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油菜是我国重要的油料作物，针对传统条播技术用种量大，个体生长良莠不齐等现实问题，本课题研制了一种勺式精量穴播排种器，利用取种勺进行精量取种。构建排种器充种、携种、清种与投种过程的力学模型，分析明确了排种器性能的影响因素。运用EDEM进行虚拟仿真试验，确定了取种勺型孔长度、取种勺安装前倾角、起始投种角及勺轮转速对排种器性能的影响规律及较优取值范围。通过排种性能试验，建立性能指标穴粒数合格率、漏播率和重播率与各因素的回归方程，确定了影响排种器性能主要因素的较优参数水平组合并进行田间试验验证。本研究在勺式排种器取种勺结构设计上具有新颖性，可为油菜勺式精量穴播排种器的设计与试验提供参考。主要研究内容包括：
1)在系统开展油菜播种技术与装备研究与分析的基础上，分析了国内外现有排种器种类和工作原理，参考国内外机械式穴播排种器的研究现状，为解决传统条播的不足，根据油菜精量穴播的农艺要求，分析了种子的外形尺寸大小、千粒质量、自然休止角等机械物理特性，为排种器总体结构参数的设计提供理论依据。
2)提出了利用取种勺完成取种过程，依靠自重完成清种和投种过程的设计方案，开展了油菜勺式精量穴播排种器主要部件中排种器种箱、侧盖、取种勺轮组合件、侧位板、主壳体等结构设计及参数分析，并确定了取种勺的结构和尺寸。其中，壳体外围直径为150mm；勺轮组合件采用盖板定位的方式，圆周均布12个取种勺，最大外围直径为120mm，取种勺型孔中心对应的直径约为110mm。
3)分析研究了关键部件取种勺的结构及其参数。取种勺内为带缺口的类长方体型孔，采用单层并排同时充种方式，可实现一次从种群中分种舀取3±1粒油菜的功能，缩短充种时间，同时减少种子在型孔中的堵塞，型孔最大尺寸为长×宽×高=6.7mm×2.5mm×2mm。为提高精量排种性能，取种勺设计为带有前倾角的安装方式，可降低起始清种角度，从而降低重播率，增加穴粒数合格率，较优安装前倾角范围为30°-60°。为保证清种性能，排种器勺轮取种勺型孔中心处线速度需小于0.600m/s。
4)构建了排种器充种、携种、清种与投种过程的力学模型，利用力学模型分析确定在不同过程中影响排种性能的影响因素及规律，分析得出：种群的起始充填角与取种勺安装前倾角、勺轮角速度和垂直压力等参数有关，当转速和受载相同，随安装前倾角增大而减小；携种角与勺轮转速和型孔中心对应半径等有关，验证了该排种器无护种装置结构的合理性；起始清种角与取种勺安装前倾角、勺轮转速和油菜物料特性等相关，当转速与支持力相同时，取种勺安装前倾角越大，起始清种角越小，清种提前；确定了取种勺型孔倾角的辅助投种功能，无需添加辅助投种装置即可顺利投种。
5)开展了基于EDEM油菜勺式精量穴播排种器的仿真试验，以每穴不同粒数的概率为指标。通过单因素试验确定取种勺安装前倾角、投种口起始位置角度、勺轮转速、以及取种勺型孔长度对排种性能的影响，结果表明：排种器工作时，当调节投种口起始位置角度为35°-41°时，3粒每穴率较一致。在排种器的取种勺型孔长度4.7mm-6.7mm，取种勺安装位置前倾角30°-60°，勺轮转速10r/min-30r/min，排种器性能较好，3粒/穴率高。通过正交试验确定取种勺在各因素水平组合下的穴粒率分布及变化规律，3粒/穴率随取种勺安装前倾角增加持续上升，同时随着取种勺型孔长度和勺轮转速增加，呈先上升后下降趋势，可达80%以上，满足农艺要求；振动仿真试验表明，该排种器在振幅7mm，振动频率10Hz以内能正常工作，当超出该范围，漏播情况较为严重，对实际应用具有重要的指导价值。
6)开展了油菜勺式精量穴播排种器的性能台架试验。建立了性能评价指标穴粒数合格率、漏播率及重播率与三个试验因素包括取种勺安装前倾角、取种勺型孔长度和勺轮转速之间的回归方程。对目标函数进行优化求解得到较优因素水平组合为：取种勺安装前倾角47.48°，型孔长度5.42mm，勺轮转速24.26r/min，此条件下验证试验结果为穴粒数合格率91.40%、漏播率4.84%、重播率3.76%。排种器在各转速条件下的破损率均低于0.5%，符合排种器的设计要求。田间试验表明，油菜播量设定为3.5kg/hm2，平均种植密度为63株/m2，排种器基本运行正常，满足油菜种植农艺要求。
1)在系统开展油菜播种技术与装备研究与分析的基础上，分析了国内外现有排种器种类和工作原理，参考国内外机械式穴播排种器的研究现状，为解决传统条播的不足，根据油菜精量穴播的农艺要求，分析了种子的外形尺寸大小、千粒质量、自然休止角等机械物理特性，为排种器总体结构参数的设计提供理论依据。
2)提出了利用取种勺完成取种过程，依靠自重完成清种和投种过程的设计方案，开展了油菜勺式精量穴播排种器主要部件中排种器种箱、侧盖、取种勺轮组合件、侧位板、主壳体等结构设计及参数分析，并确定了取种勺的结构和尺寸。其中，壳体外围直径为150mm；勺轮组合件采用盖板定位的方式，圆周均布12个取种勺，最大外围直径为120mm，取种勺型孔中心对应的直径约为110mm。
3)分析研究了关键部件取种勺的结构及其参数。取种勺内为带缺口的类长方体型孔，采用单层并排同时充种方式，可实现一次从种群中分种舀取3±1粒油菜的功能，缩短充种时间，同时减少种子在型孔中的堵塞，型孔最大尺寸为长×宽×高=6.7mm×2.5mm×2mm。为提高精量排种性能，取种勺设计为带有前倾角的安装方式，可降低起始清种角度，从而降低重播率，增加穴粒数合格率，较优安装前倾角范围为30°-60°。为保证清种性能，排种器勺轮取种勺型孔中心处线速度需小于0.600m/s。
4)构建了排种器充种、携种、清种与投种过程的力学模型，利用力学模型分析确定在不同过程中影响排种性能的影响因素及规律，分析得出：种群的起始充填角与取种勺安装前倾角、勺轮角速度和垂直压力等参数有关，当转速和受载相同，随安装前倾角增大而减小；携种角与勺轮转速和型孔中心对应半径等有关，验证了该排种器无护种装置结构的合理性；起始清种角与取种勺安装前倾角、勺轮转速和油菜物料特性等相关，当转速与支持力相同时，取种勺安装前倾角越大，起始清种角越小，清种提前；确定了取种勺型孔倾角的辅助投种功能，无需添加辅助投种装置即可顺利投种。
5)开展了基于EDEM油菜勺式精量穴播排种器的仿真试验，以每穴不同粒数的概率为指标。通过单因素试验确定取种勺安装前倾角、投种口起始位置角度、勺轮转速、以及取种勺型孔长度对排种性能的影响，结果表明：排种器工作时，当调节投种口起始位置角度为35°-41°时，3粒每穴率较一致。在排种器的取种勺型孔长度4.7mm-6.7mm，取种勺安装位置前倾角30°-60°，勺轮转速10r/min-30r/min，排种器性能较好，3粒/穴率高。通过正交试验确定取种勺在各因素水平组合下的穴粒率分布及变化规律，3粒/穴率随取种勺安装前倾角增加持续上升，同时随着取种勺型孔长度和勺轮转速增加，呈先上升后下降趋势，可达80%以上，满足农艺要求；振动仿真试验表明，该排种器在振幅7mm，振动频率10Hz以内能正常工作，当超出该范围，漏播情况较为严重，对实际应用具有重要的指导价值。
6)开展了油菜勺式精量穴播排种器的性能台架试验。建立了性能评价指标穴粒数合格率、漏播率及重播率与三个试验因素包括取种勺安装前倾角、取种勺型孔长度和勺轮转速之间的回归方程。对目标函数进行优化求解得到较优因素水平组合为：取种勺安装前倾角47.48°，型孔长度5.42mm，勺轮转速24.26r/min，此条件下验证试验结果为穴粒数合格率91.40%、漏播率4.84%、重播率3.76%。排种器在各转速条件下的破损率均低于0.5%，符合排种器的设计要求。田间试验表明，油菜播量设定为3.5kg/hm2，平均种植密度为63株/m2，排种器基本运行正常，满足油菜种植农艺要求。