CN110214690A - 一种气吹式杂交水稻制种授粉机及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气吹式杂交水稻制种授粉机及其作业方法，所述气吹式杂交水稻制种授粉机包括用于提供动力的动力底盘机构、桁架、设置在桁架上且位置可调节的若干涵道风扇式授粉器机构，以及与动力底盘机构连接的用于调节桁架高度的升降机构，所述涵道风扇式授粉器机构包括支架、设置在支架上的两个气流涵道、分别设于两个气流涵道内的旋转方向相反的旋翼、驱动旋翼旋转的电机，以及用于保护旋翼的保护网。本发明所述的气吹式杂交水稻制种授粉机授粉作业效率高，且授粉更均匀，可控性高，作业方法符合规模化作业，劳动强度低，并且能够适合不同品种的杂交水稻辅助授粉。

Description

一种气吹式杂交水稻制种授粉机及其作业方法

技术领域

本发明涉及杂交育种领域，具体涉及一种气吹式杂交水稻制种授粉机及其作业方法。

背景技术

杂交水稻制种是杂交水稻生产的重要组成部分，授粉又是杂交水稻制种的关键环节；充分、均匀的授粉是提高制种质量和产量的前提保障；目前，杂交水稻制种辅助授粉方法主要以传统人力式为主。对于杂交水稻结实而言，平均每朵雌蕊花柱上至少要求有3粒花粉，这样结实出的种子才有可能保持父母本的优良性状，生长发育成优质、高产的杂交水稻种子。

传统的自然授粉是直接通过自然风来吹扬父本花穗为母本区授粉，其杂交率一般为0.2％～4％之间，最高达5％，杂交育种结实率较小，产量最低且不可控，因此，仅依赖自然授粉难以满足杂交水稻制种授粉要求。现在水稻杂交育种一般是通过人工扑打植物穗颈进行人力辅助授粉(如单长竿赶粉法、双短竿推粉法、绳索拉粉法等方式)或用机器部件直接振动植物穗颈的方式授粉，其中，人力辅助授粉具有劳动密集型、劳动强度高、生产效率低等特点，且这两种方式都是将父本花粉从花穗上分离并飞扬到母本区进行花穗授粉或是直接通过自然风来吹扬父本花穗为母本区授粉。传统人力式辅助授粉作业具有劳动强度大、授粉不均匀、花粉的飞扬距离都过短、生产效率低等缺点，已难以满足现代化制种的需求。

机械辅助式主要是通过一些可靠的工具代替人力，主要包括气力式、碰撞式以及无人机风力等。气力式机械辅助授粉的原理为利用风机产生定向可调的气流将父本的花粉扬起，在合适的风速、风场作用下，花粉传播至母本上，完成授粉。胡达明等以风机为动力源，试制了气力式授粉机，进行杂交水稻授粉，相较于传统人力式辅助授粉，取得了较大的进步，但气力式辅助授粉仍存气流速度控制不精准、花粉受流场影响较大等问题，授粉效果仍有较大的提升空间。碰撞式辅助授粉主要原理为模仿传统人力式竿、绳等对父本稻穗的碰撞原理，利用机械碰撞实现辅助授粉，但碰撞式辅助授粉过程中，存在对父本植株造成损伤、作业效率不够高等问题，授粉效果并不理想。近年来，无人机风力辅助授粉得到运用，其原理为旋翼所形成的下旋风将花粉扬起，并随着旋翼所形成的气流，将花粉飘散至母本完成授粉。汪沛等运用无人机对杂交水稻制种辅助授粉进行了深入研究，取得了较好的效果，但无人机辅助授粉目前存在续航时间短、效率低、对操控人员技术要求较高等问题，大面积推广应用仍需进一步优化改进。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种气吹式杂交水稻制种授粉机，所述气吹式杂交水稻制种授粉机的授粉作业效率高，且授粉更均匀，可控性高。

本发明的另一目的在于提供气吹式杂交水稻制种授粉机的作业方法。所述作业方法符合规模化作业，劳动强度低、授粉均匀、授粉效率高，并且能够适合不同品种的杂交水稻辅助授粉。

本发明采取的技术方案如下：

一种气吹式杂交水稻制种授粉机，包括用于提供动力的动力底盘机构、桁架、设置在桁架上且位置可调节的若干涵道风扇式授粉器机构，以及与动力底盘机构连接的用于调节桁架高度的升降机构，所述涵道风扇式授粉器机构包括支架、设置在支架上的两个气流涵道、分别设于两个气流涵道内的旋转方向相反的旋翼、驱动旋翼旋转的电机，以及用于保护旋翼的保护网。

本申请中，动力底盘机构为整个气吹式杂交水稻制种授粉机提供动力，桁架用于安装涵道风扇式授粉器机构，升降机构用于调节桁架、涵道风扇式授粉器机构高度，涵道风扇式授粉器机构用于给杂交水稻授粉，其中，旋翼在电机的作用下产生定速气流，气流通过涵道输出，形成稳定气流，气流震荡父本使花粉脱落，花粉在稳定气流的作用下扩散大父本两侧的母本上，完成授粉。实际应用过程，可根据不同品种杂交水稻进行气流震荡部位、气流强度调节。所述的气吹式杂交水稻制种授粉机具有制作安装简单，操作简便的优点，有效避免了在自然风授粉下的授粉的不确定性、不稳定性，提高了授粉的均匀性和可控性，同时提高授粉作业效率。这种辅助授粉方式，实则是模拟自然风辅助授粉作业，与自然风辅助授粉方式不同之处在于：气吹式杂交水稻制种授粉机可以形成定向稳定的气流，同时一次性作业幅宽可以达到三厢父本囊括四厢母本，授粉稳定、均匀性高、操作简单。此外，气吹式杂交水稻制种授粉机采用自走式结构，工作效率高，无需授粉人员下田作业，特别适用于规模化杂交水稻制种授粉作业。

优选地，所述支架上设有丝杆，所述丝杆贯穿气流涵道。丝杆贯穿气流涵道，气流涵道能够绕着丝杆旋转，从而可调整出风口角度，使通过气流涵道输出的气流的方向可调节。进一步地，丝杆通过螺钉固定在支架上。

优选地，所述动力底盘机构包括底盘，设于底盘下方的至少四个车轮、安装于车轮的传动轴上的分禾器，设于底盘上的电源、发电机、控制器，以及与底盘连接的动力底盘机头和后置机箱。动力底盘机构由安装在底盘上的发电机提供驱动动力源，动力传输方式通过传动轴传输，从而驱动底盘下方的四个车轮工作，分禾器安装在车轮的传动轴上，采用螺钉固定安装，四个车轮均统一安装分禾器。

优选地，所述电机为无刷电机，无刷电机与电源经过电缆连接，电缆近无刷电机连接端接入无刷电调，无刷电调再与无刷电机连接，电缆另一端与电源连接，无刷电调的控制信号端与控制器连接。通过控制器可以控制无刷电机转速，进而达到调节涵道风扇式授粉器机构所吹出气流速度大小的目的。

优选地，所述支架上设有固定夹片，固定夹片与支架形成矩通，所述涵道风扇式授粉器机构通过矩通安装于桁架上。进一步地，所述固定夹片与支架相对应的部位均开有螺孔，固定夹片与支架采用螺钉连接。通过调整螺钉可以调整矩通的大小，同时可以实现对涵道风扇式授粉器机构在桁架上不同位置的调整。

优选地，所述涵道风扇式授粉器机构数量为3个，分别为左涵道风扇式授粉器、右涵道风扇式授粉器和中涵道风扇式授粉器，左涵道风扇式授粉器、右涵道风扇式授粉器分别安装在桁架的两端，中涵道风扇式授粉器安装于桁架的中间位置。本申请所述的气吹式杂交水稻制种授粉机包括三个涵道风扇式授粉器机构，即包括六个气流涵道，涵道风扇式授粉器机构处于工作状态时，所形成的气流平行于桁架方向且垂直于授粉机作业行走方向，使得涵道风扇式授粉器机构所形成的气流共同作用于同一直线上。按照上述方式安装的气吹式杂交水稻制种授粉机，形成作业幅宽横跨三厢父本，涵道风扇式授粉器所形成的气流直接作用在父本稻穗上，使稻穗震荡将花粉脱落，在稳定的气流作用下，花粉随气流飘散到母本稻穗上，完成授粉。

优选地，所述涵道风扇式授粉器机构还包括用于安装电机的电机底座、设于旋翼上方的旋翼固定夹片上、设于旋翼下方的旋翼固定夹片下，旋翼固定夹片上、旋翼固定夹片下通过螺钉固定在电机上端，电机下端通过螺钉与电机底座连接。

所述升降机构可以为本领域常用的具有升降功能的装置。优选地，所述升降机构为含有液压缸的具有抬升能力的升降机。升降机构能够调整桁架与地面的间距。升降机构通过调节其机构内的液压缸，可以实现桁架在垂直方向上一定范围内的调节。进一步地，升降机构上设有调平桁架的自动调平装置，更具体地，所述自动调平装置为电子平衡仪。自动调平装置能够保障气吹式杂交水稻制种授粉机在赶粉作业过程中3组涵道风扇式授粉器机构在水平方向基本上处于同一高度。

优选地，所述桁架与升降机构之间设有折叠机构，折叠机构可以为市面上常规的具有折叠功能的装置，进一步地，所述折叠机构为由液压缸驱动的折叠机，能够将桁架机构折叠回收。

所述的气吹式杂交水稻制种授粉机的作业方法，包括如下步骤：

S1、在杂交水稻制种授粉的盛花期期内(气候较佳时间段10:00至13:00，阴雨天授粉时间则视当天气象情况而定)，将气吹式杂交水稻制种授粉机开至田间，使涵道风扇式授粉器机构置于三厢杂交水稻父本厢间，动力底盘机构处于三厢父本厢的中间一厢上；

S2、启动气吹式杂交水稻制种授粉机上的发电机，当发电机稳定正常工作时，再启动电源以及控制器，调节控制器通过电机控制涵道风扇式授粉器机构的气流涵道的气流大小；

S3、通过升降机构将涵道风扇式授粉器机构调节到合适高度，使三组涵道风扇式授粉器机构埋进父本厢水稻穗层，在稳定的气流作用下，花粉扩散到父本两侧的母本上，在每日辅助授粉作业过程中，重复辅助授粉2-3次，最终完成当日授粉作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过涵道风扇式授粉器机构形成一定稳定的流速气流，其正面作用在父本植株穗层上使得花粉脱落，花粉通过气流的作用直接飘散至相邻的两厢母本上，完成授粉，所述气吹式杂交水稻制种授粉机可以形成定向稳定的气流，同时一次性作业幅宽可以达到三厢父本囊括四厢母本，授粉稳定、均匀性高、操作简单；此外，气吹式杂交水稻制种授粉机采用自走式结构，工作效率高，无需授粉人员下田作业，特别适用于规模化杂交水稻制种授粉的机械化作业。

附图说明

图1为实施例气吹式杂交水稻制种授粉机结构示意图。

图2为实施例中涵道风扇式授粉器机构结构示意图。

图3为气吹式杂交水稻制种授粉机的局部俯视图。

图4为气吹式杂交水稻制种授粉机的局部放大图。

图5为气吹式杂交水稻制种授粉机辅助授粉作业示意图。

图6为气吹式杂交水稻制种授粉机电气系统示意图。

附图说明：1、左涵道风扇式授粉器；2、左桁架；3、分禾器；4、车轮；5、中涵道风扇式授粉器；6、升降机构；7、动力底盘机构；8、电源；9、发电机；10、右桁架；11、后置机箱；12、右涵道风扇式授粉器；13、气流涵道；14、旋翼；15、旋翼固定夹上；16、电机底座；17、支架；18、旋翼固定夹下；19、无刷电机；20、丝杆；21、螺孔；22、固定夹片；23、矩通；24、保护网；25、折叠机构；26、动力底盘机头。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例

如图1、图2、图4所示，本实施例公开了一种气吹式杂交水稻制种授粉机，包括用于提供动力的动力底盘机构7、桁架、设置在桁架上且位置可调节的若干涵道风扇式授粉器机构，以及与动力底盘结构7连接的用于调节桁架高度的升降机构6，所述涵道风扇式授粉器机构包括支架17、设置在支架17上的两个气流涵道13、分别设于两个气流涵道13内的旋转方向相反的旋翼14、驱动旋翼14旋转的电机，以及用于保护旋翼的保护网24，两气流涵道13的气流方向相反，旋翼安装方式为反向装(电机正转，气流流向为非保护网侧)。

本申请中，动力底盘机构7为整个气吹式杂交水稻制种授粉机提供动力，桁架用于安装涵道风扇式授粉器机构，升降机构6用于调节桁架、涵道风扇式授粉器机构高度，涵道风扇式授粉器机构用于给杂交水稻授粉，其中，旋翼14在电机的作用下产生定速气流，气流通过气流涵道13输出，形成稳定气流，气流震荡父本使花粉脱落，花粉在稳定气流的作用下扩散大父本两侧的母本上，完成授粉。

进一步地，本实施例中，所述支架17上设有丝杆20，所述丝杆20贯穿气流涵道13。丝杆20贯穿气流涵道13，气流涵道13则能够绕着丝杆20旋转，从而可调整出风口角度，使通过气流涵道输出的气流的方向可调节。进一步地，丝杆通过螺钉固定在支架上，通过调整螺钉也可调整丝杆的位置以及气流涵道角度，从而实现对气流作用角度的调节。

进一步地，如图1、图3所示，本实施例中，所述动力底盘机构7包括底盘(图中未标示)，设于底盘下方的至少四个车轮4、安装于车轮4的传动轴上的分禾器3，设于底盘上的电源8、发电机9、控制器，以及与底盘连接的动力底盘机头26和后置机箱11，发电机9为汽油发电机。动力底盘机构7由安装在底盘上的汽油发电机提供驱动动力源，动力传输方式通过传动轴传输，从而驱动底盘下方的四个车轮4工作，分禾器3安装在车轮4的传动轴上，采用螺钉固定安装，四个车轮4均统一安装分禾器3。进一步地，底盘上还设有柴油机(图中未标示)，用于为底盘提供行走的驱动力。在进行授粉作业时，先启动柴油机，然后再启动气吹式杂交水稻制种授粉机上的汽油发电机。

进一步地，所述电机为无刷电机19，无刷电机19与电源8经过电缆连接，电缆近无刷电机连接端接入无刷电调，无刷电调再与无刷电机19连接，电缆另一端与电源8连接，无刷电调的控制信号端与控制器连接。如图5所示，汽油发电机启动后直流电源、控制器启动，通过控制器调节无刷电调，通过控制器、无刷电调可以控制无刷电机19转速，进而达到调节涵道风扇式授粉器机构所吹出气流速度大小的目的。

进一步地，所述支架17上设有固定夹片22，固定夹片22与支架17形成矩通23，所述涵道风扇式授粉器机构通过矩通23安装于桁架上。进一步地，所述固定夹片22与支架17相对应的部位均开有螺孔，固定夹片22与支架17采用螺钉连接。通过调整螺钉可以调整矩通23的大小，同时可以实现对涵道风扇式授粉器机构在桁架上不同位置的调整。进一步地，本申请中固定夹片与支架形成组50×25mm的矩通。

进一步地，所述涵道风扇式授粉器机构数量为3个，分别为左涵道风扇式授粉器1、右涵道风扇式授粉器12和中涵道风扇式授粉器5，左涵道风扇式授粉器1、右涵道风扇式授粉器12分别安装在桁架的两端，中涵道风扇式授粉器5安装于桁架的中间位置。本申请所述的气吹式杂交水稻制种授粉机包括三个涵道风扇式授粉器机构，即包括六个气流涵道13，涵道风扇式授粉器机构处于工作状态时，所形成的气流平行于桁架方向且垂直于授粉机作业行走方向，使得涵道风扇式授粉器机构所形成的气流共同作用于同一直线上，三个涵道风扇式授粉器机构1、5、12在同一个平面内。按照上述方式安装的气吹式杂交水稻制种授粉机，形成作业幅宽横跨三厢父本，涵道风扇式授粉器所形成的气流直接作用在父本稻穗上，使稻穗震荡将花粉脱落，在稳定的气流作用下，花粉随气流飘散到母本稻穗上，完成授粉。

进一步地，所述涵道风扇式授粉器机构还包括用于安装电机的电机底座16、设于旋翼上方的旋翼固定夹片上15、设于旋翼下方的旋翼固定夹片下18，旋翼固定夹片上15、旋翼固定夹片下18通过螺钉固定在无刷电机19上端，无刷电机19下端通过螺钉与电机底座16连接。电机底座16与圆形气流涵道13连接采用焊接，使两者为一体机构。控制无刷电机转速的无刷电调直接固定在电机底座16上。

进一步地，所述升降机构6为含有液压缸的具有抬升能力的升降机，所述升降机构能够调整桁架与地面的间距。升降机构6安装于动力底盘机头26前端，桁架安装在升降机构6左右两端，使得组成一组轴对称桁架机构。升降机构6通过调节其机构内的两个液压缸，可以实现桁架在垂直方向上一定范围内的调节。进一步地升降机构6上有调平桁架的自动调平装置电子平衡仪(图中未标示)，自动调平装置能够保障气吹式杂交水稻制种在赶粉作业过程中3组涵道风扇式授粉器机构在水平方向基本上处于同一高度。所述桁架与升降机构6之间设有折叠机构25，进一步地，所述折叠机构为由液压缸驱动的折叠机，所述折叠机构能够将桁架机构折叠回收。桁架包括左桁架2、右桁架10，左桁架2、右桁架10均通过折叠机构25与升降机构6连接，左桁架2、右桁架10以及三个涵道风扇式授粉器机构组成轴对称结构。左桁架2和右桁架10均通过折叠机构25与升降机构6连接，使得桁架在液压系统驱动下可以折叠回收。

本实施例所述的气吹式杂交水稻制种授粉机的作业方法，包括如下步骤：

S1、在杂交水稻制种授粉的盛花期期内(气候较佳时间段10:00至13:00，阴雨天授粉时间则视当天气象情况而定)，将气吹式杂交水稻制种授粉机开至田间，如图5所示，使涵道风扇式授粉器机构置于三厢杂交水稻父本厢间，动力底盘机构处于三厢父本厢的中间一厢上；

S2、如图6所示，启动气吹式杂交水稻制种授粉机上的汽油发电机，当发电机稳定正常工作时，再启动电源8(直流电源)以及控制器，调节控制器通过无刷电机19控制涵道风扇式授粉器机构的气流涵道的气流大小；

S3、通过升降机构6将涵道风扇式授粉器机构调节到合适高度，使三组涵道风扇式授粉器机构埋进父本厢水稻穗层，在稳定的气流作用下，花粉扩散到父本两侧的母本上，在每日辅助授粉作业过程中，重复辅助授粉2-3次，最终完成当日授粉作业。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，包括用于提供动力的动力底盘机构(7)、桁架、设置在桁架上且位置可调节的若干涵道风扇式授粉器机构，以及与动力底盘机构(7)连接的用于调节桁架高度的升降机构(6)，所述涵道风扇式授粉器机构包括支架(17)、设置在支架上的两个气流涵道(13)、分别设于两个气流涵道(13)内的旋转方向相反的旋翼(14)、驱动旋翼(14)旋转的电机，以及用于保护旋翼的保护网(24)。

2.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述支架(17)上设有丝杆(20)，所述丝杆(20)贯穿气流涵道(13)。

3.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述动力底盘机构(7)包括底盘，设于底盘下方的至少四个车轮(4)、安装于车轮(4)的传动轴上的分禾器(3)，设于底盘上的电源(8)、发电机(9)、控制器，以及与底盘连接的动力底盘机头(26)和后置机箱(11)。

4.根据权利要求3所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述电机为无刷电机(19)，无刷电机(19)与电源(8)经过电缆连接，电缆近无刷电机连接端接入无刷电调，无刷电调再与无刷电机连接，电缆另一端与电源(8)连接，无刷电调的控制信号端与控制器连接。

5.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述支架(17)上设有固定夹片(22)，固定夹片(22)与支架(17)形成矩通，所述涵道风扇式授粉器机构通过矩通安装于桁架上。

6.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述涵道风扇式授粉器机构数量为3个，分别为左涵道风扇式授粉器(1)、右涵道风扇式授粉器(12)和中涵道风扇式授粉器(5)，左涵道风扇式授粉器(1)、右涵道风扇式授粉器(12)分别安装在桁架的两端，中涵道风扇式授粉器(5)安装于桁架的中间位置。

7.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述涵道风扇式授粉器机构还包括用于安装电机的电机底座(16)、设于旋翼上方的旋翼固定夹片上(15)、设于旋翼下方的旋翼固定夹片下(18)，旋翼固定夹片上(15)、旋翼固定夹片下(18)通过螺钉固定在电机上端，电机下端通过螺钉与电机底座(16)连接。

8.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述升降机构(6)为含有液压缸的具有抬升能力的升降机；升降机构上设有调平桁架的自动调平装置。

9.根据权利要求1所述的气吹式杂交水稻制种授粉机，其特征在于，所述桁架与升降机构(6)之间设有折叠机构(25)。

10.一种气吹式杂交水稻制种授粉机的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在杂交水稻制种授粉的盛花期期内将气吹式杂交水稻制种授粉机开至田间，使涵道风扇式授粉器机构置于三厢杂交水稻父本厢间，动力底盘(7)处于三厢父本厢的中间一厢上；

S2、启动气吹式杂交水稻制种授粉机上的发电机(9)，当发电机(9)稳定正常工作时，再启动电源(8)以及控制器，调节控制器通过电机控制涵道风扇式授粉器机构的气流涵道(13)的气流大小；

S3、通过升降机构(6)将涵道风扇式授粉器机构调节到合适高度，使三组涵道风扇式授粉器机构埋进父本厢水稻穗层，在稳定的气流作用下，花粉扩散到父本两侧的母本上，在每日辅助授粉作业过程中，重复辅助授粉2-3次，最终完成当日授粉作业。