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杂交稻是品质优良的高产量水稻品种，目前已在我国大面积推广应用，其栽培要求少本稀植、利用分蘖能力提高产量。现有的水稻机械化播种技术难于满足杂交稻低播量精密播种要求，优良品种与高产栽培技术不配套，杂交稻高产优势无法充分发挥，导致杂交稻种植主要以人工栽插为主，制约了我国水稻种植机械化的发展，亟需进行杂交稻精密播种技术的机理研究，实现杂交稻精密播种技术要求，提高杂交稻机械化种植水平。
本文研究了水稻种子在电磁振动和气动振动作用下的两级双振动式水稻精密播种器的工作机理，基于离散元法、振动力学等理论分析了稻种在交叉导流式振动种箱配合螺旋勺式槽轮作用下的流动和充种过程，研究稻种在振动种盘T型板中的分布规律，建立稻种在种槽板内连续排队模型，提出在振动作用下匀种机构中稻种均匀分布、有序排队条件，结合试验研究对供种和匀种装置的工作参数和作业性能进行优化。基于两级双振动式水稻精密播种器研制了杂交稻精密直播播种装置，并进行了精密直播装置性能试验研究，为水稻直播技术发展提供一种新装置。主要研究内容及结论如下：
（1）系统地分析了两级双振动式水稻精密播种器的结构与工作原理，构建了供种装置多层交叉导流板配合螺旋勺式槽轮结构与稻种流动充种关系和匀种装置在气动振动下的稻种运动理论模型，形成了供种与匀种、电磁振动与气动振动的两级双振动式精密播种过程。基于散体力学和料仓内无限长缝隙孔结拱理论探究了交叉导流式振动种箱对稻种的流动和充填过程影响规律；通过振动播种性能试验优选气动振动器作为振动匀种装置的振源，构建了气动振动作用下匀种装置的单自由度受迫振动系统模型，建立稻种在振动种盘中的运动理论模型并解析出稻种的跳动及下滑行走条件，确定振动频率和振幅及种槽板夹角为影响稻种流动特性和播种性能的主要因素，为分析精密播种器的工作机理提供理论依据。
（2）进行了水稻芽种的离散元关键参数标定，首次分析了稻种带种芽的离散元特征，构建出水稻芽种离散元模型，为水稻精密播种器离散元仿真奠定了基础。采用内壁坍塌法、侧壁坍塌法和重力平衡法进行稻种摩擦角仿真与实测试验，通过回归分析构建离散元仿真条件下芽种-不锈钢板间的静摩擦系数、芽种-芽种间的静摩擦系数和芽种-芽种间的滚动摩擦系数与芽种休止角α、休止角β和滑动摩擦γ间的三元回归方程；以摩擦角实测结果为修正指标求解回归方程，标定不同含水率条件下稻种的接触参数；验证试验表明参数标定后的模拟误差小于2.75%，且该标定模型可用于国稻1号、恒丰优1179、软华优1179、华航38号、华航31号等水稻品种，为精密播种过程动态仿真提供理论依据。
（3）采用EDEM软件模拟了定量供种装置的供种过程，创造性地采用稻种速度分布云图、种层断开、局部种群滞留及稻种分布蓬松度表征稻种在交叉导流式振动种箱内的供种流量特性，分析了定量供种机理。基于排种区域划分网格分析了稻种在直槽轮、螺旋勺式槽轮和窝眼轮充种凹槽或型孔内的充种姿态、受压缩力以及供种分布均匀性，确定螺旋勺式槽轮最佳供种性能；基于Python编程绘制种箱内稻种速度分布云图，并以不同种层断开时间、种群局部滞留区域面积以及充种区域稻种分布蓬松度，描述供种过程中稻种流速特性，明确了种箱振动板周期性小幅振动具有缓解种群漏斗流动，稳定稻种流速和分布密度的作用；结合供种性能试验研究表明电磁振动可提高装置供种频率3.64～5.52 %，供种稳定性提高1.33～2.47 %，优化了定量供种性能。
（4）基于离散元法采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型对振动匀种装置的匀种进行分析，首次采用计数网格和区域划分网格探究了稻种在T型板上的分布状态和在种槽板上有序排队规律，结合试验研究优化了精密播种器结构和参数。通过单粒稻种振动匀种过程仿真分析，与稻种运动理论模型建立联系，验证了匀种过程中稻种跳动与下滑行走交替发生的运动规律；研究振动种盘不同振动强度下稻种的分布规律及流动特性，确定了播种性能较优的气动振动器气压值范围为0.24～0.28MPa；设计了9种不同类型种槽板，通过各种槽夹角对稻种限位作用、流速均匀性和有序排队状态分析，优选了V-90°、V-105°、V-120°和U1型种槽板；以种槽板和气压值作为试验因素，进行常规稻与杂交稻播种性能全因素试验，得到低播量播种时采用V-120°种槽板、0.26 MPa气压值，播种合格指数为93.91%，空穴指数为0.94%，常规稻播种时采用V-120°种槽板、0.28 MPa气压值，播种合格指数为96.10%，空穴指数为0，提高了两级双振动式水稻精密播种器的播种性能和稳定性，实现了杂交稻低播量1～4粒/穴精密播种。
（5）进行了两级双振动式水稻精密播种器的直播应用研究，研制了两级双振动式水稻精密直播播种装置，并进行了杂交稻低播量精密穴直播和条直播播种性能试验研究，为杂交稻直播技术发展提供一种新装置。通过成穴机构和输种管进行先分配后输送的杂交稻精密直播播种过程，利用细口弯头投种管有效降低了稻种投种速度，提高了成穴性；通过直播播种试验，得到穴直播播种合格指数可达到90.00%，漏播指数低于4.00%，穴距合格指数达到91.33%，穴直播各行排种量变异系数小于7.10%，条直播各行排种变异系数小于7.89%，平均伤种率为0.67%，播种均匀性良好，基本满足杂交稻精密直播播种的农艺要求，为杂交稻一器十行的高效精密穴直播装备研发提供研究基础。
本文研究了水稻种子在电磁振动和气动振动作用下的两级双振动式水稻精密播种器的工作机理，基于离散元法、振动力学等理论分析了稻种在交叉导流式振动种箱配合螺旋勺式槽轮作用下的流动和充种过程，研究稻种在振动种盘T型板中的分布规律，建立稻种在种槽板内连续排队模型，提出在振动作用下匀种机构中稻种均匀分布、有序排队条件，结合试验研究对供种和匀种装置的工作参数和作业性能进行优化。基于两级双振动式水稻精密播种器研制了杂交稻精密直播播种装置，并进行了精密直播装置性能试验研究，为水稻直播技术发展提供一种新装置。主要研究内容及结论如下：
（1）系统地分析了两级双振动式水稻精密播种器的结构与工作原理，构建了供种装置多层交叉导流板配合螺旋勺式槽轮结构与稻种流动充种关系和匀种装置在气动振动下的稻种运动理论模型，形成了供种与匀种、电磁振动与气动振动的两级双振动式精密播种过程。基于散体力学和料仓内无限长缝隙孔结拱理论探究了交叉导流式振动种箱对稻种的流动和充填过程影响规律；通过振动播种性能试验优选气动振动器作为振动匀种装置的振源，构建了气动振动作用下匀种装置的单自由度受迫振动系统模型，建立稻种在振动种盘中的运动理论模型并解析出稻种的跳动及下滑行走条件，确定振动频率和振幅及种槽板夹角为影响稻种流动特性和播种性能的主要因素，为分析精密播种器的工作机理提供理论依据。
（2）进行了水稻芽种的离散元关键参数标定，首次分析了稻种带种芽的离散元特征，构建出水稻芽种离散元模型，为水稻精密播种器离散元仿真奠定了基础。采用内壁坍塌法、侧壁坍塌法和重力平衡法进行稻种摩擦角仿真与实测试验，通过回归分析构建离散元仿真条件下芽种-不锈钢板间的静摩擦系数、芽种-芽种间的静摩擦系数和芽种-芽种间的滚动摩擦系数与芽种休止角α、休止角β和滑动摩擦γ间的三元回归方程；以摩擦角实测结果为修正指标求解回归方程，标定不同含水率条件下稻种的接触参数；验证试验表明参数标定后的模拟误差小于2.75%，且该标定模型可用于国稻1号、恒丰优1179、软华优1179、华航38号、华航31号等水稻品种，为精密播种过程动态仿真提供理论依据。
（3）采用EDEM软件模拟了定量供种装置的供种过程，创造性地采用稻种速度分布云图、种层断开、局部种群滞留及稻种分布蓬松度表征稻种在交叉导流式振动种箱内的供种流量特性，分析了定量供种机理。基于排种区域划分网格分析了稻种在直槽轮、螺旋勺式槽轮和窝眼轮充种凹槽或型孔内的充种姿态、受压缩力以及供种分布均匀性，确定螺旋勺式槽轮最佳供种性能；基于Python编程绘制种箱内稻种速度分布云图，并以不同种层断开时间、种群局部滞留区域面积以及充种区域稻种分布蓬松度，描述供种过程中稻种流速特性，明确了种箱振动板周期性小幅振动具有缓解种群漏斗流动，稳定稻种流速和分布密度的作用；结合供种性能试验研究表明电磁振动可提高装置供种频率3.64～5.52 %，供种稳定性提高1.33～2.47 %，优化了定量供种性能。
（4）基于离散元法采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型对振动匀种装置的匀种进行分析，首次采用计数网格和区域划分网格探究了稻种在T型板上的分布状态和在种槽板上有序排队规律，结合试验研究优化了精密播种器结构和参数。通过单粒稻种振动匀种过程仿真分析，与稻种运动理论模型建立联系，验证了匀种过程中稻种跳动与下滑行走交替发生的运动规律；研究振动种盘不同振动强度下稻种的分布规律及流动特性，确定了播种性能较优的气动振动器气压值范围为0.24～0.28MPa；设计了9种不同类型种槽板，通过各种槽夹角对稻种限位作用、流速均匀性和有序排队状态分析，优选了V-90°、V-105°、V-120°和U1型种槽板；以种槽板和气压值作为试验因素，进行常规稻与杂交稻播种性能全因素试验，得到低播量播种时采用V-120°种槽板、0.26 MPa气压值，播种合格指数为93.91%，空穴指数为0.94%，常规稻播种时采用V-120°种槽板、0.28 MPa气压值，播种合格指数为96.10%，空穴指数为0，提高了两级双振动式水稻精密播种器的播种性能和稳定性，实现了杂交稻低播量1～4粒/穴精密播种。
（5）进行了两级双振动式水稻精密播种器的直播应用研究，研制了两级双振动式水稻精密直播播种装置，并进行了杂交稻低播量精密穴直播和条直播播种性能试验研究，为杂交稻直播技术发展提供一种新装置。通过成穴机构和输种管进行先分配后输送的杂交稻精密直播播种过程，利用细口弯头投种管有效降低了稻种投种速度，提高了成穴性；通过直播播种试验，得到穴直播播种合格指数可达到90.00%，漏播指数低于4.00%，穴距合格指数达到91.33%，穴直播各行排种量变异系数小于7.10%，条直播各行排种变异系数小于7.89%，平均伤种率为0.67%，播种均匀性良好，基本满足杂交稻精密直播播种的农艺要求，为杂交稻一器十行的高效精密穴直播装备研发提供研究基础。