基于单轴对称特性的超级稻种子定向问题研究

摘要

随着超级稻种植面积的扩大，其机械化育秧技术日益迫切。超级稻与普通水稻在种植要求上有较大差别。普通水稻的播种精度为每取秧面积上3～5颗种子，超级稻相对于普通稻种具有超强的分蘖能力，每取秧面积上只需2±1颗种子，对播种装置提出来了更高的播量精度和位置精度要求。超级稻播种的理想状况是稻种在秧盘上呈单粒均匀分布，且空格率低，最终秧苗在秧盘上呈单株均匀分布，并且盘根成片，符合机插要求。本文设计了一种结构可调的曲柄滑块式振动排种器，通过选取合适的排种器结构参数，对播种过程中的超级稻稻种加以适当的约束达到稻种定向运动稳定状态，实现定向排序。本文主要的研究内容和结果如下:
　　 1)研究了国内外精密播种机的发展现状，发现现有的播种机主要适用于普通稻育秧，针对超级稻播种的农艺要求，本文提出了定向有序的播种方法。
　　 2)通过研究稻种的物理特性，发现稻种茸毛生长具有方向性，设计了一种带导向板的曲柄滑块振动排种器，利用稻种沿其长轴两个方向运动与导向板间的摩擦系数不同的特点，在振动激励的作用下，分析运动过程中稻种运动姿态，实现稻种的定向排列。
　　 3)对稻种在振动板上的运动进行受力分析，建立了稻种绕其质心运动的欧拉动力方程，应用Simulink分析了欧拉动力学方程中稻种姿态角α、β、γ的稳定性，提出了通过控制y稳定性实现稻种定向排序的方法，并分析了各结构参数对姿态角γ稳定性的影响。
　　 4)利用ADAMS的二次开发功能，实现排种器虚拟样机的参数化建模，通过仿真对比分析不同姿态的两颗稻种的运动结果，证实了定向排序方案的可行性，并分析了排种器结构参数对稻种姿态角），稳定性及稻种相对于振动板移动速度的影响。
　　 5)根据ADAMS仿真分析结果和初步试验确定的排种器各参数取值范围，以稻种定向排序成功率作为试验指标，进行五因素三水平的正交试验，对试验结果进行极差分析，得到各参数对稻种定向排序影响的重要性次序及定向排序的最佳因素、水平组合为:θ=10°，(φ)=20°，R=2mm，ω=21π，μ2=1.36，(μ2')=1.07，在该组参数下进行了验证试验，定向排序率达到87％的同时稻种间具有较好的连续性，并用录像机记录下了一组稻种实现定向排序的过程。
　　 6)总结全文，并对研究内容提出进一步的展望。