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。

气力式排种器因具有排种精度高、对种子损伤少等优点而被广泛应用。在实际排种作业中，种子处于气固两相环境中，运动情况较为复杂，离散元（discrete element method，DEM）与计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）耦合法能够有效分析排种器中流场的变化以及种子运动的受力情况，为排种器的结构设计及参数优化提供依据[1-3]。为提高玉米的产量及质量，常常对玉米种子进行包衣处理。种子包衣是将杀虫剂、微生物肥料、着色剂等非种子材料包裹在种子表面，以提高种子抗逆性、抗病性，对农业机械化、现代化及农业可持续发展有着重要作用。研究人员基于离散元法对包衣种子已做了大量研究：闫聪杰[4]设计一种大豆包衣装置，并基于离散元法对其包衣过程进行分析；曲芳[5]针对现有大豆种子包衣搅拌装置包衣不均、破碎率高的问题，基于离散元法设计一种搅拌叶片并优化设计；胡建平等[6]以番茄磁粉包衣种子为对象，基于离散元法研究了种箱振动频率、振幅对种群运动规律及种箱供种性能的影响。

主效应、Pareto结果如图6所示，可清晰观察各个因素对响应的影响趋势；ANOVA结果如表4所示，可知对玉米包衣种子堆积角影响极其显著的参数为：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度、切向刚度。其余参数结合已有研究进展[29?30]取值（玉米种子-玉米种子恢复系数0.18、玉米种子-玉米种子滚动摩擦系数0.05、法向应力1.1×107 N·m-3、切向应力4.1×106 N·m-3、黏结半径0.7 mm）进行最陡爬坡以及响应面试验设计。