整儲土箱出土口兩側(cè)可調(diào)擋土板的角度，從而控制培養(yǎng)土從儲土箱出土口下落的寬度，以適應不同寬度規(guī)格的穴盤；通過土量調(diào)節(jié)機構(gòu)中的旋鈕可以調(diào)整出土口前側(cè)擋土板的角度從而調(diào)節(jié)出土口的輸出土量，以適應不同種子的農(nóng)藝要求。皮帶式傳輸裝置位于儲土箱下方，由輸送帶、主動滾筒和被動滾筒組成。根據(jù)儲土箱的底部邊長確定輸送帶的長度和寬度。

鋪覆土裝置前方裝有限位開關(guān)，當穴盤的側(cè)邊接觸到限位開關(guān)時，電機開始工作，直接驅(qū)動主動滾筒轉(zhuǎn)動，通過主動滾筒和從動滾筒共同帶動儲土箱中的輸送帶工作，將儲土箱中的培養(yǎng)土通過出土口輸送到穴盤的穴孔中進行鋪覆土。

2.2 清掃土裝置設計

在鋪土和覆土之后，需要清掃土裝置清掃穴盤表面多余的培養(yǎng)土。清掃土裝置主要由電機、高度調(diào)節(jié)裝置和毛刷滾筒組成，如圖3所示。清掃土裝置的主體結(jié)構(gòu)是一個裝有大量毛刷的滾筒，當流水線上的穴盤傳輸?shù)角鍜咄廖恢脮r，電機直接驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)，利用滾筒上的毛刷清掃穴盤上面多余的培養(yǎng)土。清掃的土量主要是通過滾筒與穴盤之間的高度決定的，由于不同規(guī)格的穴盤高度不同，因此清掃土裝置兩側(cè)安裝有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。該機構(gòu)為螺桿螺母調(diào)節(jié)機構(gòu)，螺桿與機架軸承連接，螺母與毛刷滾筒連接，旋轉(zhuǎn)左右高度調(diào)節(jié)手輪控制螺母上下移動，從而調(diào)節(jié)毛刷滾筒上下移動。

圖3 清掃土裝置結(jié)構(gòu)

2.3 壓穴裝置設計

2.3.1 壓穴裝置整體結(jié)構(gòu)

穴盤經(jīng)過清掃土裝置的清掃后，每一個穴孔里面都填滿培養(yǎng)土，但需要對每個穴孔進行壓穴，形成均勻的播種穴，以方便后續(xù)的播種，提高種苗的成活率。壓穴裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 壓穴裝置結(jié)構(gòu)

壓穴滾筒由壓穴電機通過齒輪傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)。壓穴裝置兩側(cè)安裝高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，可根據(jù)種子埋土深度的不同要求控制壓穴深度。

當安裝在壓穴裝置前方的接限位開關(guān)檢測到穴盤到達后，壓穴裝置的電機開始轉(zhuǎn)動，電機輸出動力后經(jīng)過齒輪傳動機構(gòu)傳輸給滾筒，通過滾筒傳動軸帶動壓穴滾筒轉(zhuǎn)動，壓穴滾筒上均勻分布有錐形凸起的壓穴頭，通過壓穴頭在穴盤的穴孔中上壓出播種穴。

2.3.2 壓穴滾筒設計

壓穴滾筒的結(jié)構(gòu)設計需要考慮穴盤的尺寸排列，以保證每個壓穴頭可以準確的壓在穴盤的穴孔中間。本文選用的是6行12列高度為45 mm的72穴孔的穴盤，因此壓穴滾筒上的壓穴頭的行數(shù)設計為6行，為了兼容更多規(guī)格的穴盤，壓穴頭的列數(shù)設計為16列。同時，設定壓穴深度為15 mm，按照兩個壓穴頭間的弧長距離與穴盤兩個孔穴的間距相等的要求，設計壓穴滾筒直徑。

圖5為壓穴滾筒的運動分析圖。相鄰兩個壓穴頭分布的弧長W等于兩穴間距L1，R1為滾筒半徑，R2為相切圓半徑，已知L1為42.5 mm，根據(jù)式(1)可以計算出相切圓半徑

2πR2=12L1=16W

(1)

代入?yún)?shù)計算求得R2為81 mm，此時壓穴頭的壓入深度為15 mm，考慮到需要一定余量，故壓穴滾筒的半徑R1設計為70 mm，壓穴頭高度為25 mm。

2.4 播種裝置設計

2.4.1 播種裝置整體結(jié)構(gòu)

播種裝置是蔬菜育苗播種流水線的核心裝置，決定了流水線的播種效果。播種裝置主要包括高度調(diào)節(jié)裝置、播種滾筒、吹掃裝置、漏種盒、振動器和儲種箱。播種裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 播種裝置結(jié)構(gòu)

播種滾筒兩側(cè)安裝有高度調(diào)節(jié)裝置，通過旋轉(zhuǎn)手輪控制螺栓螺母機構(gòu)從而調(diào)節(jié)播種滾筒的安裝位置，以適應不同高度的穴盤，提高播種裝置的適應性。播種滾筒的上方安裝有一排吹掃裝置用來吹落多余吸附的種子，播種滾筒的后方安裝有儲種箱，當播種滾筒工作時從儲種箱內(nèi)吸附蔬菜種子。播種滾筒的右側(cè)安裝有電機，工作時輸出的動力經(jīng)過齒輪機構(gòu)后帶動播種滾筒傳動軸旋轉(zhuǎn)。

播種裝置前方裝有限位開關(guān)，當其閉合，即檢測到穴盤到達預定位置后，播種裝置開始工作。利用外部氣源提供給播種滾筒的負壓和儲種箱內(nèi)振動器的輔助作用，當播種滾筒上的吸嘴旋轉(zhuǎn)到吸種位置時吸附儲種箱中的種子。被吸附的種子隨播種滾筒轉(zhuǎn)動經(jīng)過吹掃區(qū)域時，由吹掃裝置吹走吸嘴上多余吸附的種子，保證吸嘴上只吸附一顆種子，防止出現(xiàn)重播現(xiàn)象。被吹落的種子掉入安裝在吹掃裝置下方的漏種盒。然后，種子經(jīng)過常壓區(qū)域，即播種滾筒通入大氣壓，清除負壓，減小吸嘴對種子的吸附力。最后轉(zhuǎn)到正壓區(qū)域，滾筒通入正壓，在正壓和種子自身重力的作用下，種子掉入穴盤中被壓穴裝置壓出的播種穴內(nèi)，完成播種工作。

2.4.2 播種滾筒結(jié)構(gòu)設計

播種裝置中的氣吸滾筒式排種器設計成可拆換式，這樣可以根據(jù)播種要求更換裝有不同行數(shù)和列數(shù)吸嘴的滾筒以適應不同規(guī)格穴盤，此外也可以根據(jù)種子的類型來更換安裝有對應吸嘴結(jié)構(gòu)的滾筒。播種滾筒主要包括滾筒、左右端蓋、齒輪機構(gòu)、吸嘴和滾筒傳動軸，如圖7所示。

圖7 播種滾筒

播種滾筒的右上方有一條黑色氣管，為播種滾筒提供負壓。播種滾筒的右下方有一條紅色氣管，為播種滾筒提供正壓。播種滾筒兩側(cè)分別安裝一個端蓋，左側(cè)端蓋是封閉的，以保證播種滾筒工作時輸入進滾筒內(nèi)的正壓和負壓不會泄露；右側(cè)端蓋與吸盤相連。吸盤是外部正壓和負壓氣源進入播種滾筒的通道，如圖8所示，主要分為：負壓吸種區(qū)、常壓區(qū)和正壓播種區(qū)。負壓從負壓區(qū)進入滾筒內(nèi)部后提供給吸嘴吸附種子；外界大氣壓通過常壓氣孔進入滾筒清除負壓；正壓通過正壓氣孔進入滾筒，種子在自身重力和正壓的作用下，掉落至穴盤的穴孔內(nèi)，完成播種工作。

圖8 吸盤結(jié)構(gòu)

播種滾筒的端面如圖9所示，滾筒內(nèi)部分為12個長方形孔道，每行孔道對應圖7中播種滾筒上一列的6個吸嘴。播種滾筒工作時，電機轉(zhuǎn)動通過齒輪傳動將動力傳輸給滾筒傳動軸帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，但是吸盤固定在機架上不動，因此滾筒相對于吸盤旋轉(zhuǎn)，各長方形孔道的氣孔依次經(jīng)過吸盤的負壓區(qū)、常壓區(qū)和正壓區(qū)，長方形孔道所對應的6個吸嘴也就依次進行負壓吸種、常壓通氣和正壓播種的工作，隨著播種滾筒旋轉(zhuǎn)不停切換。

圖9 播種滾筒端面

2.4.3 播種滾筒尺寸計算

由于播種要求需要吸嘴將種子準確播入在穴盤的穴孔里面，因此播種滾筒上吸嘴的分布間距需要匹配穴盤的尺寸。對于6行12列的72孔穴盤，穴孔之間的距離L1與所設計播種滾筒上兩個吸嘴間的弧長W相等，為42.5 mm。然后根據(jù)式(2)計算播種滾筒半徑

2πR=12W=12L1

(2)

計算得播種滾筒半徑為81 mm。播種滾筒的長度應大于穴盤的寬度才能有足夠空間安裝與6行12列規(guī)格的穴盤相匹配的6行吸嘴，由于穴盤的寬度為280 mm，所以播種滾筒的長度設定為320 mm。

2.4.4 吸嘴孔型設計與直徑計算

播種滾筒上的吸嘴結(jié)構(gòu)決定了蔬菜育苗播種流水線播種裝置的吸種能力。播種滾筒的吸嘴孔型有直孔、沉孔和錐形孔3種，如圖10所示。

播種滾筒上吸嘴直徑的大小影響播種滾筒工作時對負壓的需求。針對本文所研究的類球形種子，根據(jù)式(3)計算吸嘴直徑[16]

d1=(0.6～0.7)b

(3)

式中：b——種子粒徑，mm。

由于常用蔬菜種子的粒徑集中在1.1～1.5 mm之間，所以本文選擇0.6 mm，0.8 mm，1.0 mm作為設計吸嘴的直徑。設計的吸嘴孔型和吸嘴直徑需要通過播種試驗分析確定最佳吸嘴孔型和直徑。

2.4.5 儲種箱設計

播種裝置是連續(xù)工作的，需要大量的種子對穴盤進行播種工作，因此播種裝置需要設置有儲種箱。本文設計的儲種箱結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 儲種箱結(jié)構(gòu)

儲種箱通過4根彈簧安裝在播種裝置的機架上，同時與播種滾筒兩端接觸處安裝有海綿，以減少播種滾筒工作時產(chǎn)生的摩擦振動[17]。儲種箱中安裝有氣動振動器，氣動振動器通過氣管通入正壓。通入正壓后氣動振動器開始工作，帶動儲種箱振動，并將振動傳遞給儲種箱內(nèi)的種子。種子受到振動跳躍達到一種“沸騰”的狀態(tài)，此時種子間的摩擦力會減小，達到相互分離的目的。當播種滾筒轉(zhuǎn)動到達吸種位置時，振動跳躍種子在負壓氣流的作用下，被吸嘴吸附[18-21]。

儲種箱的容量大小取決于蔬菜育苗播種流水線進行播種工作時對種子的需求量。根據(jù)式(4)計算儲種箱的容量

(4)

式中：n——需要連續(xù)播種的種子數(shù)量，粒；

q——種子千粒重，g；

v——每升種子的平均重量，g/L。

以油菜種子為例，其千粒重3.56 g，連續(xù)播種時間為3 h，最大播種效率為800盤/h，每個穴盤有72個穴孔，計算得到儲種箱的容積為1.76 L。為了保證一定的余量，設計儲種箱容量為2 L。儲種箱結(jié)構(gòu)如圖12所示，其側(cè)板傾斜角度設計為45°，大于種子的最大靜止角，有利于種子不斷地沿側(cè)板向下滾動，從而更容易被吸嘴吸附。

圖12 儲種箱結(jié)構(gòu)分析

2.4.6 吹掃裝置設計

吹掃裝置是降低蔬菜育苗播種流水線播種重播率的關(guān)鍵裝置。播種滾筒上吸嘴在吸種時可能會吸附超過一顆種子，從而導致播種時出現(xiàn)重播現(xiàn)象。為了降低重播率，需要設計吹掃裝置清除吸嘴多余吸附的種子，本文設計的吹掃裝置如圖13所示。

圖13 吹掃裝置

吹掃裝置主要包括噴嘴、氣管和機架。根據(jù)播種滾筒的吸嘴排布，吹掃裝置設計有6個噴嘴，正壓風機通過氣管給吹掃裝置提供正壓，氣流在一定的壓力下從噴嘴口快速噴出，對播種滾筒旋轉(zhuǎn)時經(jīng)過的每行吸嘴進行吹掃操作。

根據(jù)不可壓縮流體的平面湍性射流的理論分析可知，射流的寬度與到射流源噴嘴的距離成正比，即平面湍性射流的邊界是一條從射流源發(fā)出的直線，此射流大約以13°半角向后擴張且隨著離射流源距離的增大，射流的最大速度越來越小[22-23]。根據(jù)圖14的噴嘴氣流分布圖，得到射流在吸嘴處作用直徑與噴嘴口徑之間關(guān)系，如式(5)所示。

D=2Ltan13°+d

(5)

式中：D——射流在吸嘴處作用直徑，mm；

d——射流噴嘴的直徑，mm；

L——射流噴嘴到吸嘴的距離，mm。

要完成吹掃工作，射流的作用范圍需要覆蓋種子在吸嘴上分布的最大范圍。以油菜種子為例，其粒徑平均值為1.46 mm，射流在吸嘴處作用直徑D設計為10 mm時可以保證覆蓋種子分布范圍。為了保證機器在工作時的正常運轉(zhuǎn)，噴嘴與滾筒的距離不能過小，同時考慮到射流的流速在噴射過程中不斷減小，為了保證射流噴射到達吸嘴時仍有一定速度，噴嘴與滾筒的距離也不能過大，此外也要保證噴嘴的口徑適中，綜合考慮噴嘴到吸嘴的距離L設計為18 mm。將上述數(shù)值條件代入式(5)，計算得到噴嘴口直徑為2 mm。當吹掃裝置通入10 kPa的正壓時，吹掃效果理想。

圖14 噴嘴氣流分析圖

3 流水線播種性能試驗

3.1 試驗效果評價指標

在完成對流水線各個裝置主要零部件的設計計算、選型、仿真和三維建模后，將工程圖紙交付工廠加工，同時外購風機、輸送帶傳輸裝置以及電機等配件，然后將加工好的零部件與采購的配件進行組裝，最后開發(fā)出樣機。在所開發(fā)的樣機上進行流水線播種性能試驗。

試驗根據(jù)《溫室蔬菜穴盤精密播種機技術(shù)條件》(NY/T 1823—2009)[24]選取合格率、重播率和空穴率作為評價蔬菜育苗播種流水線播種性能的指標，其表達式如式(6)～式(8)所示。

(6)

(7)

(8)

式中：X——合格率；

Y——重播率；

Z——空穴率；

N合格——種子數(shù)等于1的穴孔數(shù)量；

N重——種子數(shù)大于1的穴孔數(shù)量；

N空——種子數(shù)為0的穴孔數(shù)量；

N總——穴盤中總穴孔數(shù)量。

3.2 試驗方案

針對試制的樣機，以油菜種子作為試驗對象，選擇真空度、吸嘴孔型和吸嘴孔徑三因素做正交試驗，并對試驗結(jié)果進行極差和方差分析，得到最優(yōu)因素組合。試驗因素水平如表2所示。

表2 試驗因素水平Tab. 2 Test factor level

3.3 正交試驗結(jié)果及分析

3.3.1 正交試驗結(jié)果

根據(jù)表1中的試驗因素水平，采用L9(34)正交試驗方案進行播種試驗，結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗方案及結(jié)果Tab. 3 Orthogonal test scheme and results

3.3.2 合格率極差和方差分析

采用極差分析法研究各因素對合格率、重播率以及空穴率的影響程度以及探究最優(yōu)因素組合，合格率的極差分析結(jié)果見表4。均值K是每個因素下各個水平的平均值；通過將同一個試驗因素的不同水平下均值的最大值與最小值相減得到極差，極差越大，表明該因素對目標的影響程度越大。

表4 合格率的極差分析Tab. 4 Range analysis of qualified rate

表5方差分析結(jié)果表明A因素對合格率的影響比較顯著，其次為B因素，C因素影響最小，與極差分析的影響順序A、B、C相同，表明本次試驗結(jié)果可靠。通過上述極差分析與方差分析可以得出最優(yōu)因素組合為A3B1C3，此時的合格率最大。

表5 合格率的方差分析Tab. 5 Analysis of variance of qualified rate

3.3.3 重播率極差和方差分析

首先對重播率進行極差分析，重播率的極差分析結(jié)果見表6，可以看出B因素對重播率的影響比較顯著，其次為A因素，C因素影響最小。

表6 重播率的極差分析Tab. 6 Range analysis of over seeding rate

表7方差分析結(jié)果表明B因素的影響比較顯著，其次為A因素，C因素影響最小，與極差分析的影響順序B、A、C相同，表明本次試驗結(jié)果可靠。通過上述極差分析與方差分析可以得出最優(yōu)因素組合為A1B2C3，此時的重播率最小。

表7 重播率的方差分析Tab. 7 Analysis of variance of over seeding rate

3.3.4 空穴率極差和方差分析

與合格率及重播率一樣，首先對空穴率進行極差分析，空穴率的極差分析結(jié)果見表8，可以看出A因素對合格率的影響比較顯著，其次為C因素，B因素影響最小。

表9的方差分析結(jié)果表明A因素的影響比較顯著，其次為C因素，B因素影響最小，與極差分析的影響順序A、C、B相同，表明本次試驗結(jié)果可靠。通過上述極差分析與方差分析可以得出最優(yōu)因素組合為A3B3C3，此時的空穴率最小。

表8 空穴率的極差分析Tab. 8 Range analysis of no seed rate

表9 空穴率的方差分析Tab. 9 Analysis of variance of no seed rate

3.4 驗證試驗

在保證合格率最大，重播率和空穴率較小的原則下確定最優(yōu)因素組合為A1B2C1，即真空度7 kPa、吸嘴孔型為直孔、吸嘴孔徑1.0 mm，選取不同的播種效率(200盤/h、400盤/h、600盤/h、800盤/h)進行驗證試驗，播種效果如表10所示。由表10可知，所設計的蔬菜育苗播種流水線在不同播種效率下的播種合格率穩(wěn)定在93%以上，重播率低于3%，空穴率低于5%，滿足設計參數(shù)的要求。

表10 不同播種效率下的播種效果Tab. 10 Seeding effect under the different seeding efficiency

4 結(jié)論

1) 為提高工廠化蔬菜育苗播種的效率，設計了一種集鋪土、覆土、清掃土、壓穴和播種多功能于一體的蔬菜育苗播種流水線。選用6行12列高度為45 mm的72穴孔的穴盤，壓穴滾筒的半徑為70 mm，壓穴滾筒上的壓穴頭的行數(shù)為6，列數(shù)為16，壓穴頭的高度為25 mm，壓穴深度為15 mm，播種滾筒的半徑為81 mm，播種滾筒的長度為320 mm。

2) 針對試制樣機，以油菜種子為試驗對象，選擇真空度、播種滾筒吸嘴孔徑和吸嘴孔型三因素做正交試驗，并對試驗結(jié)果進行極差和方差分析得到最優(yōu)因素組合。正交試驗表明，影響合格率的主次因素順序為真空度、吸嘴孔型、吸嘴孔徑；影響重播率的主次因素順序為吸嘴孔型、真空度、吸嘴孔徑；影響空穴率的主次因素順序為真空度、吸嘴孔徑、吸嘴孔型。

3) 經(jīng)極差和方差分析后得出播種效果最優(yōu)因素組合：真空度為7 kPa，吸嘴孔型為直孔，吸嘴孔徑為1.0 mm。在最優(yōu)因素組合條件下進行驗證試驗，試驗表明所設計的蔬菜育苗播種流水線在不同播種效率下的播種合格率穩(wěn)定在93%以上，重播率低于3%，空穴率低于5%，滿足前文設計參數(shù)中的要求。