由于农村劳动力加速向城市转移,导致农村劳动力短缺,农业生产成本不断增加。水稻精量穴直播技术将种子成行成穴均匀地播于田面,节种增产效果好,省去了育秧、搬秧、移栽等环节,省时、省工。在土壤和气候条件适宜的地区,水稻精量穴直播技术是一种很好的轻简栽培技术,也是水稻种植的一种发展趋势。水稻精量穴直播应满足能同步开沟起垄、播量和穴距可调、行距可选、仿形作业、压茬(草)播种效果好的农艺要求。华南农业大学研究的水稻精量穴直播机实现了精量穴直播,在国内外推广应用中获得了很好的效果。本文针对原水稻精量穴直播机排种器不能同时适应常规稻和杂交稻的播种要求、穴距匹配不一致和仿形系统不完善等问题,对水稻精量穴直播机的关键部件进行了理论研究和优化设计,主要研究成果如下:研究了全国主要水稻产区水稻品种的物理特性,根据水稻种子的自然休止角以及散粒体力学理论,采用理论计算与CAD仿真对型孔式排种器的充种起始角与充种过程进行了研究,结合试验结果,确定了型孔式排种器的充种起始角为-20°。型孔式排种器的充种起始角为-20°与0°相比,排种器的充种性能有了显著提高;在80r/min时,变异系数CV降低了3.6%,空穴率C降低了1.1%;在100r/min时,变异系数CV降低了4.6%,空穴率C降低了2.2%。创新设计了一种播量可调的组合型孔式排种器,在同一排种轮上间隔布置大、小两组不同型孔,两种型孔可快速更换,优化了型孔的主要参数,实现播量较大范围调节(3~6粒/穴和7~10粒/穴两档),大型孔和小型孔的穴粒数合格率均达到85%以上,可同时满足杂交稻和常规稻的播种量要求。对限种机构的关键参数进行了理论计算,通过试验进行了验证,结果表明:在较高转速时,限种机构可实现对组合型孔排种器进行1粒左右的播量微调节。对护种机构进行了优化设计,试验结果表明:采用滚针轴承和铜轴套结构的柔性随动护种机构可靠性更好,与采用尼龙轴套结构相比可降低种子破损率79.2%以上。开沟装置和仿形系统是保证水稻精量穴直播机开沟起垄效果的关键。根据排种器的成穴宽度和水稻种植的农艺要求,确定了播种沟开沟器的主要参数为50 mm×35mm×30 mm(上宽×下宽×高度);根据水稻生长特性和土壤力学特性,确定蓄水沟开沟器的主要参数为80 mm×50 mm×60 mm(上宽×下宽×高度);形状均为船形。通过理论分析和田间试验,确定了适宜直播作业的土壤含水量范围为48%~55%。优化设计了水稻精量穴直播机的水平仿形系统和高程仿形系统。试验结果表明,高程仿形机构和水平仿形机构可使播后田面相对较平整,有利于水稻出苗。其中,播秀水134和培杂泰丰两种水稻品种时,在有水平仿形机构作业的情况下比无水平仿形机构的出苗率分别提高了7.9%和8.7%。同时对压茬播种进行了研究,优化了滑板角度;当滑板角度为4°时,压茬效率可达91.6%,且开沟起垄效果最佳。对与洋马VP6D/VP6G配套的25cm行距水稻精量穴直播机进行了质心配置,在工作状态时,以上两种机型的后轮质量分配系数分别到达0.66和0.68,符合水田作业机械最佳质心配置;在洋马(中国)有限公司YNC研发中心的测试结果表明,水稻精量穴直播机的横向稳定性和纵向稳定性合格,质心配置合理。针对可靠性试验中发现的问题,采用SolidWorks三维建模和Simulation模块对较为薄弱的轴承座连接架和排种器安装横梁的结构进行了静应力分析和优化设计,达到了使用强度要求。鉴定结果和田间试验表明水稻精量穴直播机的各项指标和可靠性指标均达到了国家规定的各项技术指标,其中穴粒数合格率为95%,空穴率为0,纯工作小时生产率为0.67hm~2/h,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排种量稳定性变异系数1.5%,穴距合格率为100%,播后泥面高差2.0cm,MTTFF为30.4 hm~2/m以及有效度为98.2%等。优化设计后的水稻精量穴直播机在意大利米兰农场、上海松江等地进行田间生产试验,试验结果表明:采用水稻精量穴直播机的水稻产量比意大利当地常用机条播和机撒播分别提高3.5%和22.5%;比国内机插秧和人工撒播分别提高4.0%和25.0%。对全国部分地区的应用结果分析,水稻精量穴直播机的适应性较好,采用精量穴直播技术,水稻在田间分布均匀,分蘖势较强,有效穗数较多,在适宜直播地区配套适宜的农艺技术可实现稳产、高产。2BDXS-10水稻精量穴直播机在水稻直播适宜地区有较好的适应性和较好的产量潜力。综上所述:研究的水稻精量穴直播机可靠性好、适应性强、作业效率高,能满足水稻精量穴直播技术的农艺要求,具有广阔的推广应用前景。