水稻毯状小苗机插技术源于日本,经过本土化改进后迅速发展,但我国地形复杂、种植制度多样,在稻麦、稻油、双季稻等多熟制种植地区,水稻生育期延迟造成上下茬口衔接紧张,易出现下茬作物等田现象;在因地形、水资源限制插秧前大田灌水较深地区以及稻渔综合种养区,水稻毯状小苗机插秧技术难以推广和应用。水稻大苗植株营养体大,具有较强的抗逆性,机插后返青发根快,机插水稻长秧龄大苗可以有效缓解小苗机插秧技术存在的这些问题。目前的水稻插秧机难以满足大苗的生产需求,通常存在“搭桥、推秧、伤秧”现象,但其机理尚不明确。因此,本文针对机插大苗立秧差、伤秧重的问题,研究水稻秧苗的物理力学特性,并对秧苗和分插机构进行动力学分析,在此基础上采用数值模拟技术明确秧苗、机械、水田土壤之间相互作用机理,主要内容和结论如下:(1)对水稻秧苗的微观结构、宏观物理特性及力学特性进行了测定和试验研究,分析了微观结构和宏观物理特性与力学特性之间的相关性。结果表明,水稻秧苗茎秆横截面微观结构为多层筛孔状叶片组织包裹的类椭圆形,在秧龄15～35d内,各品种水稻茎杆剪切强度、剪切模量、压缩能均随秧龄先增大后减小,弹性模量随秧龄先减小后增大,剪切功整体趋势为随秧龄增加而增加;除剪切强度外,各品种水稻茎秆力学特性参数均与大、小维管束数目呈显著或极显著相关;力学特性与宏观物理特性间相关性以遗传特性为主导,遗传特性(株型、基因型)相似的品种表现较为一致。(2)选取大苗分插机构类型和轨迹参数,基于水稻秧苗物理特性,进行触苗部件的运动学和动力学理论分析,分析机插作业过程取秧、运秧和插秧三个阶段秧苗的受力状态,明确水稻植株栽植效果的影响因素。结果表明,曲柄与凸轮的初始安装角度差影响立苗度,影响水稻机插秧效果的主要因素还包含:基质土凝聚力、秧苗与秧爪间摩擦系数、秧爪开口宽度、曲柄与凸轮的相对安装角、曲柄角速、秧苗株高、秧苗茎秆横截面积、水田泥土类型、水田水深、泥水密度。(3)采用ANSYS/LS-DYNA软件对机插秧作业过程水稻植株、分插机构和水田土壤的相互作用进行模拟,获得机插秧过程中水稻植株的受力和变形,并通过正交组合试验分析水稻植株在插秧过程中的应力变化规律和插秧后的姿态,确定最优参数组合。结果表明,各因素对秧苗最大应力的影响从高到低依次为秧爪宽度、相对安装角、曲柄角速度、水田水深、秧苗株高;对秧苗倾角的影响从高到低依次为相对安装角、秧苗株高、水田水深、曲柄角速度、秧爪宽度。当相对安装角为3°,秧爪宽度为8mm,曲柄角速度为35rad/s,秧苗株高为28cm,水田水深为6cm时,秧苗最大应力最小;当相对安装角为2°,秧爪宽度为4mm,曲柄角速度为31rad/s,秧苗株高为24cm,水田水深为2cm时,秧苗倾角最小。(4)在仿真模拟试验结果基础上,选取最为显著的三个因素在分插机构综合试验台上进行三因素三水平的正交试验,验证仿真试验的可行性,并得到与深水田环境及长秧龄秧苗状态最匹配的结构参数。