水稻直播机播种监测器研究

针对水稻机直播时播种量超限不易察觉的难题，研制了播种监测器。监测器可用键盘进行播种量及播种误差设置，以红外光敏对管作为监视传感器，采用AT89C51单片机对信号进行采集、处理，用显示器实时显示播种量。当播种量超出预设值的范围时，声光报警装置自动报警。监测器具有如下特点：1)监测精度较高，工作可靠；2)可同时监测多播行的播种量，具有可扩展性；3)结构简单，操作方便；4)成本低；5)适用范围广。试验结果表明，各项性能指标均达到了设计要求，实现了水稻直播机播种量的自动监测，为水稻精量直播、增产增收创造了条件。     

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。     

水稻精量穴直播机仿形与滑板机构的优化设计与试验

基于农机与农艺相结合,该文主要对水稻精量穴直播机仿形与滑板机构进行了优化设计。水稻精量穴直播机采用乘坐式高速插秧机头为动力底盘,包括机架、开沟起垄装置、水平仿形装置、高程仿形装置、动力传动装置、播种装置和液压提升架。结合同步开沟起垄、播量和穴距可调、仿形作业、压茬(草)播种的农艺要求并针对实际大田生产试验中发现原水稻精量穴直播机存在的问题,如压茬效果较差、仿形系统不完善等,该文主要对高程仿形系统、水平仿形机构以及滑板角度等进行了优化设计,并对穴直播机的性能与可靠性进行了试验验证,结果表明:优化后水稻精量穴直播机的纯作业效率为0.67 hm~2/h,穴距合格率达100%,变异系数为2.5%,穴粒数合格率为95%,空穴率为0,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排量稳定性变异系数为1.5%,播种后田面左右高差小于3 cm;平均首次故障前作业量(MTTFF)为30.4 hm~2/m,有效度为98.2%,各项性能指标和可靠性指标均达到了相关国家标准,具有广阔的应用前景。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统设计与试验（英文）

针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统。采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底。田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求。该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考。     

气力式水稻穴播机播种精度与田间成苗率关系的试验研究

气力式水稻精量穴直播技术是一种播种精度高、伤种率低的播种技术。为进一步研究气力式水稻穴播机播超级杂交稻品种时田间成苗率与播种精度的关系,该文选取3种超级杂交稻"Y-2优"、"超优1000"、"五丰优615"为研究对象,进行了实验室内发芽率试验与田间播种精度试验,建立了稻种发芽率与播种精度对田间成苗率的关系公式,采用10行气力式水稻精量穴播机进行田间试验。3种超级杂交稻的室内发芽率分别为94%、91%、92%;播种合格率(1~3粒/穴率)分别为94.98%、95.07%、95.21%,空穴率分别为1.78%、2.03%、1.95%,利用本文建立的关系公式计算出理论成苗率为96.85%、95.79%、96.07%,田间实际成苗率分别为94.22%、93.94%、93.76%(均低于理论计算成苗率结果)。分析了影响田间成苗率的主要因素,为提高田间成苗率,一是应进一步提高播种精度,减小空穴率与1粒/穴率,提高2粒/穴率,二是进一步提高稻种发芽率。该文的研究结果可为气力式排种技术在超级杂交稻精量直播中的应用提供参考。     

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。     

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。     

同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机设计与试验

根据水稻旱直播同步施肥播种的农艺要求,研制了一种同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机,可同步完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业。该机器在2BDH-8型水稻精量旱穴直播机上增加施肥装置改装而成,根据水稻旱穴直播施肥农艺要求设计了排肥动力传动系统、排肥系统和施肥开沟器,排种、排肥动力均来自于拖拉机;采用锐角式施肥沟开沟器,在距种沟水平距离100～120mm处开出宽50mm、深50～70mm的施肥沟;采用外槽轮式排肥器将肥料排入施肥沟底,施肥后由播种机拖板刮土覆盖施肥沟。生产试验结果表明,机械定位深施肥的节肥增产效果明显,同等施肥量条件下,机械施肥播种处理与人工施肥播种处理相比,水稻分蘖能力平均增加6.9穗/蔸,增幅25.2%;相对叶绿素含量(SPAD值)平均增加8.9,增幅29.8%;氮素利用效率绝对值提高13.78%,增幅22.3%;氮素偏生产力每千克氮提高20.54kg,增幅46.3%;产量增加1411.5kg/hm2,增幅29.5%。同步开沟起垄施肥水稻精量旱直播机能同时完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业,且与人工施肥播种相比增产显著,研究结果可为指导水稻旱直播定位深施肥节氮栽培提供理论依据。     

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。     

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。     

勺夹式花生小区单粒精量播种单体设计与试验

针对花生小区播种机播种尺寸差异较大种子时存在适应性差、单粒精播粒距合格率低等问题,该研究设计了一种基于STM32单片机控制的勺夹式花生小区单粒精量播种单体。采用先充种后投种的模式,利用夹持空间可调节的勺夹式排种器向双格盘播种总成内单粒排种,由STM32单片机控制光电传感器、增量式编码器以及步进电机等元件,实现有序充种和投种。根据播种时花生种子的运动轨迹,确定影响机具作业性能的主要参数为机具作业速度和投种口离地高度。以提高单粒精播粒距合格率,降低播种漏播率、重播率、破损率为目标,对机具作业参数进行单因素与双因素数值模拟分析,探究了机具作业速度、投种口离地高度以及二者交互作用对播种性能的影响。试验结果表明,机具作业速度0.9 m/s、投种口离地高度15 cm时的播种效果最佳：粒距合格率为96.20%、重播率为2.97%、破损率为0.50%、漏播率为0.33%,整机通过性和适用性良好,能够满足小区育种试验要求。该研究可为花生小区精量播种技术研发提供参考。     

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。     

组合型孔排种器双充种室结构对充种性能的影响

为研究组合型孔排种器的双充种室结构对充种性能的影响,该文对组合型孔排种器的充种起始角和限种机构参数进行了理论计算和试验验证。理论计算和以充种起始角为单因素变量的试验结果表明,组合型孔排种器在-40°左右的位置开始充种。以型孔大小、充种起始角度和排种器工作转速为变量的多因素试验结果表明,最佳充种起始角为-20°;与-10°和0相比,充种起始角为-20°的平均穴粒数受排种器工作转速影响的变化更小,变异系数也更小。限种机构距离排种轮中心40 mm时最佳,解决了毛刷甩种的情况;以型孔大小、水稻品种、限种板调节位置和排种器工作转速为变量的多因素试验结果表明,限种调节板与型孔轮的距离在0~22 mm范围内可调,对大、小型孔以及不同类型的稻种都能实现对播种量的微调节。     

油菜精量排种器变量补种系统设计与试验

针对油菜精量排种器的漏播问题,该文设计了油菜精量排种器变量补种系统。该补种系统由漏播检测装置、排种盘测速装置、变量补种装置及补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测装置采用压电原理感应排种种子流序列,并利用MSP430单片机时间捕获中断功能实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率并确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等参数,并根据变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至变量补种装置及补种监测显示装置。变量补种装置由螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、PWM(pulse-width modulation)电机驱动系统、无线模块和电源组成,接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种参数,便于对变量补种系统调试及监测系统运行状态。变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种装置补种量与排种器当量漏播量比值稳定在1.2~1.4,补种后无漏播存在。该变量补种系统可为油菜等小粒径种子漏播补种技术与装置提供有效支撑。     

油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验

针对油菜精量播种过程中缺乏小粒径种子流传感而导致播量监测困难的问题,设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,记录并分析油菜种子与聚偏氟乙烯压电薄膜的碰撞轨迹,为传感装置的导管、压电薄膜倾角、出种口位置等关键结构参数提供依据。基于油菜种子与压电薄膜的碰撞信号特征分析,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,将碰撞信号的衰减时间从9缩短至1 ms,提高了对高频种子流检测的时间分辨率,同时能够有效抵抗机械振动带来的干扰影响。对微弱碰撞信号进行放大、半波整流、电压比较、单稳态触发转化为单脉冲信号,通过单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用无线收发模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。油菜精量排种器台架及数粒仪高频排种试验表明:在排种频率8.1~32.9 Hz范围内,检测准确率不低于99.5%。田间播种试验表明传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,在无排种时计数为零,正常播种状态时检测准确率不低于99.1%,机械振动及粉尘对传感装置没有影响。该传感装置为油菜精量播种过程播量监测、漏播检测以及补种提供有效支撑。     

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。     

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。