我国油菜种植面积较大,但机械化水平较低,低成本、高效率的集排技术研究对油菜产业发展具有重要意义。本文在系统开展国内外集排技术与装备研究进展的基础上,按照结构紧凑、高效适用的原则,为解决集排离心式油菜精量排种器田间工作时充种状态不稳定易造成播种量不均匀的问题,设计了一种“沙漏”型充种管,改进内锥筒结构,以实现排种器种子流可控。基于集排离心式油菜精量排种系统的工作原理,构建了集排系统充种、携种和投种过程的力学模型,划分了集排系统工作的3个阶段,分析确定了集排系统性能的影响因素。分析并确定了集排系统关键部件的结构与相关参数,通过离散元仿真确定了充种管控流截面直径,并验证了其充种性能。通过排种性能试验,确定了各影响因素对集排系统各行排量一致性和总排量稳定性的影响,得出了集排系统的最优参数组合并进行田间试验验证。主要研究内容包括:(1)设计了一种“一器多行”、播种行数可调的集排离心式油菜精量排种系统,阐述了集排系统的工作原理,介绍了播种行数的可调性。构建了集排系统充种、携种和投种3个环节的力学模型,开展了各环节的动力学分析:通过充种环节分析,为充种管的结构设计提供了理论依据;通过携种环节分析,提出了“主动携种”和“被动携种”两种状态;通过投种环节分析,确定了内锥筒临界转速为78r/min。分析了油菜种子群在整个排种过程中的运动规律,划分了集排器工作过程的3个阶段:趋稳阶段、稳定阶段和结束阶段。确定了集排器总排量稳定性的主要影响因素为充种量和内锥筒有效容积,提出了通过缩短趋稳阶段和结束阶段提高集排器总排量稳定性的方法。(2)结合油菜种子的物料特性与种植农艺要求,分析并确定了集排离心式油菜精量排种系统关键部件的结构与相关参数。确定了种箱的结构参数,其容积为19.4L,装满种子可连续播种2ha;设计了一种“沙漏”型充种管,初步确定了充种管的基本结构,通过对充种过程的分析,提出了影响充种性能的主要因素为充种管控流截面直径,通过离散元仿真分析确定了充种管控流截面直径为8mm,并通过台架试验验证了其充种性能;提出了通过改变凸台填充体积改变内锥筒有效容积的方法,设计了8个不同填充体积的凸台,在8个不同凸台的填充作用下,内锥筒有效容积分别为0.657L、0.581L、0.505L、0.429L、0.353L、0.277L、0.201 L。根据油菜机械化播种需要,设计了机械传动和电驱动两种驱动形式,这两种驱动方式均可以为集排离心式油菜精量排种器提供所需动力,且均可实现排种器内锥筒转速可调,可以适应不同地区和不同播期的播量需求。(3)对集排离心式油菜精量排种器试验方案进行了设计,确定了排种器性能试验的主要评价指标为总排量稳定性变异系数和各行排量一致性变异系数。以内锥筒有效容积为试验因素,开展了集排离心式油菜精量排种器单因素性能试验,确定了排种器总排量稳定性变异系数和各行排量一致性变异系数与内锥筒有效容积的关系。以内锥筒有效容积和转速为试验因素,开展了集排离心式油菜精量排种器双因素试验,并对试验数据进行双因素方差分析,结果表明:内锥筒有效容积对总排量稳定性变异系数和各行排量一致性变异系数均有显著影响,内锥筒转速对总排量稳定性变异系数无显著影响,对各行排量稳定性变异系数有显著影响。集排离心式油菜精量排种器最佳工作参数为内锥筒有效容积0.429 L,转速140 r/min,此时排种器总排量稳定性变异系数为5.53%,各行排量一致性变异系数为4.63%。对优化后的排种器做播量与转速匹配试验,确定内锥筒最小临界转速为90r/min,随着内锥筒转速增大,排种器总排量逐渐增大,当转速大于160 r/min后,总排量趋于平稳,集排离心式油菜精量排种器总排量在25~69 g/min内可调,能适应田间不同的播量要求。(4)根据集排离心式油菜精量排种系统驱动方式,结合田间不同工况,设计了两种离心式播种机:机械驱动的后置开沟免耕离心式播种机和电驱动的履带自走式离心式播种机。后置开沟免耕离心式播种机用于长江中下游地区,播种油菜出苗后测量得平均株距为48.04mm,株距均匀性变异系数为20.75%,各行植株分布变异系数为21.35%,符合油菜种植农艺要求。履带自走式离心式播种机用于土质松软的滩涂地,主要播种饲用油菜,分析了实际播量略大于理论播量的原因,并通过现场会测产验证了播种效果良好。