摘要：水稻是我國重要的糧食作物，對我國具有重要的戰(zhàn)略意義，增加水稻產(chǎn)量有利于保障我國糧食安全，而精量播種是提升水稻產(chǎn)量的重要舉措之一。播種設(shè)備以其高效作業(yè)、穩(wěn)定可靠、省工省力等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)水稻精量播種過程中起到關(guān)鍵作用。綜合了解播種設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀及不足，對提高播種精度、改善播種質(zhì)量具有重要意義。本文首先分析了國內(nèi)外水稻播種設(shè)備的研究現(xiàn)狀，概括其實(shí)現(xiàn)精量播種的原理，并對其優(yōu)缺點(diǎn)及適用地塊進(jìn)行分析，探討了實(shí)現(xiàn)高速精量播種的研究方向；其次歸納排種器的類型，闡述不同類型排種器實(shí)現(xiàn)精量播種的工作原理，在綜合國內(nèi)外排種器應(yīng)用改善現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對其現(xiàn)有弊端提出改進(jìn)方向，重點(diǎn)介紹氣吸式排種器的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀，提出通過改善種子流動性、穩(wěn)定吸室負(fù)壓、調(diào)整稻種姿態(tài)等方式提高氣吸式排種器的播種精度；最后針對排種器投種過程中出現(xiàn)的種間碰撞、落地彈跳而引起播種合格率降低的問題，分析投種速度、角度、高度是解決問題的關(guān)鍵，通過動力學(xué)分析，增設(shè)導(dǎo)種管道確保種子按照預(yù)期軌跡運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)投種一致性與均勻性，以期為實(shí)現(xiàn)水稻精量直播提供參考。

關(guān)鍵詞：水稻；精量播種；排種器；投種過程；工作原理；優(yōu)缺點(diǎn)

中圖分類號：S223.2 ""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）13-0013-09

水稻是我國重要的糧食作物，雜交水稻的出現(xiàn)大幅提升了水稻的產(chǎn)量，對我國的糧食安全和社會保障具有重要意義［1-4］。相較于常規(guī)稻，雜交水稻具有分蘗能力強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、用種量少的優(yōu)點(diǎn)，甚至對于一些超級雜交稻，僅需1～3粒即可滿足穴播要求［5-6］。因此，如何實(shí)現(xiàn)精量播種成為重點(diǎn)問題。

隨著我國機(jī)械化程度的進(jìn)步，機(jī)械化播種已被廣泛應(yīng)用，大力推展機(jī)械化播種對于推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要的意義［7］。排種器是播種過程的核心部件，結(jié)合我國現(xiàn)有水稻品種所需播種量少的現(xiàn)狀，如何實(shí)現(xiàn)排種器精量播種是重中之重。唐楠銳等針對水稻種子流動性差、充種困難設(shè)計(jì)了一種具有攪種型孔的雙腔水稻精量穴播排種器，為進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械式水稻精量排種器提供了思路［8］。李蘭蘭等為提高機(jī)械式水稻精量排種器的精度，設(shè)計(jì)了一種滑片型孔輪式排種器，其主要的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過弧形滑片的往復(fù)移動進(jìn)行護(hù)種，保證充入型孔內(nèi)的種子在到達(dá)投種區(qū)域之前不會掉出［9］。楊全軍等針對排種器高速作業(yè)易產(chǎn)生漏播的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種雙盤高速氣力式水稻精量排種器，其工作原理主要是利用正負(fù)氣壓完成對水稻種子的充種、攜種、投種、清種等過程［10］。張順等為滿足雜交稻 2～4粒的播種要求，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)充氣力式精量排種器，其主要工作原理為種子通過自身重力及種間作用力充入到窩眼中，轉(zhuǎn)到負(fù)壓區(qū)時(shí)，未被穩(wěn)定吸附的稻種掉落到充種區(qū)，到達(dá)投種區(qū)時(shí)，負(fù)壓氣流被隔斷，完成投種［11］。上述研究主要通過改善種子充種過程的流動性、保證攜種過程的穩(wěn)定性和確保投種過程的順暢性提高播種精度，但仍無法穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)水稻精量直播。

本文對國內(nèi)外水稻精量直播機(jī)械的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，介紹了目前應(yīng)用較廣的排種器種類及其工作原理，重點(diǎn)分析了在投種過程中如何減少種間碰撞、穴內(nèi)彈跳而造成的播種合格率降低的問題，以期為進(jìn)一步提高水稻精量排種提供參考。

1 水稻精量直播機(jī)械的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

水稻種植模式主要包括育秧移栽和直播2種方式。水稻育秧移栽播種質(zhì)量好，秧苗分布相對均勻，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，但是生產(chǎn)過程繁瑣，耗時(shí)耗力，主要分布在亞洲地區(qū)。水稻直播具有作業(yè)效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，是歐美等發(fā)達(dá)國家水稻種植的主要方式，近年來發(fā)展較為迅速［12］。

1.1 水稻精量直播機(jī)械的國外研究現(xiàn)狀

水稻機(jī)械化直播水平比較高的國家主要分布在歐美地區(qū)，其技術(shù)研究較早，已基本實(shí)現(xiàn)完備的機(jī)械化直播體系。美國目前基本實(shí)現(xiàn)水稻機(jī)械化直播全區(qū)域覆蓋，其中旱直播約占80%，主要機(jī)型為牽引式條播機(jī)播種，作業(yè)幅寬大，機(jī)械化程度高，生產(chǎn)成本低，比較具有代表性的為美國John Deere公司生產(chǎn)的1520型水稻旱直播機(jī)（圖1-a），可實(shí)現(xiàn)大地塊直播，作業(yè)效率高，播種性能好［13-14］。意大利Maschio Gaspardo 公司生產(chǎn)的氣吹式播種機(jī)（圖1-b），可適應(yīng)多種谷物，可以根據(jù)播種速度自動調(diào)節(jié)下種量，實(shí)現(xiàn)高精度播種［15］。挪威的Kverneland公司生產(chǎn)的格蘭DL氣吹式條播機(jī)（圖1-c），種箱位置低，便于加種，校準(zhǔn)簡易，工作幅寬3.0～4.5 m，工作效率高。德國LEMKEN公司生產(chǎn)的Solitair精量播種機(jī)（圖1-d），集整地、播種、施肥多重功能于一體，其定量播種裝置可根據(jù)不同谷物、不同播量進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作簡單，功能全面［16］。日本的久保田公司生產(chǎn)的2BDZ-10水稻直播機(jī)（圖1-e），可以對每行播量進(jìn)行調(diào)整，并且設(shè)有余量報(bào)警器，當(dāng)余量不足時(shí)，可以反饋到駕駛面板，發(fā)出警報(bào)［17］。韓國大同設(shè)計(jì)的2BD-10A（DXD1025）單體式水稻直播機(jī)（圖1-f）所示，采用透明式種箱，能夠確認(rèn)種箱種子余量，并且可以利用手動式種箱切斷閘門，靈活控制各行播種。

國外機(jī)械化直播技術(shù)較為成熟，歐美地區(qū)主要以飛機(jī)撒播為主，亞洲地區(qū)多采用大田機(jī)械播種，國外設(shè)備多適用于大田作業(yè)，工作效率高，可根據(jù)播種量自動調(diào)節(jié)進(jìn)種量，并且集整體、播種、施肥等多種功能于一體，大幅減少勞動力，但因播種面積過大，易造成種子浪費(fèi)，并且不符合我國小地塊的國情，難以在我國推廣應(yīng)用。

1.2 水稻精量直播機(jī)械的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，隨著國家對水稻種植的大力投入，水稻直播機(jī)械成為各農(nóng)機(jī)生產(chǎn)單位和科研單位的研究熱點(diǎn)，水稻直播機(jī)械化得到大力發(fā)展［18］。上海世達(dá)爾2BDXZ-10CP水稻穴直播機(jī)（圖2-a），可以通過調(diào)節(jié)2種大小窩眼、更換3種排種輪來調(diào)節(jié)播量，可以根據(jù)具體的需求來選擇不同的行數(shù)，可以搭配不同的動力單元，相應(yīng)的具有不同的穴距調(diào)節(jié)方式。中機(jī)美諾科技股份有限公司生產(chǎn)的美諾6288播種機(jī)（圖2-b），可以一次性完成整地、施肥、播種、覆蓋作業(yè)，播種均勻性好，作業(yè)效率高，由于種箱較大，可適應(yīng)大塊田作業(yè)。湖北黃鶴插秧機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的黃鶴2Z-XRD2410水稻直播機(jī)（圖2-c），株距可調(diào)，對種子外形適應(yīng)性好，具備超大種子箱，有利于提升作業(yè)效率。北京德邦大為科技股份有限公司生產(chǎn)的2BD-11多功能覆土直播機(jī)（圖 2-d），一次性完成旋耕、施肥、播種和覆土作業(yè)，可以減少水稻育秧、運(yùn)秧和插秧環(huán)節(jié)，能有效降低生產(chǎn)成本和勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。浙江博

源農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的2BD-10A水稻精量穴直播機(jī)（圖2-e），可同時(shí)進(jìn)行開溝、起壟和播種作業(yè)，空穴率低，護(hù)種功能好，工作效率高。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)的2BDZQ-33800水稻直播機(jī)（圖2-f），是國內(nèi)首臺33行大型智能化氣力集排式水稻直播機(jī)，它的出現(xiàn)填補(bǔ)了國內(nèi)大型氣力式智能化水稻直播機(jī)技術(shù)的空白。這款水稻直播機(jī)大幅簡化了播種機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了播量的精準(zhǔn)調(diào)整，智能化程度較高，操作方便，作業(yè)效率高。

我國水稻直播機(jī)仍處于發(fā)展階段，大多是根據(jù)玉米、小麥等作物播種機(jī)改進(jìn)而來，播種精度低，且根據(jù)播種作物的不同需更換不同的排種器，在高速作業(yè)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)精量播種。

綜上所述，我國水稻直播機(jī)直播技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。排種器是播種機(jī)的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接影響播種設(shè)備的工作狀況。因此，改善排種器在高速作業(yè)時(shí)的播種精度是提升我國水稻精量直播技術(shù)的關(guān)鍵措施。

2 水稻精量直播排種器的分類

目前排種器主要分為機(jī)械式排種器和氣力式排種器兩大類。機(jī)械式排種器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同主要分為槽輪式、圓盤式、窩眼輪式和指夾式。因水稻種子的外形特點(diǎn)，較為常用的為槽輪式和圓盤式。機(jī)械式排種器結(jié)構(gòu)簡單，更適合于中等或大播量要求，但是對種子外形尺寸要求較高，易傷種，且在高速作業(yè)時(shí)易產(chǎn)生嚴(yán)重漏播和種子損傷的問題。氣力式排種器主要根據(jù)吸室為正壓或者負(fù)壓分為氣吸式、氣吹式、氣壓式。氣力式排種器以其作業(yè)速度高、不易傷種，且能實(shí)現(xiàn)定量精播的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。

2.1 機(jī)械式排種器

2.1.1 外槽輪式排種器

外槽輪式排種器結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，但是易對種子造成損傷，而且容易造成充種不均勻，可能會有“脈動”現(xiàn)象，影響播種合格率。工作原理是依靠種子自身重力填充到凹槽中，隨著槽輪的旋轉(zhuǎn)，凹槽中的種子在槽齒的強(qiáng)制推動下經(jīng)排種口排出，完成排種過程，這一層種子也被稱為“強(qiáng)制層”，后面的“帶動層”種子隨之排出。

周海波等針對現(xiàn)有的外槽輪式排種器充種不均勻的問題，設(shè)計(jì)了一種電磁振動勺型外槽輪式定量供種裝置（圖3）［19］。其工作原理為利用振動促進(jìn)種子的流動，防止種層變薄而導(dǎo)致充種能力急劇下降，影響定量供種的精度，并進(jìn)行了振幅對供種量影響的試驗(yàn)。結(jié)果表明：沒有加入電磁振動時(shí)，定量供種的相對誤差高達(dá)20%，而加入振動后，定量供種的相對誤差僅有9%，供種裝置的振動有利于提高充種效果。

何麗楠等為解決槽輪排種器播種不均勻，且不能同時(shí)使用水稻和小麥的播種要求的問題，設(shè)計(jì)了一種稻麥兼用螺旋槽式排種器［20］。該研究通過理論分析，確定了螺旋角的范圍，并進(jìn)行了排種器性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：在螺旋角為30°、轉(zhuǎn)速為 30 r/min、工作長度為0.6 cm時(shí)，水稻每穴3～8粒的占比為94.41%，每穴小于3粒的占比為2.02%，每穴大于8粒的占比為3.57%，滿足水稻直播的排種要求。

綜上所述，槽輪式排種器面臨的主要問題是充種性能不佳、播種不均勻，特別是當(dāng)種箱內(nèi)種量不足時(shí)，更易造成漏充現(xiàn)象?，F(xiàn)有解決方案的原理是通過增加水稻種子的流動性，增設(shè)振動裝置，改善槽輪的螺旋角度，改變槽輪槽孔形狀等。

2.1.2 圓盤式排種器

圓盤式排種器主要分為水平圓盤式排種器、垂直圓盤式排種器、傾斜圓盤式排種器3類。水平圓盤式排種器（圖4-a），其工作原理為種子依靠自身重力充入到型孔中，隨著圓盤旋轉(zhuǎn)到達(dá)清種區(qū)域，刮種器刮掉多余的種子，到達(dá)投種區(qū)域時(shí)，在種子自重的作用下完成投種。其主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，低速工作時(shí)合格率高；缺點(diǎn)為投種高度高，種子易在種溝內(nèi)發(fā)生彈跳，不能適用高速作業(yè)。垂直圓盤式排種器（圖4-b），其工作

原理為種子依靠自身重力和離心力沿徑向充入到型孔中，到達(dá)投種區(qū)域依靠種子自身重力完成投種。其主要優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單，投種高度低；缺點(diǎn)是充種面積小，不能適用于高速作業(yè)。傾斜圓盤式排種器（圖4-c），其工作原理為種子依靠自身重力充入到型孔中，到達(dá)清種區(qū)域依靠自身重力增強(qiáng)清種效果，到達(dá)投種區(qū)域依靠自身重力完成投種。其優(yōu)點(diǎn)為充種區(qū)大，投種高度低；缺點(diǎn)為傳動裝置較為復(fù)雜。

李帥奇等設(shè)計(jì)了一種適宜于丘陵地區(qū)的山地水平圓盤式排種器，其主要結(jié)構(gòu)如圖5所示［21］。該研究選取最優(yōu)組合排種盤直徑為200 mm、動排種盤厚度為10 mm、漏種孔弧度為15 mm時(shí)，合格指數(shù)為98.78%。

崔清亮等為解決谷子等小籽粒種子播種難、少量播種的問題，設(shè)計(jì)了一種傾斜圓盤式谷子精量排種器，其主要結(jié)構(gòu)如圖6-a所示［22］。因谷子籽粒較小，可能會卡在充種孔內(nèi)，因此設(shè)計(jì)了如圖6-b所示的彈性推種器，其主要工作原理為推種頭頂部給充種孔的種子一個(gè)輕微的推力，使種子進(jìn)入落種過程。排量穩(wěn)定性和均勻性試驗(yàn)表明，排量穩(wěn)定且均勻，工作性能可靠。

2.1.3 指夾式排種器

指夾式排種器的主要工作原理為當(dāng)排種盤轉(zhuǎn)動到特定位置時(shí)，夾種器開啟，夾持住種群中的種子，夾持不牢固的種子會在自身重力的作用下掉落到種群中，完成清種過程。當(dāng)種子到達(dá)投種區(qū)域時(shí)，夾持器打開，種子掉落完成排種。

周鵬等為提高指夾式玉米精密排種器的排種質(zhì)量，對指夾式排種器主要部件進(jìn)行了分析。并對排種盤面附加材料以及頻率、作業(yè)速度進(jìn)行了臺架性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：添加橡膠薄墊、頻率為 14 Hz、作業(yè)速度為4 km/h時(shí)，排種效果最佳［23］。

2.1.4 窩眼輪式排種器

窩眼輪式排種器的工作原理主要為種子通過自身重力填充到窩眼中，到達(dá)刮種區(qū)域時(shí)，利用刮種板刮掉多余的種子，到達(dá)投種區(qū)域時(shí)，種子在自身重力的作用下完成投種。

李慧琴等設(shè)計(jì)了一種窩眼輪式小麥精量排種器，確定了該排種器的最佳性能參數(shù)。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明：窩眼輪轉(zhuǎn)速為影響排種性能的主要因素，其次為型孔倒角、毛刷與排種輪的傳動比。當(dāng)窩眼輪轉(zhuǎn)速為40 r/min、型孔為30 °倒角、毛刷與排種輪的傳動比為 2 ∶1時(shí)，可以達(dá)到最佳的排種效果［24］。

2.2 氣力式排種器

氣力式排種器是指利用氣流實(shí)現(xiàn)對種子的運(yùn)輸以及投種，對種子形狀要求不高，且不傷種，應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)正負(fù)壓的不同，氣力式排種器主要分為氣吸式、氣壓式、氣吹式。

2.2.1 氣吸式排種器

氣吸式排種器的工作原理為種箱內(nèi)的種子充入到排種盤上，由于吸室內(nèi)的負(fù)壓狀態(tài)，使得種子被吸附在吸孔上。隨著排種盤的轉(zhuǎn)動，被吸孔吸附的種子隨之轉(zhuǎn)動。當(dāng)種子到達(dá)清種區(qū)域時(shí)，多余的種子將會被清種毛刷清理。隨著排種盤的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，種子到達(dá)投種區(qū)。此時(shí)，吸室內(nèi)負(fù)壓消失，種子在自身重力的作用下落入到投種管內(nèi)，完成播種。

邢赫等為解決氣吸式排種器更換排種盤才能調(diào)節(jié)播種量的問題，設(shè)計(jì)了一種氣吸式播量可調(diào)排種器［25］。其主要的工作原理為在排種殼體內(nèi)設(shè)立3個(gè)相互獨(dú)立的負(fù)壓通道，每個(gè)負(fù)壓通道設(shè)計(jì)了不同的吸孔數(shù)量，根據(jù)播量要求的不同開啟相應(yīng)的1條或多條負(fù)壓通道。相對于傳統(tǒng)的氣吸式排種器，該播量可調(diào)排種器具有調(diào)節(jié)播量方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在些許不足。一是該排種器的仿真試驗(yàn)是在靜態(tài)的條件下進(jìn)行的，試驗(yàn)結(jié)果較理想，但實(shí)際工作的排種盤是轉(zhuǎn)動的，缺乏動態(tài)研究；二是需要手動調(diào)節(jié)流道氣壓的開關(guān)，未能實(shí)現(xiàn)自動化開關(guān)相應(yīng)流道。

臧英等設(shè)計(jì)了一種單粒氣吸式排種器，通過調(diào)整稻種的吸附姿態(tài)以實(shí)現(xiàn)高精度播種（圖7）［26］。圖7-a為種子中間部分被排種盤吸孔吸附，且長軸的方向不與排種盤轉(zhuǎn)動切向方向相重合；圖7-b為種子中間部分被排種盤吸孔吸附，且長軸的方向與排種盤轉(zhuǎn)動的切向方向一致；圖7-c為種子一端被吸孔吸附。當(dāng)?shù)痉N的長軸方向與排種盤轉(zhuǎn)動的切向方向一致時(shí)，稻種被吸附的有效距離長，有利于被吸種盤吸附，從而提高排種精度。該研究通過對稻種在排種盤中的運(yùn)動過程進(jìn)行理論分析，設(shè)計(jì)了一種具有導(dǎo)流槽和輔助吸種裝置的吸種盤，使得稻種能夠被調(diào)整到易吸附的狀態(tài)。

楊發(fā)展等為解決氣吸式水稻精量排種器排種穩(wěn)定性較差的現(xiàn)狀，對排種盤進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)［27］。當(dāng)播種機(jī)即將到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，由于種子數(shù)量過少可能會造成無法被排種盤吸附的現(xiàn)象。在排種盤上設(shè)置凹槽以擾動種子的姿態(tài)，增加種子在排種盤內(nèi)的流動性，以增加種子被吸種孔吸附的概率。EDEM離散元仿真試驗(yàn)表明，當(dāng)凹槽的深度為2 mm、凹槽邊緣采用圓角設(shè)計(jì)且當(dāng)圓弧半徑為2 mm、圓角的角度為90 °時(shí)，種子的流動性最好。

魏海明等為減少育秧的繁瑣步驟，設(shè)計(jì)了一種用于水稻旱地直播的氣吸式排種器［28］。采用負(fù)壓吸種、高壓清種的方式，并采用正交試驗(yàn)確定了吸種盤轉(zhuǎn)速、氣室真空度和吸種孔直徑對排種性能的影響程度。結(jié)果表明，吸種孔直徑大小對排種性能的影響程度最大。

明哲等利用CATIA軟件設(shè)計(jì)了一種新型氣吸式水稻排種器，確定出影響排種器工作質(zhì)量的主要因素為排種盤孔徑、真空度和轉(zhuǎn)速，為排種器的數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)［29］。

紀(jì)要等為降低播種動力消耗，設(shè)計(jì)了一種氣吸雙層滾筒式排種器（圖8）。其主要工作原理為負(fù)壓區(qū)吸種，投種區(qū)切斷負(fù)壓，利用種子自身重力和刮板投種，正壓區(qū)清種。采用雙層獨(dú)立氣道式滾筒，降低排種器氣力參數(shù)要求［30］。

萬霖等針對氣吸式水稻排種器氣壓利用較差、種盤旋轉(zhuǎn)部位摩擦較大的問題，設(shè)計(jì)了一種嵌入氣腔式水稻排種器。其核心創(chuàng)新點(diǎn)是設(shè)計(jì)了一種包含擾流葉片的旋轉(zhuǎn)氣腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣腔旋轉(zhuǎn)時(shí)，擾流葉片增加氣體的流動性，使得氣腔內(nèi)的平均壓強(qiáng)和吸孔處的流速達(dá)到極佳的工作效果。與傳統(tǒng)存在摩擦的氣吸式排種器進(jìn)行對比試驗(yàn)，其合格率、漏播率、重播率均優(yōu)于傳統(tǒng)排種器［31］。

張國忠等為實(shí)現(xiàn)雜交水稻精量直播的要求，設(shè)計(jì)了一種具有群布吸孔排種盤的氣吸式水稻精量穴播排種器［32］。對水稻種子在排種盤吸附過程的運(yùn)動情況進(jìn)行分析，并在清種區(qū)域設(shè)計(jì)了由單根清種指組成的清種裝置，重吸的種子與清種指發(fā)生碰撞，掉落到種子堆中，減少重吸率。但清種指的存在可能會讓僅吸附1粒的種子與清種指碰撞掉落，從而產(chǎn)生漏吸現(xiàn)象。

綜上所述，氣吸式排種器的改進(jìn)方向如下：（1）增加種子被吸附過程中的流動性，特別是當(dāng)種箱中種子較少時(shí)，種子流動性的增加可以提高排種器的排種性能。（2）根據(jù)播種要求設(shè)計(jì)合適的吸種盤吸孔直徑、吸種盤轉(zhuǎn)速以及吸室的真空度，增加種子被吸附的概率。（3）調(diào)整稻種的吸附姿態(tài)，使得水稻種子被吸附時(shí)處于一種穩(wěn)定吸附的狀態(tài)。

2.2.2 氣吹式排種器

氣吹式排種器護(hù)種效果較好，但由于是通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流進(jìn)行清種，難以控制氣流大小，導(dǎo)致清種效果較差。

楊春華等為解決氣吹式排種器充種效果差的問題，設(shè)計(jì)了一種氣流輔助充種裝置［33］。其主要工作原理為利用氣體輔助充種裝置產(chǎn)生的氣流將種箱底部的種子推到排種盤上的錐孔內(nèi)，極大地提高了充填效果。

2.2.3 氣壓式排種器

氣壓式排種器的工作原理為充種室內(nèi)的種子被正壓氣流吹送到吸孔上，當(dāng)種子到達(dá)清種區(qū)域時(shí)，清種毛刷將清理掉吸附性較差的種子。種子到達(dá)投種區(qū)域時(shí)，在種子的自重作用下完成投種過程。氣壓式排種器護(hù)種效果較好，但由于遠(yuǎn)距離輸送可能會造成合格率下降。

劉禮陽等為提高水稻集排式精量穴直播的排種性能，應(yīng)用正壓氣流充種、攜種和投種原理，設(shè)計(jì)了一種水稻氣壓滾筒式集中排種器［34］。該研究進(jìn)行了排種器結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)對排種性能的影響試驗(yàn)，結(jié)果表明，影響排種器性能的主要因素為氣流孔數(shù)量，其次為氣流孔直徑和排種滾動轉(zhuǎn)速。

2.3 機(jī)械式與氣力式排種器總結(jié)

機(jī)械式排種器優(yōu)點(diǎn)較為明顯，主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本較低，比較適用于我國小地塊種植的國情。其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在對種子外形要求較高，易損傷種子，并且高速作業(yè)工況下效果不穩(wěn)定，易漏播。但受制于我國目前機(jī)械化種植的現(xiàn)狀，未來相當(dāng)長的一段時(shí)間機(jī)械式排種器仍能廣泛應(yīng)用。

氣力式排種器以其獨(dú)特的吸附種子方式，對種子外形尺寸要求較低，不傷種，護(hù)種效果好，其播種精度優(yōu)于機(jī)械式排種器，并且能適應(yīng)高速作業(yè)，是未來發(fā)展的主流趨勢。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，需要配合相應(yīng)的氣壓，仍有較大的發(fā)展空間。

3 投種過程

種子完成在排種盤的運(yùn)輸過程后，從投種管投出時(shí)極易造成在穴內(nèi)的彈跳現(xiàn)象，其原因在于投出時(shí)種子距離穴內(nèi)的高度、種子的初速度以及投射角均會影響到種子的播種效果，可能會造成漏播現(xiàn)象。

為解決水稻種子在投種過程中易與投種管發(fā)生碰撞，造成水稻種子損傷的問題，田立權(quán)等設(shè)計(jì)了一種彈射式耳勺型水稻精量穴直播排種器［35］。通過對水稻種子彈射出去的運(yùn)動軌跡進(jìn)行理論分析，得到水稻種子彈射軌跡方程。依據(jù)此軌跡設(shè)計(jì)投種管，最大限度的將水稻種子的彈射軌跡包絡(luò)在投種管內(nèi)，從而減少水稻種子與投種管的碰撞，減少水稻種子受到的損傷［36］。

王洪超等設(shè)計(jì)了一種氣吸式水稻穴播排種器，并且研究了投種高度對水稻種子播種合格率、漏播率和重播率的影響［37］。結(jié)果表明，當(dāng)投種高度小于9 cm時(shí)，排種器合格率略微下降，漏播率和重播率變化幅度較??；當(dāng)投種高度大于9 cm時(shí)，漏播率下降，重播率上升。其原因?yàn)殡S著投種高度的增加，投放的種子易在穴內(nèi)彈跳，從而造成漏播。但是此試驗(yàn)的缺點(diǎn)在于沒有繼續(xù)研究排種器高度距離穴11 cm以后對排種性能的影響。

陳學(xué)庚等為解決排種器投種角度高，造成種子在穴內(nèi)產(chǎn)生彈跳的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種帶式導(dǎo)種裝置［38］。該帶式導(dǎo)種裝置將種子包絡(luò)在種子輸送帶與種道護(hù)板形成的輸送腔內(nèi)，有效降低了種子投送點(diǎn)到種溝內(nèi)的距離，從而減少種子的彈跳現(xiàn)象，種子播入種溝后株距的合格率提高。

綜上所述，投種速度、角度、高度是影響種子種間碰撞、穴內(nèi)彈跳的關(guān)鍵因素，選擇合適的投種位置有利于提高排種精度，可以從以下3個(gè)方面確保投種精度：（1）根據(jù)動力學(xué)分析，計(jì)算種子投種過程的運(yùn)動曲線，確保種子順利落入到穴內(nèi)。（2）設(shè)置導(dǎo)種管，使種子能按照確定的位移路線運(yùn)動，確保投種一致性和均勻性，保證精度。（3）根據(jù)種子的物理特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的投種高度與穴內(nèi)深度，防止在投種過程中出現(xiàn)彈跳，造成播種合格率下降。

4 結(jié)論

本文介紹了國內(nèi)外水稻直播機(jī)的現(xiàn)狀，并對核心部件排種器的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析，結(jié)論如下。

我國水稻直播機(jī)械發(fā)展速度較快，但與美國等發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距。我國目前還無法實(shí)現(xiàn)100%定量精播，特別是隨著雜交水稻品種的優(yōu)質(zhì)改善，僅需每穴3～5粒即可滿足播種要求，未來對于水稻精量播種的要求將會更高。

排種器是水稻直播機(jī)械的核心部件，主要分為機(jī)械式與氣力式兩大類。機(jī)械式排種器對種子形狀要求較高，易傷種，且存在充種性能差，不能適應(yīng)高速作業(yè)等缺點(diǎn)；氣力式排種器對種子外形適應(yīng)性好，不傷種，但未能完全實(shí)現(xiàn)定量精播。未來的改進(jìn)方向可以通過增加水稻種子的流動性、改變排種盤參數(shù)（吸孔直徑、吸種盤轉(zhuǎn)速、吸室真空度等）以及調(diào)整稻種為易被吸附的姿態(tài)來提高播種性能。

投種過程是排種器工作的關(guān)鍵步驟，也是影響播種精度的重要因素。因水稻種子外形及投種速度等原因，排種器排出的種子易在穴內(nèi)進(jìn)行彈跳，從而造成漏播現(xiàn)象。種子在穴內(nèi)的彈跳而導(dǎo)致合格率下降的問題，總結(jié)出投種速度、角度、高度是影響投種過程的關(guān)鍵因素，對種子之間的種間碰撞、穴內(nèi)彈跳影響作用較大。

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