李飞翔, 王鹏, 王云飞, 葛越锋, 唐凯怿, 李得志

中国农业科技导报 2022, 24 (7): 97-107. DOI:10.13304/j.nykjdb.2021.0402

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为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。

依据已有对堆积角的研究[14-18]，以漏斗法对玉米包衣种子的堆积角进行测定，如图2所示，测定5次取其平均值，测得郑单958玉米包衣种子的堆积角为29.56o±0.27o。由于标定参数为颗粒间接触，为消除颗粒与部件的影响，采用亚克力材质加工落料底盘，底盘直径（ L）为150 mm，底盘凹面深度为30 mm。待底盘落满种子后，继续落种；待玉米包衣种子溢出底盘后，观察落料中颗粒堆积高度的变化；待堆积高度无显著性变化时，用钢尺测定包衣种子的堆积高度（ h），由式（9）计算玉米种子堆积角。