水稻精量穴播气力式排种器的优化设计与试验研究

摘要

水稻是我国的主要粮食作物之一，是我国水稻机械化的发展方向之一。
　　目前我国水稻种植面积50％以上为杂交稻，超级杂交稻是杂交稻的一种，其分蘖能力较一般杂交稻更强，每穴播1～3粒稻种即可满足要求，相比于机械式排种器，气力式排种器具有播量精确、伤种率小、对种子形状要求不高等特点，更适合超级杂交稻的直播。
　　本文针对超级杂交稻大田精量穴播的实际生产需求，对华南农业大学研制的水稻气力式排种器进行了改进与优化，采用理论与试验相结合的方法，以排种器的排种精度为性能评价指标，对核心工作部件—水稻气力式排种器进行了研究。主要研究内容包括：
　　（1）提出了一种改善水稻种子在充种室内流动性的方法。在水稻气力式精量穴播排种器与种箱间设计了一种充种分层室，选取“培杂泰丰”超级杂交稻为试验对象，采用单因素试验与正交试验的方法，研究了充种分层室对水稻气力式排种器排种精度的影响。结果表明：在吸种盘转速为30r/min、吸室负压为1.6kPa、送种正压为0.1kPa、采用分层充种室的条件下，该排种器排出1～3粒/穴种子的概率为95.4%，空穴率为1.53%，大于4粒/穴的概率为3.07%，其中排出1粒/穴种子的概率为17.32%，2粒/穴种子的概率为58.72%，3粒/穴种子的概率为19.36%。研究表明，采用分层充种室结构减小了排种器中水稻种子之间的挤压力和摩擦力，改善了种子的流动性，从而使吸种盘上吸孔对种子的吸附能力增强，是提高水稻气力式精量穴播排种器性能的重要途径。
　　（2）采用高速摄影技术观察研究了水稻气力式排种器的携种区，发现了一种影响排种精度与投种成穴性的“飞种”现象。为了解决这一现象对排种精度的影响，提出了一种挡种装置。从理论的角度分析了“飞种”现象产生的原因，并建立了“飞种”现象的力学模型。根据力学模型与稻种的实际尺寸，确定了挡种装置的尺寸参数。选取“培杂泰丰”超级杂交稻为试验对象，采用对比试验的方法验证了安装挡种装置前后“飞种”现象发生的概率。采用多因素试验的方法，研究了安装挡种装置后不同吸室负压下和不同排种盘转速对排种器吸种精度的影响。结果表明，安装挡种装置后，“飞种”出现范围减小，“飞种”出现的数量减少，排种器排种精度与成穴性能提高。转速在25～40r/min，吸室负压1.6kPa时，1～3粒/穴概率在93%～97%之间变化。试验结果显示安装挡种装置后能控制“飞种”的跌落范围，并使部分“飞种”落回充种室内，从而提高了排种器的排种精度。
　　（3）采用高速摄影技术分析了水稻气力式排种器投种轨迹，研究了投种轨迹的变化规律及其影响因素，并对投种后的穴径进行了测量，通过实际投种轨迹的均值优化理论方程，得到了不同条件下的优化方程。以“培杂泰丰”超级杂交稻种子为研究对象，采用多因素试验方法，分析了不同转速、不同送种正压下，稻种投影面正面与侧面轨迹与投种穴径的变化。以此为依据提出了水稻气力式排种器排种管的结构设计参数，为水稻气力式排种器最优成穴条件与排种管的设计提供了参考。
　　（4）采用优化后的水稻气力式排种器，设计了一种水稻气力式直播机，并对气压管路进行了设计，以“培杂泰丰”超级杂交稻种子为研究对象，进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为2000Pa时，无论采用高中低速前进，1~3粒的合格率都可以稳定在95%左右，空穴率均小于2%。利用超级杂交稻五丰优进行了田间验证试验，结果表明该直播机对形态参数相近的稻种均有较好的播种效果。通过实验室内的发芽率与田间的出苗率对比，分析了水稻气力式直播机的田间出苗情况，进一步验证了水稻气力式直播机应用的可行性，为水稻气力式直播机的研究与应用提供了依据。

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1 前言

1. 1 研究背景及意义

1. 2水稻机械化直播现状与国内外气力式排种器现状

1. 3研究目的

1. 4研究内容

1. 5技术路线

1. 6本章小结

2水稻气力式排种器分层充种室的改进与试验

2. 1水稻气力式排种器充种室结构及工作原理

2. 2分层充种室的结构设计

2. 3分层充种室的工作原理

2. 4分层充种室的试验研究

2. 5本章小结

3水稻气力式排种器挡种装置的设计与试验

3. 1高速摄影仪器对携种区的拍摄与分析

3. 2“飞种”现象的产生与分析

3. 3挡种装置的设计

3. 4挡种装置的试验研究

3. 5本章小结

4水稻气力式排种器投种轨迹的试验与研究

4. 1水稻气力式排种器投种分析

4. 2基于高速摄影技术对投种轨迹的试验研究

4. 3投种轨迹方程的优化

4. 4排种管设计

4. 5本章小结

5水稻气力式穴播机的设计与试验

5. 1水稻气力式穴播机的总体结构及工作原理

5. 2气源配套选型

5. 3气流管路的结构设计与试验

5. 4水稻气力式穴播机田间试验研究

5. 5本章小结

6总结与展望

6. 1总结

6. 2展望

致谢

参考文献

附录A 部分高速摄影图片

附录B 攻读硕士学位期间科研活动和发表论文