油菜精量直播具有省工、省时、节本增效和适合机械化收获等优点,开展适应油菜机械化精量直播技术是实现油菜产业可持续发展的重要途径之一。针对“一器一行”排种器传动结构复杂和传统机械式集排器排种精度不高、存在种子破损现象的问题,在比较分析国内外不同排种技术与装备研究进展的基础上,提出了气压清种与滑槽护种组合技术,设计了一种能有效改善清种、护种引起种子破损的护种装置和实现小粒径油菜定量充种的“倒正方锥”型孔,研制了一种油菜精量排种的气压式集排器。主要结论如下:(1)阐述了气压式集排器总体结构和工作原理,并借助运动学和流体力学等理论,确定了油菜集排器主要部件的结构参数。(2)开展了气压式集排器关键部件结构设计和参数分析。通过对比分析已有不同结构型式型孔,结合油菜种子近似球形且流动性好的特点,从提高囊取能力、实现定量囊种以及改善型孔堵塞角度分析,提出了一种“倒正方锥”型孔,并确定了其关键结构参数。创新性提出了一种滑槽护种装置,构建了护种初始状态种子的力学模型,确定了护种起始角与滚筒转速间的关系,并获得了理论护种起始角。通过建立种子、护种装置与型孔侧壁间接触的力学模型,得到了接触法向力与接触切向力的关系式,明确了合适的滑槽深度对提高排种性能和改善种子破损的重要性。(3)开展了基于运动学和动力学的气压式集排器排种过程分析。构建了充种、清种、护种和投种四个过程的动力学和运动学模型,分析得出了影响各排种过程性能的主要因素以及影响规律。计算得出了集排器工作时的临界充填高度、气压护种装置的护种压差、合理滑槽深度护种条件下种子的最大支撑力以及种子起始投种位置角等主要参数。(4)开展了基于EDEM的充种室侧向宽度、充填高度、充填高度与充种室侧向宽度之比(h/M)、型孔型式和型孔锥角等对充种性能影响规律研究。结果表明:充种室侧向宽度与充种性能呈显著负相关;充填高度与充种性能呈显著正相关;控制充填高度与充种室侧向宽度之比(h/M)、选择合理的型孔型式及型孔锥角是实现定量充种的有效手段。(5)以提高集排器各行排量一致性和降低种子破损率为目标,开展了采用气压清种与气压护种组合技术设计的气压式精量集排器性能试验,单因素试验结果表明,在清种压差250Pa、护种压差150Pa组合作用下,当充填高度为27mm,转速为20~40r/min时,该集排器排种性能较佳:总排量稳定性变异系数不大于2%;各行排量一致性变异系数不大于3%;种子破损率低于0.3%。采用L27(313)正交试验设计方法,进行了充种和清种过程对排种性能影响的优化试验,结果表明:提高油菜精量气压式集排器的排种性能,可采取增加充填高度、降低排种滚筒转速与辅助气压清种相结合的措施实现:以各行排量一致性最佳参数组合为矩形截面形状的清种气嘴、充填高度23mm、清种气流流速9m/s、排种滚筒转速30r/min,在该组合条件下,排种均匀性变异系数为10.70%,各行排量一致性变异系数为1.87%,种子破损率不大于0.2%。(6)开展了护种装置关键结构参数优化试验,获得了提高集排器排种精度、降低种子破损率的二阶滑槽护种装置的优化结构:护种包角为120°,滑槽深度组合为(1.0-0.3)mm,滑槽开度为10mm。以常用华油杂62、华双11号和德油杂988为试验材料,在改进型气压式集排器上开展了常用油菜品种排种验证试验,结果表明:在滚筒转速为20~30 r/min时,这3个油菜品种的集排合格指数随转速的增加而降低,重播指数和漏播指数随转速的增加而升高,种子破损率随转速的增加无明显变化,当滚筒转速为20 r/min时,这3个品种的集排合格指数不低于80%,重播指数不大于8%,漏播指数不大于14%,种子破损率不大于0.2%。以华油杂62为试验材料开展了改进型气压式精量集排器田间试验。试验结果表明:以机组前进速度2.1 km/h、排种滚筒转速23 r/min、清种压差200Pa为试验条件,播种均匀性变异系数为20.54%,平均株距为76 mm,满足油菜种植农艺要求;采用激光正交测试法对厢面平整效果进行了测试,并分析得出厢面平整效果对出苗均匀性变异系数有正相关影响;采用随机抽样、局部控制和重复试验相结合的方法进行机直播产量测定得出:在机组前进速度不大于4.0km/h时,适当提高机组前进速度使单位面积植株数量有所降低,但单株产量较高,从而提高了产量,其对提高产量有利。创新点1:提出了气压清种与滑槽护种组合技术,设计了一种能有效改善传统机械式清种、护种造成的种子破损且实现油菜精量排种的气压式集排器。创新点2:设计了一种“倒正方锥”型孔,可提高小粒径油菜定量充种能力、避免型孔堵塞。