多流道水稻气力式排种器精量吸附的规律研究

The current condition that a wide diversity and irregular shape of hybrid rice caused low seeding precision of per hill in rice seeding needs to be settled. Our previous research have designed a multi flow-paths rice pneumatic seeding technology of precision sucking and hill seeding. To utilize this technology for adjustable precision of hybrid rice in per hill, the current proposal will utilize a high precision pressure sensor detection technique and the fluid mechanics theory method to reveal the laws of fluid kinematics in a flow-path and among different flow-paths, utilize a fluid finite element method to illustrate the law of the fluctuation and distribution of the air flow in flow-path affecting pressure distribution and uniformity of the sucking hole, utilize a high speed photography system to observe the sucking mode and the sucking posture of rice seeds under the effect of sucking hole to analyze the motion law of seeds under the effect of negative pressure of the sucking hole, and utilize the fluid and discrete element coupling technology to establish a model of seed flow and seed sucking in the multi flow-path rice pneumatic seed metering device. This study will contribute greatly to our understanding of the movement mechanism among multi flow-paths, air flow-sucking, and hole-rice seeds, and reveal the dynamic mechanism of the flow law of the multi flow-paths rice pneumatic seed metering device and the sucking process of rice seed and provide an important theoretical basis and technological supporting for improvement adjustable precision of pneumatic precision seeding hybrid rice.

目前杂交稻品种繁多、稻种形状不规则，导致每穴的播种量精度低。据此，本项目组前期研发了一种精量吸附、成穴播种的多流道水稻气力式播种技术。为实现该技术杂交稻每穴播量的精准可调，本项目将采用高精度气压传感器检测技术和流体力学理论方法，研究不同流道内和不同流道之间气流的流体运动学规律；采用流体有限元方法，研究多流道气流的波动与分布对气力式排种器吸孔气压分布与均匀性的影响规律；采用高速摄影技术观察水稻种子在吸孔作用下的吸附方式与吸附姿态，分析种子受吸孔负压作用的运动规律；采用流体与离散元耦合技术，建立多流道水稻气力式排种器种子流动与种子吸附模型。项目成功实施将阐明多流道气流—吸孔—稻种之间的运动机理，揭示多流道水稻气力式排种器气流流动规律与稻种精量吸附过程的动力学机制，可为实现杂交稻精量可调的直播技术提供重要理论依据和技术支持。

针对杂交稻品种繁多、稻种形状不规则导致每穴的播种量精度低的问题，以精量播种、播量可调为研究目标，本项目开展了多流道水稻气力式播种技术实现杂交稻每穴播量的精准可调理论与技术的研究，主要成果如下：（1）建立了排种器多流道气流的流动与气压分布规律模型。研究分析了流道内部气压的波动性与均匀性，分析了影响气压波动性与损失的原因，优化了气力式排种器负压流道结构。（2）明确了种子的吸附姿态与吸附方式，建立了种子与种群之间的离散元运动模型，结合不同排种盘转速与不同吸种负压进行搅种装置尺寸优选试验，获取了种子的平均运动速度（即搅动效果）与搅种装置的直径和厚度关系模型，优选了最佳搅种装置参数。（3）建立了多流道气流与稻种之间的气固耦合关系模型，设计了一种水稻播量可调气力式精量排种器。明确了该排种器的工作原理，分析了多个负压流道对吸孔精度的控制方法。并建立了吸附精度与负压流道之间的关系模型，对该排种器进行了试验台试验，优选出最佳工作参数，并获取了最佳播种效果。（4）提出了一种新型的多流道水稻气力式精量播种技术，并研制了一种水稻播量可调精量穴播机。通过田间试验分析了影响播种效果的主要因素。其最佳播种效果为：1孔播种合格率为78.37%；2孔播种合格率为96.01%；3孔播种合格率为92.03%；4孔播种合格率为90.63%；5孔播种合格率为86.00%。各项指标均满足杂交水稻播量变化的要求。通过以上理论分析与田间试验验证了水稻播量可调气力式穴播机的可行性，为其实际生产应用提供了依据。. 在项目执行期内，共发表论文6篇（SCI/EI 收录5篇）；申请中国发明专利3件(已获授权2件)；培养毕业研究生4名（博士研究生1名，硕士研究生3名）。