为了适应杂交水稻的多样性,以及满足杂交稻精量播种的要求,该研究结合水稻气力式播量可调排种器设计了一种水稻气力式播量可调穴播机.该穴播机采用独立风机为排种器提供气源,根据排种器气压需求,设计了单段式管路与双段式管路,并进行对比试验分析,试验结果表明,双段式管路能更加均匀的分配气压,且双段式管路气压的变异系数小于5％.采用杂交稻五优1179为试验对象,在不同的吸种负压下,进行不同播量的田间试验研究,试验结果表明:当2孔工作时,最佳吸种负压为2.0 kPa,平均播种合格率为:93.35％;当3孔工作时,最佳吸种负压为1.6 kPa,平均播种合格率为:87.21％;当4孔工作时,最佳吸种负压为1.6 kPa,平均播种合格率为:83.73％;当5孔工作时,最佳吸种负压为1.6 kPa,平均播种合格率为:79.86％.该研究分析了影响田间播种的主要影响因素,且由试验可得,该机可满足田间播量可调的需求,为实际的生产应用提供了一定的基础.

[目的]解决水稻精量穴直播机组合型孔排种器在实际应用过程中护种带容易跑偏、打滑,导致护种带磨损严重、伤种率偏高的问题.[方法]对护种机构同步原理进行分析,优化设计了轴套结构(A)和护种带硬度(B).以水稻品种'培杂泰丰'和 '秀水134' 种子为试验材料,设计了以不同轴套结构[尼龙轴套结构(A1)和滚针轴承&铜套结构(A2)]和不同护种带硬度[40(B1)、45(B2)、50(B3)、55(B4)和60 HA(B5)]为变量的双因素试验.[结果]A和B对水稻种子伤种率影响极显著(P<0.01),且A与B之间存在显著交互作用(P < 0.05);A2B2和A2B3对伤种率影响最小;A1与A2之间差异极显著,且A2组的伤种率明显小于A1组,说明A2优于A1;B2与B3差异不显著,但与其他试验组差异显著.A对穴径影响显著,B对穴径无显著影响,且A2B2、A2B3和A2B4对穴径影响较小;A1、A2对穴径的影响差异极显著,且A2明显优于A1.工作100 h后,试验组A2B3、A2B4和A2B5的护种带磨损量较小;试验组A2B3最优,其护种带磨损体积为72.6×10?3 mm3,伤种率为0.04％,成穴性最好、播种效果最佳.[结论]优化设计的滚针轴承&铜套的轴套结构合理,可以显著减小轴套与转轴之间的摩擦系数,且更耐高温、更耐磨;有效地提高了护种带的同步性,显著地提升了排种器的可靠性和播种质量.

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1400 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.

To adapt to the diversity of hybrid rice and meet its requirements of precision seeding, a rice pneumatic seeder with adjustable seeding rates was designed in this study. The seeder employed an independent vortex pump to provide the air source for the seed metering device. According to the requirements of air flow in the seed metering device, a sub-pipeline and a general pipeline were designed. The performances of the two types of pipelines were verified by the air pressure uniformity tests. The results showed that the sub-pipeline can distribute the air pressure more evenly than the general pipeline. The coefficient of variation of the sub-pipeline pressure was less than 5%. Wuyou 1179 hybrid rice was selected as the experimental object. The field seeding tests were carried out with different negative pressures and different number of groups of sucking holes as experimental factors. The results showed that the average qualified rate of seeding was 93.35% when only 2 groups of sucking holes were working under the seed sucking negative pressure of 2.0 kPa. The average qualified rate of seeding was 87.21% when 3 groups of sucking holes were working under the seed sucking negative pressure of 1.6 kPa. The average qualified rate of seeding was 83.73% when 4 groups of sucking holes were working under the seed sucking negative pressure of 1.6 kPa. The average qualified rate of seeding was 79.86% when 5 groups of sucking holes were working under the seed sucking negative pressure of 1.6 kPa. The main factors affecting the seeding effect were analyzed and the feasibility of a rice pneumatic seeder with adjustable seeding rates was verified by field tests. The research results can provide a basis for its practical production and application. Keywords: agricultural machinery, adjustable seeding rate, seeder, pneumatic, rice, pipeline DOI: 10.25165/j.ijabe.20211404.5658 Citation: Xing H, Wang Z M, Luo X W, Zang Y, He S Y, Xu P, et al. Design and experimental analysis of rice pneumatic seeder with adjustable seeding rate. Int J Agric & Biol Eng, 2021; 14(4): 113–122.

[目的]为了改善水稻气力式排种器工作时稻种的重吸附现象,设计了一种垂直于排种盘平面的清种装置.[方法]对水稻气力式排种器工作时稻种的受力与清种装置的工作原理进行了分析,建立了吸种过程中的受力模型.采用超级杂交稻'五丰优615'为试验对象,在有、无清种装置的条件下进行了排种器的精度试验.在吸室负压为4.0 kPa的条件下,进行了清种块厚度和排种盘转速的两因素试验分析.[结果]采用清种装置后,1～3粒/穴的占比由62.02％ 提升至90.00％ 左右,≥4粒/穴的占比由37.98％ 降至5.00％,改进效果较为明显.当清种块厚度为3.5 mm、排种盘转速为15、20和25 r/min时,1、2和3粒/穴的占比分别为95.18％、95.16％ 和95.23％,空穴率分别为2.07％、2.76％ 和4.56％,满足超级杂交稻的田间播种需求.[结论]当吸室负压一定时,降低排种盘转速可以提高清种装置的清种效果,提高排种器的播种精度.本文针对水稻气力式排种器的结构,设计了一种清种装置,有效地清除了排种器重吸附的稻种,为提高水稻气力式排种器的精度提供了依据.

为提高杂交稻气力滚筒集排式精量排种器的排种精度,该文设计了一种楔形搅种装置,以解决滚筒型排种器由于充种时间短和吸种区稻种架空造成吸种精度低的问题.以厚度1、2和1～2 mm(带有坡度,其最薄处厚度为1 mm、最大厚度处为2 mm)3种楔形搅种装置为研究对象,简化排种器模型,进行了搅种过程离散元仿真模拟,以吸孔附近稻种层的平均法向接触力和平均三轴合速度为评价指标,分析了不同搅种装置对种群内摩擦力变化的影响,得出1～2 mm带有坡度的搅种装置对稻种种群的搅动效果较好;以杂交稻种晶两优1212为研究对象,采用三因素五水平二次回归正交旋转组合试验,研究在1～2 mm带有坡度的楔形搅种装置下吸种负压、滚筒转速、清种距离(清种指到吸孔边缘距离)对滚筒型排种器排种性能的影响.结果表明:以漏吸率(X1)、合格率(X2)、重吸率(X3)为评价指标,预测最优组合为吸种负压为1.60 kPa、滚筒转速为10 r/min、清种距离为1.94 mm,其合格率为84.67％,重吸率为7.92％,漏吸率为7.41％,试验验证上述最优组合:合格率为86.00％,重吸率为8.47％,漏吸率为5.53％.该研究结果表明,安装1～2 mm带有坡度楔形搅种装置对稻种的分离、搅动和助吸有明显作用,可提高排种器吸种性能,为进一步优化杂交稻气力滚筒集排式精量直播机排种性能提供依据.

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1.6 kPa和排种盘转速为20 r/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1.6 kPa和排种盘转速为40 r/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1.6 kPa和排种盘转速为20 r/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1.2 kPa和排种盘转速为20 r/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.