气力振动式超级稻精密排种器研究

机械化播种是水稻种植机械化中的重要一环，已有的水稻排种器主要是针对普通稻育秧，播种精度达到2～5粒/取秧面积，而超级稻同普通稻相比具有极强的分蘖能力，播种要求由2～5粒/取秧面积的精少量播种提升为2±1粒/取秧面积的精准播种，不仅要求控制单位取秧面积上种子的数量，还要控制播种后发芽的位置。现有的水稻排种器无法满足超级稻毯状苗育秧的要求，也无法保证超级稻2±1株/取秧面积的机插要求，这极大地限制了超级稻的机械化种植。针对这一问题，本文提出了一种气力振动式超级稻精密排种装置，满足超级稻机械化种植的农艺要求。本文主要的研究内容和结论如下： 1）阐述了国内外水稻播种器的研究现状，分析了它们各自的特点，提出已有的精密播种器无法满足超级稻精准育秧的要求。根据超级稻机械化种植的农艺要求，结合超级稻种子的几何尺寸，分析了超级稻播种定向排序的意义，提出一种气力振动式超级稻精密排种装置。该装置能实现稻种的定向排序，得到均匀有序的条状种子流，满足单位面积上播种数量和发芽位置的精准要求。 2）根据超级稻表面的物理特性，利用其沿长轴不同方向种毛朝向不同的特点，研究稻种基于高摩擦系数导向板的转向机理。通过对稻种转向参数的分析，进一步提出了基于弧形导向板的定向排序方案，并编写VB程序，计算得到满足定向排序要求的参数范围。对稻种在振动板上弧形导向板段的运动进行运动学和动力学分析，得到其运动特征值、速度以及位移的理论公式，并编写VB程序模拟运动特征值之间的关系和参数取值范围。 3）对排种器的薄板受迫振动进行理论分析，利用ANSYS软件对排种器模型进行模态分析，得到其最合适的工作频率，为4.5Hz左右。对排种器结构进行谐响应分析，得到振动板面纵向和横向上的位移响应分布规律。通过试验实测了振动板在各阶频率下的响应情况，试验结果与有限元计算数据基本一致。针对不同振动板厚度的排种器模型进行谐响应分析，获得最佳的振动板理论板厚为3mm。 4）对稻种在振动板上跳跃情况进行理论分析，得到了产生跳跃的加速度条件。利用加速度传感器、数据采集与分析仪等设备对振动板面进行测试，得到不同振动板角和气压下的板面振动特性，结合跃起的理论分析，得到板面种子不跃起的区域和跃起较小的参数组合，为弧形导向板的布置位置提供了理论依据和实际指导。 5）研制了气力振动式超级稻精密排种器，对排种器的结构参数：振动板角α、振动方向角ε、稻种顺行摩擦角21、逆行摩擦角22以及弧形导向板的曲率ρ进行正交试验，通过极差分析得到各因素水平对定向排序率的影响，并得到最佳的因素水平组合为：α=15°、 ε=10°、21=52.3°、22=57.5°、 ρ=2.65。 以最佳水平组合进行验证试验，得到稻种在播种机流水线上的实际播种效果：基本实现均匀有序的条状种子流，定向排序率为87.3%，种盘的播种数量为1850粒左右，满足毯状育秧不少于1400～1700粒/盘的育秧要求，播种效率可达到100盘/h，稻种运动速度为0.017m/s。 6）总结全文，并对研究内容提出进一步的展望。