邢 赫，張國忠，韓宇航，高 原，查顯濤

雙腔氣力式水稻精量水田直播機設計與試驗

邢 赫，張國忠※，韓宇航，高 原，查顯濤

（1. 華中農業(yè)大學工學院，武漢 430070；2. 農業(yè)農村部長江中下游農業(yè)裝備重點實驗室，武漢 430070）

雜交水稻分蘗能力強，產量高。為滿足雜交水稻水田直播需求，該研究以3～5粒/穴為播種目標，設計了一種雙腔氣力式水稻精量直播機。介紹了雙腔氣力式水稻精量直播機主要工作部件結構，并對負壓風力系統進行選型與設計。以雜交稻甬優(yōu)4949為試驗對象，以吸種負壓與直播機前進速度為影響因素進行了田間試驗。試驗結果表明：當吸種負壓為3.2 kPa、直播機前進速度為0.2～0.4 m/s時，10行排種器平均播種合格率（3～5粒/穴占比）為91.04%，0～2粒/穴占比2.23%，大于5粒/穴占比6.73%，各排種器之間的播種合格率變異系數為1.24%，滿足雜交稻田間播種作業(yè)要求，為水田精量直播提供了參考依據。

農業(yè)機械；設計；直播機；氣力式；雜交稻；雙腔；精量播種

0 引 言

水稻是中國主要糧食作物之一，也是全球超過50%的人口主食[1]。目前中國水稻種植以雜交稻為主[2-4]，相比于常規(guī)稻，雜交稻具有較強分蘗能力與較高的產量[5-6]，采用機械化直播種植時，僅需3～5粒/穴即可形成高產群體結構[7]；同時由于雜交稻稻種成本較高，采用機械化精量播種可顯著節(jié)約播種量[8-9]。

水稻機械化直播技術主要分為撒播、條播和穴播。撒播播種精度低，播種量大，稻種田間分布無規(guī)律，出苗均勻性差，不利于水稻生長與水稻管理；相比于撒播，條播的稻種分布規(guī)律性提高，但播種量仍較大，主要用于常規(guī)稻播種，不滿足雜交稻精量播種需要[10-11]。穴直播采用精量排種器對水稻進行精量穴播，播種精度高，田間分布均勻，有利于提高水稻產量。Zhang等[12]設計了一種組合型孔機械式精量穴播機，采用2種型孔對稻種進行精量播種，該機目前已廣泛應用于中國多個省份。田立權等[13]設計了一種勺輪式水稻穴播機，采用勺輪機構對稻種進行取放，形成穴播。為滿足精少量均勻播種需求，國內外學者也針對氣力式播種技術進行了深入研究。明哲等[14]設計了一種氣吸式水稻排種器，采用虛擬樣機技術與離散元仿真分析法對其氣室結構進行了分析，獲取了氣壓穩(wěn)定性對吸種精度的影響規(guī)律，提升了氣流對種子的吸附作用，提高了吸種穩(wěn)定性與精度。戴億政等[15]設計了一種氣吹式水稻直播機，采用正壓氣流將水稻種子播種田間，但由于播種量較大，無法適用于精量播種。張開興等[16]設計了一種孔徑可變雙盤氣吸式排種器，采用雙盤相互疊加原理變換孔徑，為提高吸種精度與穩(wěn)定性，優(yōu)化了吸孔倒角，通過試驗得到了最佳吸孔倒角。張順等[17]設計了一種旱地水稻精量直播機，優(yōu)選了最佳工作參數，田間驗證試驗顯示可滿足旱地水稻種植要求。Ibrahim等[18]設計了一種多行氣吸式直播機，采用多排吸孔結構同時對種子進行吸附，并采用不同的排種管對種子進行分配，實現了單個排種器多行同時工作的效果，但由于該排種器采用管路分配種子，因此對種子球度及流動性要求較高，對水稻播種時精度與均勻性不高。Yatskul等[19-20]對排種器的氣力輸送系統的均勻性進行了理論分析與建模，分析了管路結構對氣流均勻性的影響，建立了種子與氣流之間的關系模型，為氣力式排種器的氣固耦合研究提供了基礎。Wang等[21]針對超級雜交稻的播種需求，設計了一種氣力滾筒式排種器與直播機，采用滾筒對稻種進行精量吸附，并通過正壓對稻種進行運移使其落入田間，由于稻種在管路內部的運動難以控制，因此田間播種成穴效果有待提高。Karayel等[22]針對氣流與種子之間的相互影響機理進行了研究與分析，建立了不同參數與結構下的種子運動模型。Zhang等[23]針對水稻芽種設計了一種氣力式排種器，建立了吸附模型，分析了稻種吸附機理，為精量播種提供了研究基礎。Xing等[24]針對超級雜交稻播種要求，設計了一種單圓盤氣力式直播機，理論播種精度為1～3粒/穴，田間播種時受大田環(huán)境影響，存在空穴率較高風險。Singh等[25]對影響氣力式排種器吸種精度的主要因素進行了分析，明確了各個因素之間的相互影響與相互作用的關系，建立了吸種模型，為優(yōu)化結構參數提供了依據。

以上水稻精量直播技術的研究中，機械式排種器播種量大，難以滿足精少量雜交稻播種的需求；氣力式排種器的研究主要集中于室內試驗，缺乏田間試驗研究與性能驗證。為滿足雜交水稻田間直播需求，本文以3～5粒/穴播種量為目標，設計了一種雙腔氣力式水稻精量直播機，介紹了該機主要結構與設計，試制樣機并進行了田間試驗，對田間作業(yè)參數進行優(yōu)選，滿足了雜交稻田間精量播種的要求。

1 總體結構與工作原理

雙腔氣力式水稻精量直播機總體結構如圖1所示。該機主要由洋馬（VP6D）動力底盤（其功率為13.2 kW）、開溝底板、雙腔氣力式水稻精量排種器、負壓管路、動力輸出軸（Power Take Off shaft, PTO）、三點懸掛裝置、仿形浮板、汽油旋渦風機等部件構成，其主要技術參數如表1所示。

1.洋馬插秧機（VP6D）動力底盤 2.開溝底板 3.雙腔氣力式水稻精量排種器 4.負壓分支管路 5.動力輸出軸 6.三點懸掛裝置 7.負壓總管路 8.仿形浮板 9.汽油旋渦風機 10.開種溝器 11.開蓄水溝器 12.開排水溝器

表1 雙腔氣力式水稻精量直播機主要技術參數

如圖1所示，雙腔氣力式水稻精量直播機的核心工作部件雙腔氣力式水稻精量排種器通過機架等結構安裝于洋馬插秧機動力底盤的后部，采用三點懸掛機構對播種機架進行提升與下降；各排種器之間由聯軸器相互連接，實現同軸轉動、同步播種，并通過洋馬動力底盤的PTO為排種器的轉動提供動力輸出，排種器與動力輸出軸之間通過減速箱相互連接，實現播種速度與前進速度匹配。選用汽油旋渦式風機為雙腔氣力式排種器提供吸種負壓，通過調節(jié)汽油旋渦風機油門開度調節(jié)輸出功率進而實現對負壓壓強的控制，以滿足雙腔氣力式水稻精量直播機的吸種負壓要求。開溝底板在田間開出播種溝、蓄水溝和排水溝，排種器田間作業(yè)時將水稻種子播于播種溝內，蓄水溝用于儲存一定量的水以保證田間的泥面濕潤，排水溝方便排出多余的水，以免田間積水過多過深，影響稻種發(fā)芽。

2 關鍵部件設計

2.1 播種裝置設計

2.1.1 排種器總體結構

雙腔氣力式水稻精量排種器結構如圖2所示，主要由種箱、種箱連接件、排種殼體、排種軸、卸種裝置、氣吸殼體、法蘭和吸種盤組成。主要技術參數如表2所示。

1.種箱 2.進種通道 3.排種殼體 4.排種軸 5.卸種裝置 6.排種管 7.氣吸殼體 8.法蘭 9.吸種盤

表2 雙腔氣力式水稻精量排種器主要技術參數

如圖2所示，稻種由雙種箱經由各自的種箱連接件流入到雙排種殼體中，分別進入左右排種殼體的吸種區(qū)內。氣吸殼體與雙吸種盤相互配合形成氣室結構，氣流由氣吸殼體的負壓接口流入氣室中，使氣室內部產生負壓，在雙吸種盤吸孔處產生壓差，將吸種區(qū)內的稻種吸附于吸孔上。吸孔之間安裝攪種裝置，在攪種裝置的作用下，吸種區(qū)內的稻種更加松散，有利于提高稻種的被吸附率。采用單軸雙法蘭結構帶動雙吸種盤轉動，被吸附的稻種隨雙吸種盤轉動，經過攜種區(qū)到達投種區(qū)，投種區(qū)與負壓氣室分離，當稻種到達投種區(qū)后，所受負壓吸力消失，在重力的作用下離開吸種盤，由于雙吸種盤吸孔相互對應，可同時投種，完成整個播種過程。

2.1.2 氣吸殼體結構設計

氣力式排種器的氣壓由風機通過管路流入氣吸殼體的流道內部，流道與吸種盤相互配合，在吸孔處產生壓差，進行吸種作業(yè)，因此，流道內部氣壓的均勻性將直接影響吸孔氣壓的均勻性。如圖3a所示，與單吸種盤氣力式排種器不同，雙腔氣力式排種器采用雙吸種盤進行吸種，氣室流道的兩側面均有吸孔。雙吸種盤上12組吸孔數量相同且吸孔位置相互對稱，采用同軸傳動，可實現同步吸種與同步落種。

1.負壓接口 2.吸孔 3.負壓氣室流道 4.吸種盤 5.大氣壓接口 6.大氣壓氣室流道 7.吸種盤底面 8.氣室流道內壁

如圖3b所示，負壓流道為U型結構，根據前期研究結果[26]，負壓接口位于流道中間，使氣流更加均勻在流道內部分布，當流道寬度大于14 mm，厚度大于20 mm時可有效減小氣流在流道內部的壓損[26]，因此，流道的寬度設置為24 mm，厚度設置為30 mm。根據流體力學原理[27]，當氣流在氣室內部流動時與氣室內壁產生摩擦，造成氣壓的損失，同時氣室的局部拐角也會造成氣壓的局部損失，因此，將氣室流道的結構設計成圓弧狀，圓弧角度為240°，以減小壓損。

2.1.3 吸種盤結構設計

為了滿足雜交稻3～5粒/穴的播種要求，將每一側吸種盤均開設2排吸孔，2側共有4排吸孔。吸種盤結構如圖4所示。為了提高稻種的吸附率，在2個吸孔之間安裝攪種裝置，攪種裝置為圓柱體，厚度2 mm，直徑5 mm，該裝置與2個孔圓相切。根據文獻[10]可知，增加攪種裝置可增加稻種在吸種區(qū)留的流動性，可輔助吸孔吸附稻種。根據前期研究結果[10]，將吸種盤直徑設置為152 mm，厚度為2 mm，吸孔直徑為1.5 mm，吸孔組數為12組。

2.1.4 排種性能預試驗

為了測試排種器的播種效果，在吸種盤轉速30 r/min的條件下進行了預試驗，以3～5 粒/穴為合格指標，結果如圖5所示，由試驗結果可知，當吸種負壓小于1.6 kPa或大于4.0 kPa時，播種合格率低于72%，與設計精量播種目標差距較大，當吸種負壓為3.2 kPa時，3～5粒/穴率高于85%，由預試驗結果表明該排種器滿足雜交稻3～5粒/穴的播種需求。

1.吸種區(qū) 2.清種區(qū) 3.攪種裝置 4.吸孔 5.攜種區(qū) 6.送種區(qū)

圖5 預試驗結果

2.2 負壓風力裝置

該直播機選用本田2200汽油旋渦式風機為雙腔氣力式直播機的排種器提供吸種負壓，如圖6a所示。該汽油旋渦風機的功率為4.125 kW，最大真空壓強為25 kPa，流量為200 m3/h，通過控制油門開度調節(jié)輸出功率進而實現對流速與壓強的控制。

由流體力學原理可知[27]，管路內徑越小，流體與管路內部摩擦越大，其壓力損失將會增加，為了減小負壓在管路內部的損失，設計梯度式管路如圖6b所示，主管路采用內徑50 mm的管路，分管路采用內徑25 mm的管路，主管路與汽油旋渦風機的負壓出口相互連接。根據預試驗結果可知，單個排種器最佳吸種負壓為3.2 kPa，此時管路內的空氣流速為9.8 m/s。根據流體力學理論公式（1）可知[27]，單個排種器的負壓流量為17.31 m3/h。因此，該機10行排種器需要總體流量為173.1 m3/h，故所選用汽油旋渦風機滿足流量需求。

（1）

式中為氣流流量，m3/h；為管路的橫截面積，m2；為氣流流速，m/s。

采用水平壓力計針對每個排種器吸種負壓進行測量，吸種負壓顯示，當汽油旋渦風機在最大功率下工作時，每個排種器的吸種負壓均≥4.2 kPa，滿足預試驗最佳吸種負壓要求。

2.3 傳動系統設計

播種機傳動系統如圖7所示，為滿足傳動需求，采用減速箱、齒輪傳動和鏈輪轉動進行傳動比轉換，以滿足穴距調整要求。整機選用的洋馬（VP6D）動力底盤原插秧株距調節(jié)范圍為100～220 mm，滿足雜交稻種植穴距范圍要求。動力底盤自帶的株距調節(jié)系統是一組齒輪變速箱，當傳動比一定，在同一株距下，直播機前進速度與輸出軸轉速成正比，其傳動系統減速比計算如公式（2）所示[28]。

式中為動力輸出軸與排種軸的傳動比，為直播機動力底盤前進速度，m/s；為直播機水田滑轉率，%；為PTO轉速，r/min；為排種器吸種盤吸孔組數；為穴距，m。

圖6 負壓系統

由文獻[28]可知，直播機水田滑轉率為15%，當PTO轉速=608 r/min，穴距= 0.1 m，排種器吸種盤吸孔組數=12，由公式（2）可知，此時，動力輸出軸與排種軸的傳動比約為=1∶12。為滿足上述轉動比需求，采用多級減速的方式對傳統系統進行設計，傳動系統如圖7所示，其減速箱的減速比為1∶2，且該減速箱采用錐齒輪結構可將PTO的轉向變位橫向，與排種軸相互平行，采用1對1∶2直齒輪再次進行減速，并改變轉動方法，最終采用1∶3鏈輪轉動，將動力傳輸到排種軸上，通過以上3級傳動，使動力輸出軸與排種軸的傳動比傳動比達到1∶12，滿足設計要求。

1.動力輸出軸PTO 2.減速箱（傳動比1∶2） 3.齒輪傳動（傳動比1∶2） 4.鏈傳動（傳動比1∶3） 5.聯軸器 6.排種器

3 田間試驗

3.1 試驗材料

選取雜交稻甬優(yōu)4949為試驗材料，對該機田間播種精度進行試驗驗證。試驗前稻種在水中浸泡24 h，去除雜質與秕谷，對稻種進行催芽處理至破胸露白，此時芽長為1～3 mm，由于芽長較短，在播種過程中不易被折斷，不會對稻種造成損傷。試驗前將稻種晾干，測得稻種平均含水率為23.5%。

試驗地點為華中農業(yè)大學試驗田，播種前用旋耕機將田帶水旋耕至起漿，再用平地機對水田進行平整，沉淀2 d后進行播種。此時土壤表面無明顯積水，該狀態(tài)下的土壤具有較好的粘附性，直播機開溝效果較好，播種后種子易被土壤粘附，無彈跳，成穴效果較好。試驗時間為2020年5月20號，環(huán)境溫度為26 ℃。

3.2 試驗方法

氣吸式排種器主要通過負壓氣流作用將稻種由種群中分離，同時負壓是維持稻種始終被吸附于吸種盤上的主要動力，是氣吸式排種器工作的必要因素，負壓的增加將提升吸孔吸附稻種的能力，因此，負壓對排種器吸附精度產生影響。由公式（2）可知，當轉動比一定時，直播機PTO轉速與前進速度成正相關，同時PTO與排種軸通過傳動系統相連，因此，直播機前進速度與排種軸轉速成正相關關系。當前進速度提升時，排種軸轉速提升，轉速的提升將增加被吸附稻種的離心力，對稻種的吸附效果產生影響。因此，本研究選擇吸種負壓與前進速度為試驗因素。

參考預試驗結果可知，當吸種負壓高于4.0 kPa或低于1.6 kPa時，播種合格率較低，不滿足播種作業(yè)要求。由于田間播種試驗環(huán)境復雜，根據預試驗結果，取吸種負壓為2.4、3.2和4.0 kPa。采用水平壓力計對吸種負壓進行測量[7]，由于管路內部氣壓分布存在差異，管路2端氣壓小于中間氣壓，選取一端排種器為測量點，檢測該排種器的負壓，當該排種器滿足最佳吸種負壓條件時，中間排種器的吸種負壓將高于該排種器，中間排種器的播種量將高于2端，可減小排種器的總體漏播率。由于水田土壤泥濘，水稻直播機行走阻力較大，當前進速度達1 m/s時，即視為高速作業(yè)[24]。同時由于水田泥腳深淺不一，導致直播機田間作業(yè)時難以保證始終勻速前進，因此，試驗時盡可能控制直播機田間前進速度均勻，通過前期田間標定試驗，當直播機低速行駛時，其前進速度為0.2～0.4 m/s，中速為0.5～0.7 m/s，高速為0.8～1.0 m/s。選取低、中、高3個試驗水平的作業(yè)速度，如表 3所示。田間試驗與田間出苗長勢和作業(yè)效果如圖8所示。

表3 試驗因素水平表

3.3 評價指標

參考GB-T 6973—2005[29]確定雙腔氣力式水稻精量直播機田間播種性能檢測指標與方法。連續(xù)記錄直播機每穴排出種子的數量。由于該直播機具有10個排種器，將直播機上的排種器從左至右依次編號為1～10，記錄每一個排種器的每穴播種精度X，每個排種器各取100穴，重復3次（即每個排種器取300穴），計算公式如式（3）。以3～5粒/穴為合格指標，0～2粒/穴為漏播指標，大于5粒/穴為重播指標。采用SPSS軟件[30]對統計后的數據進行處理。

式中p(i)為各指標占比；Xi為滿足各指標的總穴數。

4 結果與分析

田間試驗結果如圖9～11所示，10行平均數與變異系數如表4所示。

由圖9可知，當直播機低速作業(yè)時，吸種負壓提升至4.0 kPa，大于5粒/穴占比會大幅度提高，約提升了60%，當直播機中速與高速作業(yè)時，吸種負壓提升至4.0 kPa時，其大于5粒/穴占比提升了約20%，低速運轉時，大于5粒/穴占比遠高于中速與高速，播種合格率大幅度降低。主要原因為：當直播機低速播種時，由于排種盤轉速與直播機前進速度相互匹配，所以排種盤轉速較低，當排種盤低速運轉，吸孔與經過吸種區(qū)的時間增加，吸孔接觸稻種的時間也增加，同時，由于負壓提升至4.0 kPa，吸孔吸附稻種的吸力也隨之提升，因此，大于5粒/穴占比增加。此外，排種盤轉速較低，稻種被吸附后所受的離心力減小，稻種不會因為吸力不足而脫離吸種盤。以上原因導致了當直播機低速前進、吸種負壓為4.0 kPa時，大于5粒/穴占比大幅度增加，以上2個因素都會增加吸孔對稻種的吸附概率，提高大于5粒/穴占比，這與現有研究結果一致[31-32]。

由圖9和圖10可知，當吸種負壓為2.4與3.2 kPa時，播種合格率隨直播機前進速度的增加而減小，主要原因為：當吸種負壓為2.4與3.2 kPa時，吸力不足，此時增加吸種盤轉速會增加離心力等不穩(wěn)定因素，從而導致吸種穩(wěn)定性降低，0～2粒/穴占比增加。因此，播種合格率隨直播機前進速度的增加而減小。

圖9 直播機低速（0.2～0.4 m·s-1）作業(yè)試驗結果

圖10 直播機中速（0.5～0.7 m·s-1）作業(yè)試驗結果

由圖9～11可知，10個排種器之間的播種效果存在一定的波動。中間位置排種器的大于5粒/穴占比要略高于兩端排種器，0～2粒/穴占比要略低于兩端的排種器。產生該現象的主要原為，排種器負壓由旋渦氣泵提供，旋渦氣泵產生吸種負壓，經由負壓管路分配至各個排種器，本文采用分支式管路，隨著管路長度的增加與管路的折彎拐角增多引起氣壓損失增加，因此兩端分管路的氣壓損失高于中間管路，故其吸種負壓小于中間管路，導致了中間排種器的大于5粒/穴占比高，0～2粒/穴占比低。

由表4試驗結果可知，當吸種負壓為3.2 kPa時，播種合格率（3～5粒/穴占比）高于4.0與2.4 kPa的合格率，低速時其平均播種合格率為91.04%，大于5粒/穴占比6.73%。

由表4試驗結果可知，當直播機低速播種時，排種器的各行平均播種粒數分別為4.02、4.16和4.99，中速時平均播種粒數分別為：3.78、4.02和4.75，高速時平均播種粒數分別為：3.13、3.77和4.58。由平均播種粒數試驗結果可知，平均播種粒數隨吸種負壓的增加而增加，隨直播機前進速度的減小而增加。當吸種負壓為4.0 kPa時，平均播種粒數均大于4.5粒/穴。

圖11 直播機高速（0.8～1.0 m/s）作業(yè)試驗結果

表4 不同作業(yè)速度下各行排種器變異系數分析

注：# 為無變異。由于低速作業(yè)時，0～2?！ぱ?1占比為0，因此無變異。

Note: # is no variation. When the seeder worked at low speed, the probability of 0-2 seeds·hill-1was 0, so there was no variation.

由圖8可知，該裝置的田間播種均勻性較好，田間出苗效果良好，行距穴距基本均勻，其播種精度與種植密度滿足水稻水田農藝種植要求。由表4可知，田間作業(yè)時，10行播種合格率和播種平均數的變異系數均小于5%，其中，當吸種負壓為3.2 kPa時，播種合格率變異系數均小于2%。可見因管路差異造成的氣壓波動對播種合格率影響較小，滿足田間均勻播種的要求。

5 討 論

由田間試驗結果可知，當直播機低速作業(yè)時，吸種負壓為3.2 kPa時，10行排種器平均播種合格率最高為91.04%，空穴率為0，與原有的單腔單吸種盤直播機相比[31]，該直播機空穴率降低了2%左右。

分析其減少空穴的機理如下：該直播機采用雙腔雙吸種排種器對稻種進行吸附，前人研究顯示[33]，氣力式排種器各吸孔對稻種的吸附過程受稻種品種、狀態(tài)、排種器結構與運動參數等多種因素影響，常規(guī)單腔氣力式排種器單側吸種會由于未吸附稻種或稻種提前脫落、未在投種區(qū)投放等原因產生空穴，而雙側吸種因具有兩個吸種盤，其吸種過程相互獨立，兩側吸盤同時吸附不了稻種的概率會相應大大下降。因此，本機田間播種空穴率得到顯著改善。

6 結 論

1）針對雜交稻水田直播均勻精量直播要求，本文設計了一種雙腔氣力式水稻精量直播機，介紹了直播機的工作原理，對其主要工作部件進行分析。

2）以雜交稻甬優(yōu)4949為試驗對象，在不同吸種負壓與不同直播機前進速度條件下進行了田間試驗。試驗結果表明：當吸種負壓為3.2 kPa、直播機低速作業(yè)時，播種效果最佳，10行排種器平均播種合格率（3～5粒/穴率）為91.04%，0～2粒/穴占比為2.23%，大于5粒/穴占比為6.73%，各排種器之間的播種合格率變異系數均小于5%，滿足雜交稻水田均勻精量播種要求。

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Development and experiment of double cavity pneumatic rice precision direct seeder

Xing He, Zhang Guozhong※, Han Yuhang, Gao Yuan, Zha Xiantao

(1.,,430070,,,,430070,)

Rice is one of the main food crops for more than 50% of the world's population. Mechanized rice direct seeding was roughly divided into broadcast seeding, drilling and hill seeding. The broadcast seeding was not conducive to the field growth and management, where the seeding precision was low, the distribution of rice seeds was irregular in the field, and the uniformity of seedling emergence was not good. In the drill seeding, the field distribution was better regular than that in the broadcast seeding. Since about 50% of rice planting area in China is hybrid rice at present, the drill seeding cannot meet the requirements of hybrid rice seeding, particularly suitable for the conventional rice because of its large seeding rate. The hybrid rice has stronger tillering ability and higher yield, compared with the conventional rice. Furthermore, only 3-5 seeds/hill is needed to form high-yield structure, when the mechanized direct seeding was adopted. In this study, a double-cavity pneumatic precision direct seeder was designed for the hybrid rice, with the seeding rate of 3-5 seeds/hill as the goal, thereby to meet the requirement of hybrid rice direct seeding in the field. The seeder was mainly composed of a double-cavity pneumatic seed metering device, gasoline vortex pump, negative pressure pipeline, ditching equipment, and transmission system, where the seed metering device was introduced, and the transmission system was designed. The vacuum pump was also selected, where the gradient reducing pipeline was designed to provide the air flow of negative pressure, according to the negative pressure of seed metering device. Taking the hybrid rice Yongyou 4949 as experimental materials, a field test was carried out under the various negative pressure of sucking seed, and forward speed of seeder (i.e., the rotation speed of sucking seed plate). An attempt was made to explore the effects of sucking seed negative pressure and the forward speed on seeding precision of double-cavity pneumatic rice precision direct seeder. As such, a new type of pneumatic direct seeder was designed with a double cavity for rice precision seeding, according to the requirement of direct seeding of hybrid rice in the field. A field experiment was also carried out to obtain the best working parameters, after the design for the main working parts of the seeder. The results showed that the average seeding qualified rate (3-5 seeds/hill rate) of seeder was 91.04%, the probability of 0-2 seeds/hill was 2.23%, the probability more than 5 seeds/hill was 6.73%, the average number of seeding was 4.16, and the variation coefficient of seeding qualified was 1.24%, when the negative pressure of sucking seed was 3.2 kPa and the forward speed of seeder was low (0.2-0.4 m/s). Two factors can be contributed to the values of parameters in field tests lower than those in laboratory tests. The uneven mud surface can determine the field work of seeder, due to the complex environment of field seeding can be detrimental to the performance of seed sucking, particularly on the vibration of seeder. In the uneven distribution of negative pressure, there was a significant influence on the seeding precision of seeds metering devices, where the others would not be able to achieve the optimal negative pressure of seed sucking, when some of seed-metering devices reached. In the field test, the probability of 0 seed/hill was 0. Compared with the original seeder with the single cavity and single sucking plate, the pneumatic rice precision direct seeder with the double cavity can effectively improve the probability of 0 seed/hill. The seeding precision can meet the requirement of direct seeding of hybrid rice in the field. The finding can provide a sound reference for the precision direct seeding and equipment of hybrid rice.

agricultural machinery; design; seeder; pneumatic; hybrid rice; double cavity; precision seeding

邢赫，張國忠，韓宇航，等. 雙腔氣力式水稻精量水田直播機設計與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(24)：29-37.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.004 http://www.tcsae.org

Xing He, Zhang Guozhong, Han Yuhang, et al. Development and experiment of double cavity pneumatic rice precision direct seeder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(24): 29-37. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.004 http://www.tcsae.org

2020-07-16

2020-11-04

國家重點研發(fā)計劃子課題（2017YFD0301404-05，2018YFD0301304-3）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項基金（2662018PY038）；湖北省高等學校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊計劃項目（T201934）

邢赫，博士后，研究方向為水稻生產機械化技術與裝備。Email：hexing@mail.hzau.edu.cn

張國忠，教授，博士，研究方向為水稻生產機械化技術與裝備。Email：zhanggz@mail.hzau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.004

S233.71

A

1002-6819(2020)-24-0029-09