水稻气力式排种器分层充种室设计与试验

为改善水稻种子在充种室内的流动性并提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,实现超级杂交稻(1~3)粒/穴精量穴播要求,在水稻气力式精量穴播排种器与种箱间设计了一种分层充种室。以含水率为20.3%(湿基)"培杂泰丰"超级杂交稻种子为对象,采用单因素试验和正交试验的方法,研究了不同吸室负压、吹种正压下,分层充种室对排种器排种性能的影响。试验结果表明,在吸种盘转速为30 r/min、吸室负压为1.6 k Pa、送种正压为0.1 k Pa、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%;与前期开展的水稻气力式精量穴播排种器排种性能试验结果相比较,增设分层充种室后,排种器播种精度提高。该研究表明,减小排种器中水稻种子之间的挤压力和摩擦力,改善种子的流动性,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的性能的重要途径。该文为水稻气力式排种器结构优化与性能提升研究提供了重要参考。     

双腔气力式水稻精量水田直播机设计与试验

杂交水稻分蘖能力强，产量高。为满足杂交水稻水田直播需求，该研究以3～5粒/穴为播种目标，设计了一种双腔气力式水稻精量直播机。介绍了双腔气力式水稻精量直播机主要工作部件结构，并对负压风力系统进行选型与设计。以杂交稻甬优4949为试验对象，以吸种负压与直播机前进速度为影响因素进行了田间试验。试验结果表明：当吸种负压为3.2 kPa、直播机前进速度为0.2～0.4 m/s时，10行排种器平均播种合格率（3～5粒/穴率）为91.04%，0～2粒/穴率为2.23%，大于5粒/穴率为6.73%，各排种器之间的播种合格率变异系数为1.24%，满足杂交稻田间播种作业要求，为水田精量直播提供了参考依据。     

气力滚筒式水稻直播精量排种器的设计与试验

为适应杂交水稻精量穴直播的种植要求,采用窝眼充种、多吸孔吸种、气吹清种、护种带护种及气力清堵等方式,设计了一种气力滚筒式水稻穴直播精量排种器。以黄华占破胸芽种为播种对象,采用四因数三水平正交试验设计方法,研究了窝眼形状、滚筒转速、吸室真空度和清种气流强度对排种器排种性能的影响,并进行了窝眼形状对杂交稻品种的播种适应性试验。试验结果表明:影响排种器性能的主次因素依次为窝眼形状、滚筒转速、清种气流强度和吸室真空度,且在窝眼形状为圆锥形、滚筒转速为10 r/min、清种气流强度为17.03 m/s、吸室真空度为4 k Pa时,排种器的合格率((3±1)粒/穴)为85.47%,漏播率(小于2粒/穴)为3.6%,空穴率为0.4%,重播率(大于4粒/穴)为10.93%,平均穴距为199.37 mm(理论穴距为200 mm),穴距变异系数为6.10%,种子破损率为1.08%,满足杂交水稻精量穴直播的种植要求。采用相同的窝眼形状和运行参数,试播外形几何尺寸有一定差异的冈优364、汕优63和丰源优272 3个杂交品种的破胸芽种,合格率均达到或超过85.07%,漏播率均不大于4%,空穴率均不大于0.67%,试验结果表明圆锥形窝眼对不同杂交稻品种具有一定的播种适应性。该研究为窝眼式水稻穴直播精量排种器的设计提供了理论参考依据。     

双腔侧充种式水稻精量穴播排种器的设计与试验

为实现杂交稻和常规稻大田精量穴播,该文设计了一种具有弧形毛刷清种护种装置的双腔侧充式水稻精量穴播排种器,其单腔播种时用于播种杂交稻,双腔播种时用于播种常规稻。为评价该排种器排种性能,以合格率、漏播率、重播率、破损率为评价指标,以杂交稻"培杂泰丰"和常规稻"黄华占"为试验对象,以排种轴转速为影响因素,进行了排种性能台架试验。试结果表明:当排种轴转速为25 r/min,穴距150 mm,投种高度为150 mm,排种盘型孔中心线与排种盘端面间夹角为20°,且过端面上型孔截面长轴方向与排种盘面径向夹角为90°时,排种器单腔播种含水率为21.66%的杂交稻"培杂泰丰"破胸露白芽种合格率(2~4粒/穴)为87.04%,空穴率(0粒/穴)为3.33%,破损率为0.40%;双腔播种含水率为22.47%的常规稻"黄华占"破胸露白芽种合格率(5~8粒/穴)为70.26%,无空穴,破损率为0.06%。该排种器具有双腔结构,可同时或分腔进行播种,能同时满足杂交稻和常规稻播种要求。该研究为排种器的结构设计提供了参考。     

开沟起垄式水稻精量穴直播机的研制

根据水稻种植农艺要求,研制了一种开沟起垄式水稻精量穴直播机,可同步进行开沟、起垄和播种。采用穴播方式将破胸露白的稻种播在垄上的播种沟中。采用瓢形型孔轮和两个充种室设计方案,可实现播量可调和精量穴直播。采用弹性随动护种带代替传统的固定式护种板,减少了稻种的破损率和对排种轮的磨损。采用乘坐式高速插秧机底盘,四轮驱动,在水田中的通过性能好。由于行距可选、穴距可调、播量可控,可适应不同茬口、不同品种和不同地区的水稻种植要求。在全国10省(区)的生产试验结果表明,采用精量穴直播方式,可比人工撒播增产10%以上,比人工抛秧增产8%以上,比人工插秧增产5%以上。     

水稻气力式排种器群布吸孔吸种盘吸种精度试验

为实现杂交水稻(3～4)粒/穴精量直播要求,设计了一种用于水稻气力式精量穴播排种器的具有群布吸孔的吸种盘。以培杂泰丰种子为对象,采用4×24正交试验设计的方法,对吸室真空度、吸孔直径与清种对吸种盘吸附精度的影响进行了试验研究。结果表明,真空度、孔径、清种对吸种精度有影响。3因素对平均穴播种量的影响顺序为孔径>清种>真空度;对≤2粒/穴率的影响顺序为真空度>孔径>清种;对(3～4)粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度,对≥5粒/穴率的影响顺序为孔径>清种>真空度。在真空度3.2kPa、孔径1.5mm和采用清种装置的最佳参数条件下,≤2粒/穴率为8.27%,(3～4)粒/穴率为81.87%,≥5粒/穴率为9.86%。试验结果显示群布吸孔吸种盘吸附精确性较高,可应用于水稻精量穴播。     

导向充填式水稻精量穴播排种器孔-槽组合型孔设计与试验

针对水稻轻简型机械式排种器因稻种无序充填型孔,导致种群精量分离效果不佳,播量精确调节困难等问题,该研究基于稻种在齿盘疏导下的分布姿态规律,设计了一种具有导向充填效果的孔-槽组合型孔。构建了衡量型孔充种区域稻种分布姿态的评价方法,明确了该区域稻种姿态随时间的变化规律,分别确定了适宜于常规稻和杂交稻排种的大、小组合型孔的结构参数。以常规稻黄华占与杂交稻丰两优3948稻种为排种对象,以大、小进种孔宽度和振动频率为试验因素,依次开展了单因素、二因素全因子和品种适应性试验。单因素试验表明,当大进种孔宽度为6.8～7.6 mm、小进种孔宽度为4.6～5.2 mm时,排种器排种常规稻和杂交稻的合格率均大于85%;低频振动是影响排种器排种性能的主要振动工况。全因子试验表明,当大进种孔宽度为7 mm、小进种孔宽度为5 mm时,排种器的合格率基本不低于90%,并能适应不同的振动工况;品种适应性试验表明,在适宜的进种孔有效长度下,不同尺寸稻种的排种合格率不低于88.80%、漏播率不高于3.60%、破损率不高于0.16%。田间播种试验表明,大组合型孔播种黄华占时,各行合格率不低于89.33%、漏播率不高于1.60%、重播率不高于9.60%、穴径平均值44.64～54.83 mm、穴距平均值133.21～144.67 mm;小组合型孔播种丰两优3948时,合格率不低于85.73%、重播率不高于8.27%、漏播率不高于6.53%、空穴率不高于1.73%,穴径平均值39.88～45.59 mm、穴距平均值200.79～205.56 mm,均满足常规稻和杂交稻大田精量旱穴直播的种植要求。本文通过组合型孔不同大小进种孔的切换及进种孔有效长度的调整兼用于不同水稻品种不同穴播量的低损精量排种,为水稻可调播量排种器设计提供理论参考依据。     

水稻精量穴直播排种轮的设计与试验

该文研制了一种新型水稻精量穴直播排种轮，用4种不同类型的稻种对5种不同型孔的排种轮进行了排种试验，结果表明：瓢形型孔充种性能优于其他型孔形式，粒数为2～6粒种子的穴数在90％以上，漏播率小于5%，穴距、穴径符合农艺要求，实现了精量播种。伤种率对比试验表明，瓢形型孔的排种轮对水稻发芽率无显著影响。该文还进行了不同的瓢形型孔个数的排种对比试验，确定了适合该排种轮的型孔个数。研究工作为水稻精量穴直播排种轮的设计提供了依据。     

气力式包衣杂交稻单粒排种器研制

为满足杂交稻单粒播种的作业需求,该研究结合包衣稻种设计了一种单粒气力式排种器,分析了吸种姿态对吸种精度的影响,利用稻种导流原理,设计了一种导流式吸种盘,对稻种在该吸种盘导流作用下的运动过程进行了分析,建立了吸附过程中稻种与吸种盘之间的运动模型。采用包衣稻种(杂交稻五优1179)为试验材料,采用三因素三水平全因素试验方法,在不同吸种盘转速、吸室负压和吸种盘结构情况进行试验分析。试验结果表明:在转速30 r/min、吸室负压1 400 Pa时,有导流槽和辅助吸种装置的吸种盘吸种效果最佳,单粒吸种率最高为81.58%,漏吸率为2.89%。试验结果验证了该吸种盘可有效提高单粒吸种率,满足杂交稻单粒播种的作业需求,为杂交稻单粒播种提供了一定理论基础。     

水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

为解决人工撒播与机械条播表土播种方式存在的苗难齐、产量不稳等问题,根据"精量穴播"、"开沟起垄"的技术思路,对水稻精量穴直播机同步开沟起垄装置的关键部件播种沟开沟器和蓄水沟开沟器进行了研究。根据同步开沟起垄的农艺要求确定适宜直播机水田作业的土壤(壤土和黏土)含水率为50%~58%,并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm(上宽×下宽×高度)。对不同开沟方式对水稻出苗、水稻产量及其构成因素的影响进行了对比试验,试验设3个处理:开水沟+开播种沟+机械穴播(W1)、开播种沟+机械穴播(W2)、不开沟+机械穴播(W3),选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为试验材料。研究结果表明,与"不开沟+穴播"播种方式相比,开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长,还可提高水稻出苗率(培杂泰丰提高了13.4%~17.8%,玉香油占提高了12.3%~16.0%);结实率与产量极显著相关,有效穗数与产量亦具有显著相关性。综合考虑3者的变化程度及趋势,"播种沟+水沟+穴播"播种方式总体优势明显,较不开沟播种方式,在水稻产量方面最高可提高8.10%,且始终保持相对最高产量的效果。开沟装置的设计以及大田试验的验证对水稻机械化穴直播技术的推广应用有重要的指导意义。     

超级稻精量条播与撒播育秧对秧苗素质及机插效果的影响

根据杂交稻的种植技术要求,降低播种量,培育壮秧,实现少本稀植,是发挥杂交稻机插秧增产潜力的关键。该文以超级杂交稻两优培九为材料,比较精量条播和撒播育秧的机插秧秧苗素质及机插效果。结果表明：与撒播相比,条播种子分布比较均匀,秧苗成毯效果好,且秧苗素质好。条播育秧能降低机插的漏秧率和伤秧率,并提高插秧的整齐度,每丛1～2株的比例提高。研究表明在稀播种量条件下,通过条播和调整秧爪取秧规格可有效降低漏秧率,提高机插效果。     

水稻精量穴直播机播量监测系统研制

播种量是水稻精量穴直播机的关键技术参数。为了实时监测水稻精量穴直播机的播种量,提高播种作业性能,该文以环形布置安装于排种管的面源式光电传感器为主要监测元件,设计了水稻精量穴直播机播量监测系统。根据型孔式排种器结构与工作原理,确定了面源式光电传感器和旋转编码器的安装方式。采用高速摄像技术建立了水稻种子流通过监测区时种子数量与脉冲宽度之间的数学模型;通过时间分割节点得到穴粒数监测时间窗口,根据监测时间窗口内的脉冲宽度信息得到每穴播种粒数。选用南粳46和象牙香占2种具有代表性的水稻品种,对水稻精量穴直播机播量监测系统进行试验,将人工统计数据与监测系统统计数据进行对比分析,台架试验结果表明:对于南粳46(短粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过7.99%,穴数监测误差不超过6.07%;对于象牙香占(长粒型品种),平均穴粒数监测误差不超过24.07%,穴数监测误差不超过5.66%。该系统基本满足不同工作转速下不同粒型的水稻播种量实时监测要求,可为后期实现水稻精量穴直播机大田作业参数监测提供了参考。     

水稻气力式播量可调排种器设计与参数优化

为了满足杂交水稻播种量不同的要求,该文设计了一种水稻播量可调气力式排种器,对其工作原理进行了分析,对关键部件进行了参数设计,该排种器采用多个相互独立的负压流道对吸种精度进行控制。利用ANSYS-FLUENT有限元流体分析软件对负压流道结构的吸孔负压影响规律进行了分析,优选了最佳流道结构。选取超级杂交稻Y-2优900为试验材料,进行了不同播种量下吸室负压、排种盘转速与排种盘吸孔组数对播种精度的影响试验研究,试验结果表明:当吸孔组数为12、吸种负压为1.6k Pa和排种盘转速为20r/min时,1孔播种达到最佳效果,合格率为82.41%;当吸孔组数为12、吸种负压为1.6k Pa和排种盘转速为40r/min时,2孔播种达到最佳效果,合格率为96.36%;当吸孔组数为12、吸种负压为1.6k Pa和排种盘转速为20r/min时,3孔播种达到最佳效果,合格率为92.79%;当吸孔组数为16、吸种负压为1.2k Pa和排种盘转速为20r/min时,4孔播种达到最佳效果,合格率为91.93%;当吸孔组数为12、吸种负压为1.6 kPa和排种盘转速为30 r/min时,5孔播种达到最佳效果,合格率为87.88%。说明水稻气力式播量可调排种器可满足杂交稻在采用直播式时不同播量的要求,相比于原有的排种器更佳适应水稻的多样性。该研究可为水稻机械化穴直播技术提供了参考。     

水稻直播用精播绳制造设备研制

水稻直播栽培技术具有省工、节本、增效等优点,但现有的直播机无法适应精确定量栽培的农艺要求。为此,设计了一种水稻直播用精播绳制造机械设备,该设备主要由送纸机构、排种机构、加捻机构和种绳卷绕成形机构等部分组成。其在工厂内将稻种按照设定的穴距和每穴粒数卷在4～7 cm宽的纸带内,并捻制成种绳,而后再将种绳卷绕成圆柱状供大田播放。大田作业时,通过将精播绳铺放在平整后的田块中,实现水稻的有序栽培。试验结果表明,研制的机械设备工作性能稳定,生产的种绳穴距变异系数不超过3.15%,每穴粒数变异系数不超过13.42%,种绳直播的水稻产量达10 290 kg/hm2,与当地的机插或人工手插相比无显著差异,但明显高于中国目前水稻平均单产。     

基于机器视觉的水稻秧盘育秧智能补种装置设计与试验

对于工厂化育秧作业的水稻、蔬菜、花卉等,尤其是超级杂交稻,其机械化秧盘育秧播种的理想目标为2~3粒/穴,且普遍存在空穴和单粒穴的情况,为了保证秧盘育秧成秧率,提高精密播种合格率就显得非常重要。该文基于机器视觉技术,提出了一种智能补种方法,设计并研制了智能补种装置,主要用于超级杂交稻钵体秧盘育秧播种质量检测与补种过程。首先利用CCD摄像头采集秧盘图像,对图像处理与分析后得到空穴和1粒穴位置坐标,再利用定位机构和补种机构实现从种槽取种和对秧盘指定位置动态补种等功能。应用LabVIEW图形化编程软件,针对空穴和单粒穴的补种方案,开发出秧盘播种质量在线检测与补种运动控制系统,实现了智能补种任务。由试验结果统计可知,当补种率小于2%时,双补种器能够满足450盘/h的生产需求。     

水稻气力式排种器投种轨迹试验与分析

为研究水稻气力式排种器的稻种在送种正压作用下脱离排种盘后的轨迹以及投种成穴性,该文采用高速摄影技术分析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。试验结果表明:正面投种轨迹随排种盘转速的提高其水平位移增大,但整体偏移均小于5mm。当送种正压为0.1kPa时,其落种轨迹的稳定性较好,投种正面水平位移基本稳定在45~65mm,当送种正压为0.2kPa时,投种轨迹分布不均,稳定性较差;侧面投种轨迹受排种盘转速影响较小,增大送种正压会增大稻种侧面的水平位移,当送种正压为0.1kPa时,其投种侧面水平位移稳定分布在0~15mm,当送种正压为0.2kPa时,投种轨迹分布波动较大;穴径随转速与送种正压的提升,其大于50mm的概率也增多,排种盘转速为30r/min、送种正压为0.1kPa时,成穴性最好,其合格率为96.9%。投种高度控制在离地面10cm左右为最佳。该文从理论的角度分析了投种轨迹,得到了成穴性最优的条件,为水稻气力式排种器最优成穴条件与排种管的设计提供参考。     

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm~2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm~3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。