水稻是全球三大重要粮食作物之一。近些来,随着水稻种植面积在不断的扩大和产量的提高,农村土地分散经营已向适度规模种植转型,育秧移栽模式已不再适合大田块的种植。当下水稻种植方式有机械播种和原始的人工插秧作业两种形式,相比于人工插秧种植模式,机械直播大大降低了人工作业的强度,提高了生产效率的同时节约了劳动成本。目前高速精量排种器多适用于大豆、玉米、棉花等大颗粒且圆球度较高的种子,现有的气力式水稻精量排种器随着作业速度提高容易出现漏吸以及伤种严重的现象。针对现有排种器在较高转速作业下漏播率较高、芽种破损严重、流动性较差的问题,本课题在对比分析国内外现有排种器研究基础上,利用气吸—气吹播种原理,采用双盘对置交错排种原理,设计一种双盘气力式水稻精量排种器,通过理论计算确定了其主要结构工作参数。并进行排种器的总体结构设计、对其工作过程进行仿真分析、依照排种器的评价指标进行排种器台架性能试验。本文主要研究内容为:(1)双盘气力式水稻精量排种器结构设计及其关键部件的设计与参数确定。基于双盘气力式排种器工作原理,结合农艺要求,确定了排种器总体结构及关键部件参数,并对排种器充种环节、清种环节、携种环节、投种环节进行了动力学分析计算,提出了一种种层高度调节装置结构增填水稻充种性能的方法,分析了水稻种子的充种机理,计算出排种器吸附种子所需的最小真空度。(2)排种器气流场仿真分析。运用ANSYS/CFX软件对气力式水稻精量排种器负压区结构参数进行了仿真分析,确定了排种器负压区吸室压强的分布规律及结构设计参数。分别对排种盘群组吸孔组数、负压区容积大小等因素进行仿真分析,随着吸种型孔组数的增大,各负压区气室内部流场的压强均值差异不大,整个气室内部流场的压强分布较为均匀,虽然不同群组吸孔组数所对应的均值压强有变化,但变化不明显,表明吸种型孔组数的变化对负压吸室内部气流场影响不大。当排种盘群组吸孔组数为10时,负压吸室内部压强均值达到最大值,此时为-2934.25Pa。当吸室内环半径由52mm增大到68mm时,负压吸室气流场的内部压强变化较小,吸室内部压强较为稳定,分布较为均匀,避免内部压强出现涡流现象;当负压吸室内环半径为68mm,吸室内部气流场压强达到最大值,此时为-2932.52Pa;随着负压吸室内环半径的变化,其内部气流场压强变化的误差值较小,表明改变吸室容积的大小对负压气室内部压强影响不大。为探究气室接口位置以及进气口角度对负压区流场压强的影响,将马蹄形负压区划分为充种区型孔压强、清种区型孔压强、携种区型孔压强,利用Workbench后处理得到每组试验型孔处负压平均值,开展两因素三水平全组合试验研究,研究分析表明,气室接口位置对负压区流场压强具有显著影响,进气口角度对负压区流场压强影响不显著,确定了最佳进气口位置角度参数。(3)排种器充种性能仿真分析。运用三维软件Pro/E对排种器进行建模,将模型导入EDEM软件中进行双盘气力式排种器充种性能仿真分析,通过仿真可以看出,进入充种区的水稻种子模型受到排种盘和梳种条的摩擦作用,相比于远离排种盘的水稻种子模型,贴近排种盘盘面和贴近梳种条的种子模型更容易受到排种盘的扰动获得一个初速。充种性能仿真试验得出了贴近盘面和贴近梳种条上种子所受的颗粒速度、受力、位移随时间变化的关系,并获得水稻种子群体平均速度、平均受力、平均位移随时间变化关系曲线。(4)排种器台架试验。以排种盘吸孔直径大小、排种盘转速、吸室真空度大小、种层高度为影响因素对双盘气力式水稻精量排种器开展单因素试验,试验结果表明,真空度大小、排种盘转速、吸孔直径大小等因素对排种器排种效果影响均显著;随着种层高度不断增加,排种器的漏充情况明显下降,分析其原因,由于种层高度调节装置“外凸”结构缓解种层厚度对排种盘型孔吸附的“压力”,随种层高度的增加,芽种在排种盘的带动下,使得充种区弧段增长,吸种型孔与芽种接触的时间增加所致,验证了种层高度调节装置设计的合理性。对排种盘转速、吸室真空度与吸孔直径对排种器排种性能影响开展了二次回归正交旋转组合设计试验,对试验数据进行分析并建立试验因素与指标之间的回归方程,试验结果表明当排种盘转速为13r/min,吸室真空度为4.4k Pa,排种盘吸孔直径大小为1.6mm,投种口正压为450Pa,排种性能达到最优,合格率为85.8%、漏播率为4.7%、重播率为8.5%,满足精量播种的农艺要求。