頓國強(qiáng) 劉文輝 杜佳興 周 成 毛 寧 紀(jì)文義

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 哈爾濱 150040； 2.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 佳木斯 154007；3.湖州師范學(xué)院信息工程學(xué)院， 湖州 313000； 4.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030)

0 引言

精量施肥是一種按照農(nóng)作物養(yǎng)分的供需關(guān)系精準(zhǔn)高效施肥的方法，對(duì)提高肥料利用率、減少化肥施用量具有重要意義[1]，可使農(nóng)業(yè)資源得到最優(yōu)配置，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，由于排肥器是精量施肥中的關(guān)鍵一環(huán)，因此提高排肥器的排肥性能對(duì)實(shí)現(xiàn)精量排肥具有重要意義[2-3]。

目前，商品化的排肥器主要分為螺旋排肥器與外槽輪排肥器，螺旋排肥器作為常用排肥器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送量可調(diào)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[4-6]，近年來相關(guān)學(xué)者對(duì)提高傳統(tǒng)單螺旋排肥器的排肥精度與均勻性進(jìn)行了大量研究，KRETZ等[7]進(jìn)行了螺旋設(shè)計(jì)參數(shù)及安裝傾角等對(duì)螺旋出口物料流率穩(wěn)定性影響的仿真及臺(tái)架試驗(yàn)，使出口處的流率更均勻；DEBAYAN等[8]利用短距螺旋對(duì)不同螺旋轉(zhuǎn)速下的填充率進(jìn)行了試驗(yàn)研究；ANTON等[9]利用電容傳感器對(duì)螺旋排肥器排量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；薛忠等[10]對(duì)排肥器的排肥穩(wěn)定性與均勻性進(jìn)行了仿真及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化得到排肥器排肥均勻與穩(wěn)定的最佳轉(zhuǎn)速，對(duì)于通過改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)排肥量的場(chǎng)景并不適用；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，離散元法及其數(shù)值模擬仿真軟件EDEM在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[11-13]，宋歡[14]基于EDEM仿真法在入肥口處采用雙線螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)螺旋輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使物料排出的脈動(dòng)峰值降低，但脈動(dòng)幅度與平均值之間的比值依然較大，不能滿足均勻排肥的需求。上述研究主要針對(duì)單螺旋精量排肥等方面，由于單螺旋自身結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致其不可避免出現(xiàn)排肥脈動(dòng)的問題[15]，基本難以實(shí)現(xiàn)均勻精量排肥，因此，本研究通過單螺旋排肥器瞬時(shí)排肥特性分析確定排肥脈動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，采用錯(cuò)位疊加單螺旋排肥曲線原理設(shè)計(jì)弧槽雙螺旋式排肥器，并對(duì)其排肥性能進(jìn)行研究。

本文依據(jù)單螺旋排肥器排肥曲線設(shè)計(jì)弧槽雙螺旋式排肥器，借助離散元仿真軟件EDEM對(duì)排肥器的排肥過程進(jìn)行仿真分析，采用三因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)方法優(yōu)化中心距、螺距和弧槽半徑，并利用3D打印技術(shù)加工優(yōu)化后的排肥器，進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

弧槽雙螺旋式排肥器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由齒輪、左旋排肥螺旋、右旋排肥螺旋、殼體、端蓋組成，通過一對(duì)相互嚙合的齒輪對(duì)中旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)左、右旋排肥螺旋對(duì)中旋轉(zhuǎn)，肥料在重力作用下由肥箱通過入肥口落在左、右旋排肥螺旋的上部，在左、右旋排肥螺旋的攪混作用下在中上部對(duì)中混合，同時(shí)旋轉(zhuǎn)的排肥螺旋推動(dòng)肥料軸向移動(dòng)到排肥口，排肥口處左、右旋排肥螺旋交替排肥可對(duì)單排肥螺旋的周期性排肥波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，提高了弧槽雙螺旋式排肥器的排肥均勻性，肥料依靠重力落入排肥管中，完成排肥過程。

圖1 雙螺旋排肥器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of structure of arc-groove double- spiral fertilizer discharge device1.入肥口 2.殼體 3.左旋弧槽排肥螺旋 4.螺栓 5.端蓋 6.排肥螺旋旋向 7.齒輪 8.排肥口 9.右旋弧槽排肥螺旋 10.安裝孔

2 排肥性能分析

2.1 單螺旋排肥器排肥特性分析

為了探究單螺旋排肥器的瞬時(shí)排肥特性，參照GB/T 35487—2017規(guī)定的最大排肥量375 kg/hm2，依據(jù)文獻(xiàn)[16]確定排肥螺旋參數(shù)：螺旋葉片大徑R=25 mm；螺旋葉片小徑r=7.5 mm；螺距S=35 mm；螺旋葉片厚度b=2 mm，試驗(yàn)肥料顆粒采用史丹利復(fù)合肥(平均半徑1.64 mm、密度1.86 g/cm3)，通過臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)單螺旋排肥器排肥特性進(jìn)行研究，如圖2所示。

圖2 單螺旋排肥器試驗(yàn)裝置Fig.2 Single screw fertilizer metering device1.單螺旋排肥器 2.驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3.電機(jī)控制器 4.傳送帶 5.精密電子秤 6.傳送帶控制器 7.集肥盒

排肥器轉(zhuǎn)速應(yīng)小于臨界轉(zhuǎn)速，根據(jù)

(1)

式中nmax——排肥器臨界轉(zhuǎn)速，r/min

A——物料綜合系數(shù)，取25[17]

可知螺旋排肥器臨界轉(zhuǎn)速為111.8 r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)，肥料間相對(duì)滑動(dòng)少，易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，排肥螺旋葉片主要為攪拌肥料，對(duì)肥料顆粒軸向推進(jìn)作用較小，同時(shí)為方便數(shù)據(jù)測(cè)量，綜合考量下取排肥器轉(zhuǎn)速60 r/min、傳送帶移動(dòng)速度0.2 m/s進(jìn)行試驗(yàn)，取3 s后的排肥穩(wěn)定段利用集肥盒進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)集肥盒寬20 mm，將傳送帶上每20 mm長(zhǎng)設(shè)置集肥盒，利用精密電子秤對(duì)集肥盒內(nèi)的肥料質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。

統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出單螺旋排肥器排肥特性曲線，如圖3所示，通過分析單螺旋排肥器的排肥特性曲線可知：?jiǎn)温菪欧势鞯呐欧是€呈周期性變化，將排肥曲線理想化為正弦函數(shù)，根據(jù)正弦函數(shù)性質(zhì)可知，增加排肥輪數(shù)量與調(diào)整安裝角度可以實(shí)現(xiàn)均勻排肥的目的。

圖3 周期排肥特性曲線Fig.3 Periodic fertilizer discharge characteristic curve

由于每增加一條排肥曲線，對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)齒輪、排肥輪、腔體都成套增加，使系統(tǒng)的可靠性降低，同時(shí)制造成本增加，因此在綜合考量下，采用雙排肥曲線疊加制造排肥器。但單螺旋排肥曲線并非嚴(yán)格的正弦曲線，因此需要對(duì)雙螺旋排肥器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步提高其排肥均勻性。

2.2 弧槽雙螺旋式排肥器理論排肥量

弧槽雙螺旋式排肥器理論排肥量主要由單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)內(nèi)腔體積與排肥輪體積之差所決定，雙螺旋內(nèi)腔截面如圖4所示，其表面積計(jì)算式為

(2)

其中

式中Sshell——?dú)んw周向截面積，mm2

α——1/2重合區(qū)夾角，(°)

a——中心距，mm

圖4 弧槽雙螺旋式排肥器殼體截面圖Fig.4 Sectional view of arc-groove double-spiral fertilizer discharge device shell

將沿螺旋線旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片按照?qǐng)D5所示展開，螺旋葉片下料圓坯尺寸參數(shù)計(jì)算式為

(3)

(4)

(5)

式中L——圓坯大徑弧長(zhǎng)，mm

l——圓坯小徑弧長(zhǎng)，mm

R1——螺旋葉片下料外徑，mm

r1——螺旋葉片下料內(nèi)徑，mm

β——圓坯展開缺角，(°)

圖5 螺旋葉片展開圖Fig.5 Expanded view of spiral blade

排肥輪螺旋葉片截面如圖6所示，其體積可以分為黑色區(qū)域旋轉(zhuǎn)一周體積V1與陰影區(qū)域旋轉(zhuǎn)一周體積V2。計(jì)算式為

(6)

解得

(7)

(8)

(9)

式中Vblade——螺旋葉片旋轉(zhuǎn)一周體積，mm3

x——xy坐標(biāo)系下弧槽曲線橫坐標(biāo)，mm

Rp——弧槽半徑，mm

b——螺旋葉片厚度，mm

圖6 螺旋葉片截面圖Fig.6 Cross section of helical blade

為防止凹槽圓弧出現(xiàn)空隙，導(dǎo)致肥料顆粒殘留，同時(shí)弧槽半徑還需滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，如圖6所示，因此，螺距S、螺旋葉片厚度b、弧槽半徑Rp三者之間滿足

S≤2Rp+b

(10)

螺旋葉片大徑R、小徑r與弧槽半徑Rp三者之間滿足

Rp≤R-r

(11)

弧槽雙螺旋式排肥器理論排肥流量為

Q=(SSshell-Vblade)ntφρ

(12)

式中Q——排肥流量，g/s

t——排肥時(shí)間，s

n——排肥器轉(zhuǎn)速，r/min

ρ——肥料堆積密度，g/cm3

φ——肥料填充系數(shù)，取0.7[18]

2.3 弧槽雙螺旋式排肥器均勻性分析

由于肥料顆粒在排肥器中并非滿充填狀態(tài)[19]，因此螺旋葉片處在不同位置時(shí)有效排肥體積ΔV會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，有效排肥體積ΔV的變化幅度決定了排肥是否均勻。

當(dāng)螺旋葉片大徑R、小徑r、螺旋葉片厚度b、排肥器轉(zhuǎn)速n為定值時(shí)，通過增大排肥器周向截面積Saxial與減小螺旋葉片軸向橫截面積Swheel實(shí)現(xiàn)降低有效排肥體積ΔV的波動(dòng)，排肥器周向截面積Saxial僅與中心距a、螺距S、弧槽半徑Rp有關(guān)(圖7)。

(13)

圖7 排肥器周向截面圖Fig.7 Circumferential section of fertilizer ejector

中心距a應(yīng)保證螺旋葉片相互重合，且不相互碰撞，即中心距a滿足

(14)

計(jì)算得30 mm≤a≤45 mm。

查閱文獻(xiàn)[6,20]可知螺距S優(yōu)化區(qū)間介于(1～1.4)R之間，螺距S過小則需提高排肥器轉(zhuǎn)速n增加排肥量，排肥器轉(zhuǎn)速n增加則會(huì)加劇排肥器磨損，降低排肥器使用壽命，因此螺距S不宜過小，綜合考慮取30 mm≤S≤35 mm。

由式(10)、(11)得：弧槽半徑16.5 mm≤Rp≤17.5 mm，因此，設(shè)定弧槽半徑Rp的試驗(yàn)優(yōu)化區(qū)間為16.5 mm≤Rp≤17.5 mm。

3 弧槽雙螺旋式排肥器排肥性能仿真優(yōu)化

3.1 仿真參數(shù)設(shè)定

為確定弧槽雙螺旋式排肥器的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過仿真試驗(yàn)進(jìn)行弧槽雙螺旋式排肥器的參數(shù)優(yōu)化，仿真試驗(yàn)肥料采用純球體建模，肥料平均半徑1.64 mm、密度1.86 g/cm3，排肥器采用PLA塑料3D打印，查閱文獻(xiàn)[20-22]確定接觸力學(xué)參數(shù)如表1所示。

3.2 仿真試驗(yàn)

利用SolidWorks對(duì)不同參數(shù)的排肥器進(jìn)行建模，并對(duì)不必要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，簡(jiǎn)化后排肥器主要由外殼、肥箱、雙排肥輪、顆粒工廠、集肥槽5部分構(gòu)成，將模型轉(zhuǎn)換成stl文件導(dǎo)入EDEM中，因排肥器每一個(gè)排肥循環(huán)周期，肥料具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為便于參數(shù)設(shè)置及仿真監(jiān)測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)的提取，并與上文的單螺旋排肥器對(duì)比分析，設(shè)置排肥輪轉(zhuǎn)速60 r/min，排肥器移動(dòng)速度0.2 m/s，仿真步長(zhǎng)9.25×10-6s，數(shù)據(jù)記錄間隔0.01 s，弧槽雙螺旋式排肥器EDEM仿真模型如圖8所示。

表1 全局變量參數(shù)設(shè)置Tab.1 Global variable parameters setting

圖8 EDEM仿真圖Fig.8 EDEM simulation1.顆粒工廠 2.肥箱 3.殼體 4.弧槽式排肥輪 5.集肥槽 6.肥料顆粒

3.3 試驗(yàn)因素

由于中心距、弧槽半徑、螺距是影響排肥器工作性能的重要參數(shù)，對(duì)排肥器排肥均勻性起著決定性作用，故試驗(yàn)選取中心距、弧槽半徑和螺距為試驗(yàn)因素，采用三因素三水平Box-Behnken試驗(yàn)方法，試驗(yàn)因素編碼如表2所示。應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

表2 試驗(yàn)因素編碼Tab.2 Test factors and coding mm

3.4 試驗(yàn)指標(biāo)

采用網(wǎng)格法[23]對(duì)排肥均勻性進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖9所示，網(wǎng)格單元間肥料均勻性變異系數(shù)越小，排肥的均勻性越好，根據(jù)單圈排肥時(shí)間與網(wǎng)格總長(zhǎng)度，計(jì)算出排肥器前進(jìn)速度，將網(wǎng)格劃分為10份，統(tǒng)計(jì)各網(wǎng)格內(nèi)的肥料質(zhì)量，改變網(wǎng)格位置，測(cè)量同一轉(zhuǎn)速不同排肥時(shí)間的肥料顆?？傎|(zhì)量，重復(fù)3次，計(jì)算得出均勻性變異系數(shù)。

圖9 網(wǎng)格劃分示意圖Fig.9 Schematic of grid division

施肥精度表示理論施肥量與實(shí)際施肥量之間的差異，施肥精度越高代表排肥器排肥量偏差越小[24]，測(cè)量單個(gè)排肥周期內(nèi)的排肥質(zhì)量與理論值進(jìn)行比較，重復(fù)3次，計(jì)算得到施肥精度。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)方案與結(jié)果如表3所示，表中x1、x2和x3表示因素編碼值。

表3 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.3 Test scheme and results

3.6 試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響

均勻性變異系數(shù)方差分析如表4所示。模型的顯著性檢驗(yàn)中F=62.51，P<0.01，回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果為不顯著(P>0.05)，表明回歸模型在試驗(yàn)范圍擬合程度較好。

表4 方差分析Tab.4 Analysis of variance of uniformity coefficient of variation

(15)

施肥精度模型的方差分析如表4所示。模型的顯著性檢驗(yàn)中F=168.17，P<0.01，回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果為不顯著(P>0.05)，表明回歸模型在試驗(yàn)范圍擬合程度較好。

(16)

通過分析中心距與弧槽半徑對(duì)施肥精度影響的響應(yīng)曲面(圖10)可知，當(dāng)中心距a為低水平時(shí)，施肥精度y2隨著弧槽半徑Rp的增大先增大后微降，當(dāng)中心距a為高水平時(shí)，施肥精度y2隨著弧槽半徑Rp的增大先增大后下降；當(dāng)弧槽半徑為高水平時(shí)，施肥精度y2隨著中心距a增大先增大后略降，當(dāng)弧槽半徑為低水平時(shí)，施肥精度y2隨著中心距a增大先增大后降低。

圖10 弧槽半徑、中心距對(duì)施肥精度影響的響應(yīng)曲面Fig.10 Response surface of arc-groove radius and center distance to fertilization accuracy

中心距大時(shí)，排肥器相當(dāng)于兩個(gè)獨(dú)立的排肥系統(tǒng)，因此螺旋葉片對(duì)肥料攪混作用小，施肥精度高，當(dāng)中心距小時(shí)，交疊的螺旋葉片等價(jià)于螺距縮小一半的螺旋葉片，因此施肥精度高。

3.7 參數(shù)優(yōu)化

中心距越小，排肥器制造成本越低，因此將中心距設(shè)定為35 mm，為了獲得中心距最小時(shí)的排肥器最佳參數(shù)組合，利用Design-Expert 8.0.6多目標(biāo)優(yōu)化方法，得到優(yōu)化方程

(17)

圖11 參數(shù)優(yōu)化分析Fig.11 Parameters optimization analysis

基于上述優(yōu)化方程，得到優(yōu)化區(qū)間如圖11所示。螺距越大、弧槽半徑越大，排肥輪體積越小，制造成本越小，因此選用參數(shù)組合為：中心距a為35 mm、螺距S為35 mm、弧槽半徑Rp為17.5 mm。

4 臺(tái)架試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年7月在黑龍江省東北林業(yè)大學(xué)銀行學(xué)校200試驗(yàn)中心進(jìn)行。本試驗(yàn)采用史丹利復(fù)合肥(平均半徑1.64 mm、密度1.86 g/cm3)，采用中心距a為35 mm、螺距S為35 mm、弧槽半徑Rp為17.5 mm的排肥器進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，排肥器按照60 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，待排肥穩(wěn)定后，啟動(dòng)電機(jī)控制傳送帶按照速度0.2 m/s移動(dòng)，集肥盒長(zhǎng)度為20 mm，排肥器單個(gè)排肥周期采集10份，利用精密電子秤對(duì)肥料進(jìn)行稱量，更換未優(yōu)化弧槽雙螺旋排肥器(排肥輪參數(shù)與單螺旋排肥輪相同)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，均勻性變異系數(shù)與施肥精度采用與仿真試驗(yàn)相同的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)架試驗(yàn)中單個(gè)網(wǎng)格用寬20 mm的集肥盒替代，每組試驗(yàn)重復(fù)5次取平均值，臺(tái)架驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)裝置如圖12所示。

圖12 臺(tái)架驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)裝置Fig.12 Bench verification and comparison test device1.電機(jī)控制器 2.傳送帶控制器 3.驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4.精密電子秤 5.優(yōu)化后弧槽排肥輪 6.未優(yōu)化弧槽排肥輪 7.集肥盒 8.排肥器 9.傳送帶

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)臺(tái)架驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果(表5)計(jì)算可知：仿真試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的均勻性變異系數(shù)、施肥精度相對(duì)誤差分別為5.07%、4.69%，說明仿真優(yōu)化結(jié)果是正確的，造成誤差的主要原因是仿真試驗(yàn)中采用球體肥料顆粒，但臺(tái)架試驗(yàn)中的復(fù)合肥球度小于100%，且肥料中偶有結(jié)塊肥，因此臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)有差異。

表5 臺(tái)架驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Bench verification and comparison test results

根據(jù)臺(tái)架驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果(表5)計(jì)算可知：優(yōu)化后的弧槽雙螺旋式排肥器施肥精度3.35%，施肥精度較高，優(yōu)化后弧槽雙螺旋式排肥器均勻性變異系數(shù)較未優(yōu)化弧槽雙螺旋式排肥器、單螺旋排肥器均勻性變異系數(shù)分別降低7.26、15.48個(gè)百分點(diǎn)，優(yōu)化后的弧槽雙螺旋式排肥器排肥均勻性好，有效解決了單螺旋排肥器排肥不均勻的問題。

4.3 不同轉(zhuǎn)速時(shí)排肥性能臺(tái)架試驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析螺旋排肥器的排肥性能，在轉(zhuǎn)速 30～105 r/min范圍內(nèi)(剔除較低轉(zhuǎn)速情形)，梯度為15 r/min的情況下對(duì)排肥器排肥性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)指標(biāo)與臺(tái)架試驗(yàn)相同，同時(shí)統(tǒng)計(jì)不同轉(zhuǎn)速下的單圈排肥量，每組試驗(yàn)重復(fù)5次取平均值，轉(zhuǎn)速對(duì)排肥性能影響試驗(yàn)如圖13所示。

圖13 排肥性能臺(tái)架試驗(yàn)裝置Fig.13 Bench test device of fertilizer discharge performance1.電機(jī)控制器 2.驅(qū)動(dòng)電機(jī) 3.傳送帶控制器 4.不同轉(zhuǎn)速電機(jī)控制器 5.集肥盒 6.弧槽雙螺旋式排肥器 7.傳送帶

根據(jù)排肥性能臺(tái)架試驗(yàn)(表6)數(shù)據(jù)計(jì)算可知：轉(zhuǎn)速30～105 r/min范圍內(nèi)均勻性變異系數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大而降低，不同轉(zhuǎn)速下均勻性變異系數(shù)小于10%、施肥精度小于5%，滿足NY/T 1003—2006《施肥機(jī)械質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中施肥均勻性與精度的要求，不同轉(zhuǎn)速下單圈排肥量平均值為69.12 g，平均相對(duì)偏差為0.52%，表明不同轉(zhuǎn)速下單圈排肥量穩(wěn)定性較好。

表6 排肥性能臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Bench test results of fertilizer discharge performance

5 結(jié)論

(1)通過單螺旋排肥器臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)其排肥特性加以研究，在分析單螺旋排肥器排肥曲線特性的基礎(chǔ)上，采用雙排肥輪構(gòu)成弧槽雙螺旋式排肥器，并對(duì)弧槽雙螺旋式排肥器的瞬時(shí)排肥特性進(jìn)行了理論分析，得出了影響弧槽雙螺旋式排肥器排肥均勻性的因素分別為螺距S、中心距a、弧槽半徑Rp。

(2)以螺距S、中心距a、弧槽半徑Rp為試驗(yàn)因素，并以均勻性變異系數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，進(jìn)行了三因素三水平Box-Behnken試驗(yàn)。根據(jù)所建立的均勻性變異系數(shù)、施肥精度回歸模型并利用Design-Expert 8.0.6軟件得出試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的變化規(guī)律，螺距對(duì)均勻性變異系數(shù)影響為極顯著(P<0.01)，中心距、弧槽半徑對(duì)均勻性變異系數(shù)影響為顯著(0.01

(3)為驗(yàn)證優(yōu)化分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，以史丹利復(fù)合肥為試驗(yàn)材料進(jìn)行臺(tái)架驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：臺(tái)架試驗(yàn)的均勻性變異系數(shù)、施肥精度與仿真試驗(yàn)的相對(duì)誤差分別為5.07%、4.69%，優(yōu)化后弧槽雙螺旋式排肥器施肥精度為3.35%，施肥精度較高，優(yōu)化后弧槽雙螺旋式排肥器均勻性變異系數(shù)較未優(yōu)化弧槽雙螺旋式排肥器、單螺旋排肥器均勻性變異系數(shù)分別降低7.26、15.48個(gè)百分點(diǎn)，優(yōu)化后的弧槽雙螺旋式排肥器排肥均勻性好，有效解決了單螺旋排肥器排肥不均勻的問題，轉(zhuǎn)速30～105 r/min范圍內(nèi)排肥性能穩(wěn)定，證明排肥器具有實(shí)用性。