基于非圆种子单粒精密排种器的机理研究与应用

单粒精播是精密播种的发展趋势，作为其核心装置的单粒精密排种器实际应用以机械式容腔囊种方式居多。目前，对该排种器的研究大多以圆或近圆形形状规则的种子为研究对象，实现单粒精密播种。对于大多非圆形种子，充种过程极其复杂，为解决此类种子单粒精播问题，本项目以水稻种子为研究对象设计一椭圆型特种穴孔单粒精密排种器，以提高单粒种子充填率；研究非圆种子与穴孔参数间存在的相关性，建立穴孔参数设计数学模型，以指导不同种子穴孔参数设计与选择，提高不同种子适用性；完成该单粒精密排种器充种和投种机理研究，以完善精排种理论。借助虚拟样机技术、三维成型技术完成椭圆形特种穴孔单粒精密排种器的研制，并在基于计算机视觉技术的排种器多功能试验台上进行性能试验和种子与穴孔相关性研究，应用BP神经网络技术对试验结果进行预测处理，完成参数优化，同时辅以高速摄影观察与分析排种过程，最终实现水稻穴盘育秧精密播种并进行整机性能试验。

水稻工厂化穴盘育秧中精量播种装置是保证播种精度的关键。目前国内外水稻精量播种要求实现每穴1-5、3-5、2-6粒不等种植农艺要求，特别是超级稻（2±1粒/穴）精量播种装置还处于探索研究阶段。基于此，本研究提出单型孔充种组合型孔同步累积投种技术，把型孔轮相邻单粒充种穴孔为一组同时充种并落入对应育秧盘一个穴孔（或单位取秧面积）内，通过控制单型孔播种精度，将不同型孔组合实现不同精量播种要求。通过提高单个型孔单粒率，使单型孔充种不同组合型孔同步累积投种对不同播种精度要求具有更高的可控性。.单粒精密排种对种子几何特性参数测量精度要求更加严格，特别是水稻种子体积小，形状不规则，本研究利用三维扫描技术精确测量全面提取水稻种子轮廓形状、尺寸、体积、质心等参数，基于动态充种理论和高速摄像分析型孔囊种状态特征，探讨基于稻种外形轮廓带倒槽类椭圆型孔结构设计、种子动态充种机理和充种条件，建立种子运动与型孔尺寸参数相关性的型孔参数设计数学模型，应用三维成型加工不规则型孔排种轮并搭建播种装置试验平台。确定型孔结构尺寸、布置形式、型孔轮转速影响播种性能并通过五因素四水平正交试验优化型孔参数，实证所建数学模型有效性。充种过程高速摄像分析验证理论分析和试验结果合理性，为下一步样机型孔轮设计提供研究基础。.基于上述单型孔充种理论和试验装置高速摄像分析，确定大部分稻种以自身长轴方向沿排种轮轴向排布并切入型孔，为提高型孔囊种率，在优化的带倒槽类椭圆型孔参数基础上改进设计，基于水稻种子外形轮廓设计一种倾斜非对称特种型孔结构。为满足不同水稻品种每穴1-6粒不等精量播种需求，基于单型孔充种组合型孔同步累积投种技术，设计组合排种轮，与2ZBL-400P型水稻盘育秧生产线配套。研究的三种不同型孔组合排种轮包括每组单型孔、每组2型孔、每组3型孔分别满足每穴2±1粒、每穴3±1粒、每穴4±1粒播种精度要求。台架试验结果表明，限种板位置和型孔轮转速对三种排种轮播种性能指标影响显著，样机性能试验结果表明，限种板位置60mm高、转速6.7r/min时，三种不同型孔组合排种轮播种精度分别为每组穴2±1粒、3±1粒和4±1粒，合格指数均在95%左右，每组穴1-3粒、1-4粒和2-5粒时其合格指数均均大于95%，Ⅱ型轮和Ⅲ型轮合格指数更高，证明单型孔充种组合型孔同步累积投种技术的可行性，综合性能较好，达到项目任务目标要求。