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。     

气吹集排式水稻旱直播机关键部件设计与试验

针对中国水稻直播品种不一、高速作业和大播量的要求,该文设计了一种气吹集排式水稻旱地精量直播机,直播机主要由均匀分种装置、定量排种装置、气力输送装置、同步传动装置、大尺寸集成种箱、开沟覆土镇压装置和支撑悬挂装置组成。从直播机的稻种适应性、作业速度、播量调节等方面研究了气吹集排式分种器的分种机理和分种均匀性。根据不同品种水稻种子的物理特性和气流输送原理,分析了不同种子在持续气流作用下,种子在分种器中的运动轨迹。按照大播量可调要求,设计了播量无级可调槽轮式排种器,槽轮槽形为圆弧状,通过双地轮驱动排种器保证播量同步。设计变速传动装置增加定量排种装置高速作业的适应性,气力输送装置使定量排种装置排出的种子在高速作业下连续排入播种沟。分种器的均匀稳定分种提高了直播机播种的均匀性和稳定性,通过减少排种器数量和使用气力输送种子,降低了伤种率。对比不同籼、粳稻品种在直播过程的运动规律和田间播种效果,得到了适应不同稻种的分种器结构及相关参数。试制了气吹集排式直播机并进行田间试验。田间试验结果表明,气吹集排式直播机的播量在75～375 kg/hm2可调,最高作业速度为14 km/h,10行幅宽2 m和20行幅宽4 m的每行播种量变异系数分别为4.89%和5.06%,田间播种的稻种破损率为0.46%。2017年,在宁夏播种富源4号品种的产量为10 372.5 kg/hm2,在广东播种粤农丝苗品种的产量为7 074kg/hm2,生产试验结果表明,所研制的气吹集排式水稻旱直播机达到了设计目标,满足作业需求。     

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。     

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。     

水稻穴播同步侧位深施肥技术试验研究

根据水稻种植的农艺要求,在同步开沟起垄水稻精量穴播技术的基础上进一步提出了一种水稻穴播同步侧位深施肥技术。调查了在不同种植方式条件下不同品种的水稻根系在稻田中的分布情况,根据根系的分布情况研究了深施肥技术参数,确定了深施肥深度以不超过10 cm为宜,研究了培杂泰丰、玉香油占2种品种水稻施入0~5 cm土层与5~10 cm土层中的肥料比例关系。试验结果表明华南农业大学研制的同步开沟起垄侧位深施肥水稻精量穴播机能满足水稻穴播同步侧位深施肥技术的要求,可以作为实施水稻穴播同步侧位深施肥技术的载体。生产试验表明:水稻穴播同步侧位深施肥技术具有增产、节本的效用。在同等的施肥条件下,机械播种及深施肥处理的有效穗、穗平均实粒数、结实率均高于机械播种人工撒施肥和人工撒直播人工撒施肥,增产418.5~957 kg/hm2,增幅5.86%~13.41%。该文研究可为深施肥机具的设计提供参考依据。     

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。     

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。     

精量穴直播早稻的产量形成特性

研究了在两种种植密度下,精量穴直播种植方式与人工撒播、人工抛秧和机械插秧种植方式的产量对比,以研究精量穴直播早稻的产量形成特性。结果表明：两种密度的精量穴直播的实际产量比人工撒播和机械插秧的实际产量分别增产24%～28%和8.2%～11.6%,精量穴直播的实际产量比人工抛秧的实际产量稍有增加;精量穴直播较人工撒播、人工抛秧和机械插秧的有效穗数分别增加0.9%～7.0%、3.5%～9.7%和7.4%～13.9%,收获指数分别增加22.7%～37.2%、17.2%～26.6%和0.8%～12.7%,精量穴直播结实率较人工撒播的增加8.6～8.73个百分点, 精量穴直播较人工撒播和机械插秧的单蔸穗质量分别增加17.84～18.76 g和2.15～3.07 g,精量穴直播较人工撒播和机械插秧的群体穗质量分别增加1.225～1.430 t/hm2和0.447～0.628 t/hm2。     

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。     

水稻精量旱穴播机穴距电液比例控制系统的设计与试验

针对目前国内水稻精量旱穴播机普遍采用多组链轮或多组齿轮改变传动比,实现株(穴)距调节,但株距调节范围有限的问题,为了增加穴距调节范围,实现穴距的无级调节,研制了一种基于可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)与触摸屏的电液比例控制系统,实时调整液压马达转速,实现播种作业的实时调节。液压系统主要由液泵、液压马达和比例流量阀等组成;控制系统通过Delt WPLSoft V2.37编程软件,编制PLC梯形图程序,采用监视与控制通用系统(monitor and control generated system,MCGS)组态软件开发出人机交互界面,可在交互界面上输入地轮直径大小和穴距,以及设定比例流量阀初始值和阈值,调整比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)参数,并通过人机交互界面实现播种作业时的穴距调节和作业速度监测。通过台架试验和田间试验表明,在作业速度2.8~3.2和3.2~3.6 km/h时,台架试验穴距合格率和田间试验播种穴距合格率均为100%,满足播种要求;在作业速度3.6~4 km/h范围内,台架试验穴距合格率达到89%,田间试验穴距合格率为70%,根据NY/T987-2006《铺膜穴播机作业质量》农业行业标准,田间试验穴距合格率80%,不能满足穴播机作业质量标准。研究结果表明,水稻精量旱穴播机选用型孔轮式排种器,但田间播种作业成穴性效果受风阻、机架振动和种子下落速度等影响较大,作业速度应控制在2.8~3.6 km/h为宜,当作业速度增大对成穴性影响尤为显著。台架试验和田间试验结果都表明电液比例控制穴距系统的可行性,为播种机株(穴)距调节技术提供了科学依据,为播种机的相关设计研究提供技术参考。     

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。     

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。