油菜是我国重要的油料作物,2020年机械化播种水平仅约为35.65%,因缺少可适用于不同地区且满足精量播种需求的机具而制约了我国油菜机械化播种的发展。随着农业栽植模式的转变及农业规模化种植技术的发展,为适应高速高效机械化播种,满足精量播种需求的集排器已成为国内外排种技术研究和应用的重要方向。本文针对现有机械离心式集排器播种作业时供种能力不足,供种量难以实现精量可调、各行排量一致性较低等实际问题,基于机械离心式集排技术,开发研制了油菜旋转盘式精量集排器。主要内容包括以下五个部分。（1）在系统比较分析国内外排种技术研究进展基础上,开展了基于油菜旋转盘式精量集排器的种子物理机械特性测试分析,确定了集排器总体结构设计:（1）测定了3种长江中下游地区常见的油菜品种各维度物理机械特性,包括外形尺寸、千粒重、球度、自然休止角、滑动摩擦角及碰撞恢复系数等参数,测定并系统分析了种子的形状指数,挖掘其具有的共性尺度特征。统计结果表明:所测试的不同接触材料类别均对碰撞恢复系数有显著性影响,且相同条件下不同油菜品种自然休止角以及碰撞恢复系数等差异不明显;3种油菜种子球度均大于95%,最大载荷均集中在12 N左右,与工程塑料ABS的碰撞恢复系数最大且集中在0.71～0.73之间。（2）研制了具有“螺旋定量供种+旋转盘均匀分种”集成技术的油菜旋转盘式精量集排器,阐述了结构组成和工作原理,明确了集排系统的主要技术参数和性能指标,即播种行数为8行或16行、作业幅宽为2.0～3.6 m、行距在150～250 mm可调及作业速度为4～10 km/h等。提出将螺旋结构用于油菜排种且种子依次经过螺旋进种条充填区、迁移区和出种区,实现“先进先出”的有序供种;利用Bezier曲线切矢性和无曲率突变特性建立参数化模型,提出了可实现均匀分种及短程排种的旋转盘结构;基于农艺播种量需求,设计种箱容积为0.016 m~3;基于电驱动及转速可控可调的要求,开发了一套转速在10～250 r/min范围内无极调速的控制系统。（2）构建了供种过程中种子颗粒处于螺旋进种条上的力学模型,确定了螺旋进种条主要结构参数,优化分析了有较优排种性能时的结构与工作参数组合:（1）建立种子颗粒在螺旋进种条上充填区、迁移区及出种区的运动学与动力学模型,计算得到种群达到临界状态时的转速范围小于105 r/min;分析得到在保证相同供种速率条件下适当降低转速可增加充种时间,提高油菜种群充填性能,保证供种均匀性;供种装置中种群颗粒的运动轨迹为一条螺旋线,在相同转速条件下,种群轴向速度随螺旋线导程增大而减小,随螺旋进种条外径增大而增大,且轴向速度与螺旋进种条转速呈正相关关系;计算得到了螺旋进种条外径为26 mm,叶片宽度为2～6 mm,螺旋线导程为13～25 mm及供种套筒高度为80 mm。（2）对比分析了螺旋进种条有无破拱锥时其改流性能差异且有破拱锥时其改流性能较好。采用EDEM仿真分析种箱内种子群的速度分布,当供种装置均工作10 s时,得到螺旋进种条上有无破拱锥均对种子群有扰动作用,供种装置正上方扰动作用明显,种子群整体速度较高;有破拱锥时种子速度较高区域分布范围更大且对称分布较为均匀,种箱内的种子群呈中心流范围更广,向整体流过渡的效果越明显,说明破拱锥对种子群有一定扰动效果,可实现种箱内的种子从中心流向整体流的过渡。（3）采用三元二次回归正交组合试验建立了供种速率、供种速率稳定变异系数、破损率与转速、叶片宽度、导程之间的数学模型,得到影响供种速率的因素主次顺序为导程、叶片宽度、转速,影响供种速率稳定性变异系数及破损率的因素主次顺序为转速、导程、叶片宽度;较优参数组合为:转速81 r/min、叶片宽度4 mm、导程15 mm。较优参数组合下台架验证试验得到供种装置的供种速率为92.7 g/min,供种速率稳定性变异系数为0.32%,破损率为0.29%;供种速率变化范围为36.55～190.94g/min时,供种速率稳定性变异系数均低于1.29%,破损率低于0.5%。（3）阐述了基于Bezier曲线构型的旋转盘式精量集排器分种装置工作原理并分析确定了主要结构参数,开展仿真优化试验得到了较优的结构参数组合:（1）利用Bezier曲线性质构建了旋转盘导叶曲线参数方程,建立种子颗粒在旋转盘上的动力学和运动学模型,阐述了种子颗粒在旋转盘上的运移过程并得到种子颗粒脱离旋转盘边沿瞬时状态时,其绝对速度随着旋转盘外径和转速的增大而线性增大;计算确定了正锥盘锥角为22°,绕锥盘周向扩散的环带外径为190 mm及厚度为2 mm;确定了影响分种性能的关键结构参数为导叶入口角、出口角、包角和叶片数,且取值范围分别为0°～60°、0°～45°、30°～90°和6～10片。（2）运用EDEM离散元仿真软件开展了导叶入口角、出口角、包角及叶片数对各行排量一致性变异系数影响的二次正交组合试验,结果表明影响各行排量一致性变异系数的因素主次顺序为导叶入口角、出口角、叶片数和包角,且较优参数组合为导叶入口角36°、出口角26°、包角55°、叶片数8片;基于较优参数组合开展集排器在不同转速范围下的排种性能台架验证试验,结果表明集排器可根据亩播量需求适应不同转速范围,且当转速为60～100 r/min时,油菜各行排量一致性变异系数低于3.9%、单行排量稳定性变异系数低于4.5%及破损率低于0.5%,满足油菜播种要求。（4）解析了种子颗粒在导种装置中的迁移过程并构建其运动模型,优化分析了导种装置不同材料、直径及其排布形式对性能参数的影响:（1）研究了导种装置不同导种过程的种子迁移轨迹并确定了种子颗粒的运动轨迹方程。导种装置可有效约束种子在其内的迁移过程,导致植株在田间的分布均匀性存在差异,基于此设计导种嘴中心线为符合种子自然下落原理的抛物线,确定导种嘴流道口末端内外圆直径分别为8.4 mm与12 mm。种子颗粒做匀加速运动直至脱离导种管约束后做类平抛运动,当导种装置材料确定时,种子在其内的运动主要受导种嘴流道曲线曲率、导种管安装角度、种子颗粒碰撞后的初速度及导种装置的长度等影响。（2）开展导种管材料为纤维塑料、钢丝波纹和PVC全透塑料及直径为12 mm、16 mm和20 mm的双因素试验,分析确定影响各行排量一致性变异系数及总排量稳定性变异系数的主次因素依次均为导种管直径、导种管材料;播种油菜时选择直径为12 mm的PVC全透塑料管时,各行排量一致性变异系数低于3.3%,总排量稳定性变异系数低于1.00%;开展导种管安装角度分别为30°～90°范围内梯度为15°的共5个水平的单因素试验,试验结果表明导种管安装角度对各行排量一致性变异系数影响较小,总体均小于3.5%;当安装角度为60°,有总排量稳定性变异系数最小为0.55%。（5）验证了油菜旋转盘式精量集排器于不同地区播种作业时的稳定性和适应性,并针对不同播种平台及播量处理下播种试验的植株产量性状进行多重比较与通径分析:（1）于浙江温州苍南滩涂地试验基地开展播种作业,播种机作业速度为10 km/h,其播种均匀性变异系数为9.4%,种植密度48～60株/m~2。分别以2BFQ-8型油菜精量联合直播机、履带自走式油菜精量播种机和2BMK-8型油菜免耕开沟条播机为播种平台,播量分别为360 g/mu、447 g/mu和598 g/mu条件下开展双因素试验,在不同播量处理下,三个播种平台的油菜种植密度依次分别为57～89株/m~2、53～81株/m~2和49～69株/m~2。开展田间出苗均匀性分析可得平台A和平台B的各行株数一致性变异系数不高于14%,平台C的各行株数一致性变异系数高于前两个平台,整体不高于17%;稳定性变异系数均低于13%。（2）针对不同处理下的油菜植株开展产量性状的多重比较及产量通径分析,2BMK-8型油菜免耕开沟条播机因其为免耕播种方式,种子播深较浅,植株根系不发达,反映为植株形态整体较弱。随着播量的增加,植株种植密度的增加导致个体性状较差,分枝数量减少,但理论亩产量差异较小。不同播量前提下,植株角果籽粒数之间的差异不大,引起单株产量差异主要是由全株有效角果数及角果籽粒数的差异产生的,且全株有效角果数对单株产量提升作用明显。创新点1:提出了“螺旋定量供种+旋转盘均匀分种”的集成排种技术,研制了适用于油菜播种的精量集排器。创新点2:设计了一种基于Bezier曲线的导叶,确定了导叶参数构型,减少了分种环节,提高排种性能。