南方雙季稻區(qū)小行距插秧機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

陳立才，黃　芳，李艷大，舒時(shí)富，江向榮，賀　捷，王水發(fā)，尹國(guó)慶

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所，南昌　330200；2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心，南昌　330200；3.安徽艾田農(nóng)業(yè)裝備有限公司，合肥　230000；4.江西省浮梁縣農(nóng)業(yè)機(jī)械局，江西 景德鎮(zhèn)　333400；5.江西省泰和縣農(nóng)業(yè)機(jī)械局，江西 吉安　343700)

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南方雙季稻區(qū)小行距插秧機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

陳立才1，黃芳2，李艷大1，舒時(shí)富1，江向榮3，賀捷1，王水發(fā)4，尹國(guó)慶5

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程研究所，南昌330200；2.江西省南昌縣農(nóng)技推廣中心，南昌330200；3.安徽艾田農(nóng)業(yè)裝備有限公司，合肥230000；4.江西省浮梁縣農(nóng)業(yè)機(jī)械局，江西 景德鎮(zhèn)333400；5.江西省泰和縣農(nóng)業(yè)機(jī)械局，江西 吉安343700)

摘要：針對(duì)300mm行距插秧機(jī)在南方雙季稻區(qū)栽插行距過(guò)大、穴數(shù)過(guò)少及不能充分發(fā)揮機(jī)插稻的增產(chǎn)潛力問(wèn)題，在300mm行距插秧機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和田間農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合的方法，對(duì)其插植部箱體、苗箱、支架(包括左右支架和中間支架)和浮板4個(gè)關(guān)鍵部位技術(shù)參數(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，研制出了適合南方雙季稻區(qū)作業(yè)的2ZS-488B型(264mm行距)插秧機(jī)，并于2012-2013年在江西省2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行不同早晚稻品種機(jī)插行距的大田對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：該插秧機(jī)作業(yè)性能穩(wěn)定，漂秧率、傷秧率和漏插率分別為1.55%、2.68%和1.93%，相對(duì)均勻度合格率為89.54%。與300mm行距插秧機(jī)相比，其產(chǎn)量平均增產(chǎn)529.43kg/hm2，平均增產(chǎn)率達(dá)8.57%。該研究結(jié)果創(chuàng)新了南方雙季稻區(qū)新的機(jī)械化栽插方式，有利于農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的有效融合。

關(guān)鍵詞：插秧機(jī)；雙季稻；改進(jìn)設(shè)計(jì)

0引言

水稻是我國(guó)種植面積最大、產(chǎn)量最高的糧食作物之一，約占中國(guó)糧食作物種植面積的34%。2012年全國(guó)水稻綜合機(jī)械化水平為68.82%，而機(jī)械化種植水平僅為31.67%[1]，水稻機(jī)械化種植環(huán)節(jié)直接制約著我國(guó)水稻全程機(jī)械化的發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和農(nóng)村勞動(dòng)力的大量轉(zhuǎn)移，適齡勞動(dòng)力季節(jié)性短缺矛盾日益突出，水稻機(jī)械化栽插得到迅猛發(fā)展[2-4]。國(guó)內(nèi)各省機(jī)插面積雖然穩(wěn)步推進(jìn)，但發(fā)展并不平衡，積極研制先進(jìn)實(shí)用的水稻插秧機(jī)，以實(shí)現(xiàn)和提升水稻生產(chǎn)高產(chǎn)、高效、省工、節(jié)本的目標(biāo)，是水稻機(jī)械化生產(chǎn)種植的主攻方向。因此，推廣水稻種植機(jī)械化技術(shù)是發(fā)展水稻生產(chǎn)和保證糧食安全的重要保障之一。

目前，我國(guó)市場(chǎng)供應(yīng)的插秧機(jī)生產(chǎn)技術(shù)和核心部件大多由國(guó)外引進(jìn)，且大部分行距都固定為300mm，這種行距在我國(guó)單季稻區(qū)反映良好。長(zhǎng)江中游雙季稻由于受氣溫、光照限制，生育期相對(duì)較短，有效分蘗時(shí)間受限，對(duì)300mm行距插秧機(jī)普遍反映行距過(guò)大，每公頃穴數(shù)和基本苗偏少，有效穗數(shù)不足，既不利于構(gòu)建高產(chǎn)群體，也不利于光照和水肥資源的充分利用，不能充分發(fā)揮機(jī)插稻的增產(chǎn)潛力[5-7]。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者就行株距或栽插密度對(duì)機(jī)插稻產(chǎn)量的影響研究報(bào)道較多[8-13]。葉厚專(zhuān)[5]和李世峰[11]認(rèn)為機(jī)插稻移栽密度過(guò)小或過(guò)大均不利于高產(chǎn)，合理密植利于機(jī)插稻個(gè)體與群體生長(zhǎng)發(fā)育。這些研究主要側(cè)重于田間農(nóng)藝試驗(yàn)研究，而對(duì)窄行插秧機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的研究較少，國(guó)內(nèi)外目前對(duì)于264mm行距插秧機(jī)的研究尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。本課題組通過(guò)田間農(nóng)藝試驗(yàn)證明，種植行距為264mm，均比238mm和300mm行距的增產(chǎn)[5]。因此，本研究首次提出將我國(guó)現(xiàn)行的300mm插秧機(jī)的行距改為264mm。在消化吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和田間農(nóng)藝技術(shù)試驗(yàn)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)插秧機(jī)關(guān)鍵部件優(yōu)化改進(jìn)，研制出適宜我國(guó)南方雙季稻區(qū)機(jī)械化生產(chǎn)的2ZS-488B型(264 mm行距)插秧機(jī)。這對(duì)提高我國(guó)南方雙季稻區(qū)的水稻產(chǎn)量和稻作效益、提升我國(guó)水稻機(jī)械化水平具有重要的意義[14-16]。

12ZS-488B型插秧機(jī)關(guān)鍵部位改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1　改進(jìn)設(shè)計(jì)原則及要達(dá)到的技術(shù)性能指標(biāo)

1.1.1改進(jìn)設(shè)計(jì)原則

結(jié)合南方雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)實(shí)際，該插秧機(jī)設(shè)計(jì)原則為輕便小巧，可在小田塊方便轉(zhuǎn)彎，便于操作。本研究以課題組成員單位—安徽艾田農(nóng)業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的艾田牌2ZS-488型(300 mm行距)插秧機(jī)為基礎(chǔ)，總體保持不變的前提下，主要改進(jìn)設(shè)計(jì)因?yàn)樾芯鄿p小所涉及的部件，主要包括插植部箱體、苗箱、支架(包括左右支架和中間支架)和浮板等，以提高系列產(chǎn)品主要零部件的通用性。

1.1.2技術(shù)性能指標(biāo)

①能插帶土盤(pán)育苗秧，取秧量為每穴1～5苗可調(diào)；②漂秧率≤3%；③傷秧率≤4%；④漏插率≤5%；⑤相對(duì)均勻度合格率≥85%。

1.2　插植部傳動(dòng)箱改進(jìn)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)箱內(nèi)的螺旋軸是控制苗箱可靠平穩(wěn)橫向移動(dòng)的關(guān)鍵零件，螺距和行程是螺旋軸的主要參數(shù)。在維持原機(jī)型動(dòng)力傳遞參數(shù)不變的總體設(shè)計(jì)框架下，為保證取秧面積不變，新機(jī)型的螺旋軸不改變螺距；但插秧機(jī)的行距變小后，螺旋軸行程相應(yīng)變小，插植部傳動(dòng)箱體也要縮短。同時(shí)，為保證各單行苗箱的秧苗互相不干涉，各單行苗箱之間的隔斷筋寬度維持原機(jī)型的尺寸。

螺旋軸的總行程[17]為

Ss=Bs-b1-b2-2Δbs

式中Ss—螺旋軸行程(mm)；

Bs—行距(mm)；

b1—苗箱隔斷筋寬度(mm)；

b2—秧門(mén)寬度(mm)；

Δbs—秧爪與秧門(mén)的側(cè)向間隙，取1.5mm。

其中：Bs=8×33=264 mm，b1=20mm，b2=20mm，Δbs=1.5 mm。因此，苗箱移動(dòng)的總行程(即螺旋軸的總行程)為Bs=264-20-20-(2×1.5)=221mm；螺旋軸的其它參數(shù)，仍與原機(jī)型的參數(shù)一致，以增加零部件的通用性。

1.3　苗箱改進(jìn)設(shè)計(jì)

為保證秧針能取完一排帶土秧苗，理論上單行苗箱寬度應(yīng)該是苗箱移動(dòng)的總行程加上秧針的寬度，即221+14=235 mm。但考慮到秧針工作時(shí)的抖動(dòng)，為防止秧針碰苗箱隔斷筋，加之秧針取秧時(shí)的剪切作用，因此實(shí)際設(shè)計(jì)都以秧門(mén)寬度來(lái)計(jì)算。因此，單行苗箱寬度為

L=Ss+b2=221+20=241mm

苗箱的總寬度為241×4+20×5=1064mm，比原機(jī)型減少156mm。其改進(jìn)前后如圖1所示。

圖1　苗箱改進(jìn)圖

1.4　支架改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.4.1中間支架改進(jìn)設(shè)計(jì)

行距由300mm縮小至264mm后，在田間不平的情況下，左右兩端的兩個(gè)插植臂會(huì)與行走輪產(chǎn)生干涉。為減少零部件的過(guò)多改動(dòng)和插秧機(jī)質(zhì)心坐標(biāo)的過(guò)大改變，本設(shè)計(jì)通過(guò)將中間支架加長(zhǎng)50mm，將分插機(jī)構(gòu)整體往后移，避免了行走輪與插植臂相互干涉。中間支架加長(zhǎng)后，其改進(jìn)圖如圖2所示。

圖2　中間支架改進(jìn)圖

1.4.2左右支架改進(jìn)

行距減小，插植臂的間距變小，需要縮短左右支架高度，改進(jìn)前后降低了35mm。其變化如圖3所示。

圖3　左右支架改進(jìn)圖

1.5　浮板改進(jìn)設(shè)計(jì)

行距減小后，原中間浮板后端會(huì)與插植臂發(fā)生干涉，且容易造成“涌泥”掩埋已插秧苗的現(xiàn)象。為了避免這種問(wèn)題，同時(shí)保證浮板承壓面積和接地壓力基本不變,本設(shè)計(jì)將浮板后端寬度縮小到175 mm，比原機(jī)型窄了52 mm；同時(shí)，將浮板總長(zhǎng)度由原長(zhǎng)1 665 mm增至1 715mm。改進(jìn)后，浮板總體承壓面積比原機(jī)型減少77 830mm2；但由于行距改變使插植部箱體、苗箱等發(fā)生變化，減輕了新機(jī)型總質(zhì)量，接地壓力基本未變。其改進(jìn)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4　浮板改進(jìn)圖

1.6　改進(jìn)后整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

該2ZS-488B型插秧機(jī)通過(guò)了江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站型式試驗(yàn)和定型檢測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該產(chǎn)品作業(yè)質(zhì)量滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)要求，主要技術(shù)指標(biāo)符合GB/T20864-2007《水稻插秧機(jī)技術(shù)條件》要求，性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并于2013年通過(guò)江西省科技廳成果鑒定。插秧機(jī)改進(jìn)前后的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　2ZS-488B型插秧機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2田間應(yīng)用試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為考核改進(jìn)后插秧機(jī)的作業(yè)性能和增產(chǎn)效應(yīng)，樣機(jī)于2012年和2013年在江西省泰和縣和浮梁縣進(jìn)行了早晚稻重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)264mm和300mm兩種機(jī)插行距和8個(gè)早晚稻品種，分別用長(zhǎng)×寬為550mm×230mm和580mm×280mm的硬盤(pán)育秧，用課題組自行改進(jìn)設(shè)計(jì)的2ZS-488B型和“久保田”2ZS-4型插秧機(jī)(300mm行距)進(jìn)行栽插，株距均為117mm，試驗(yàn)田塊面積0.02hm2，3次重復(fù)。試驗(yàn)田采用拖拉機(jī)旋耕，人工平整，整田后沉實(shí)2天，泥腳深100～250mm，平整度高，比較符合插秧機(jī)作業(yè)要求。供試早晚稻育插秧處理如表2所示。

表2不同機(jī)插行距水稻育插秧處理

Table 2The seedling and transplanting treatment of different machine-transplanted row spacing

季別育秧硬盤(pán)/mm每盤(pán)播量/g育秧方法取秧量栽插深度早稻550×23085淤泥育秧中等中等580×250100晚稻550×23085580×250100

2.2　測(cè)定項(xiàng)目與方法

2.2.1機(jī)插質(zhì)量

機(jī)插后，采用對(duì)角線取樣法選取5個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)距田邊大于1個(gè)工作幅寬。在5個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)，測(cè)定栽插深度、每穴株數(shù)、傷秧率、漂秧率、漏插率和相對(duì)均勻度合格率。機(jī)插質(zhì)量測(cè)定方法按GB/T6243-2003《水稻插秧機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行[18]。

2.2.2增產(chǎn)效應(yīng)

于成熟期對(duì)每個(gè)品種收割4m2進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，對(duì)比不同栽插行距下的增產(chǎn)效果。

2.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft office 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素顯著性分析，顯著水平為P<0.05。

3結(jié)果與分析

3.1　機(jī)插質(zhì)量

以2012年和2013 年2年2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)4季試驗(yàn)情況看，插秧機(jī)的漂秧率、傷秧率和漏插率平均值分別為1.55%、2.68%和1.93%，相對(duì)均勻度合格率達(dá)到89.54%，插秧機(jī)作業(yè)質(zhì)量能滿足要求。其主要作業(yè)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如表3所示。

表3　2ZS-488B型插秧機(jī)機(jī)插質(zhì)量

3.2　增產(chǎn)效應(yīng)

從表4不同機(jī)插行距的增產(chǎn)效應(yīng)比較可以看出：2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)供試水稻品種264mm行距的實(shí)際產(chǎn)量顯著高于300mm行距，264mm行距比300mm行距平均增產(chǎn)529.43kg/hm2，平均增產(chǎn)率達(dá)8.57%，增產(chǎn)效果明顯。這說(shuō)明，該機(jī)型機(jī)插行距較適應(yīng)雙季稻高產(chǎn)、高效機(jī)械化生產(chǎn)要求。

表4　不同機(jī)插行距的增產(chǎn)效應(yīng)比較

不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

4討論

1)目前，我國(guó)插秧機(jī)的研究主要朝高速式、乘坐式、多行式方向發(fā)展，或者針對(duì)某個(gè)部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，但真正適合南方雙季稻區(qū)的機(jī)型很少。該2ZS-488B型插秧機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作輕便、零配件通用性高、作業(yè)質(zhì)量好、可靠性高的特點(diǎn)。田間試驗(yàn)表明：該插秧機(jī)性能穩(wěn)定，適宜南方雙季稻區(qū)作業(yè)。該機(jī)已于2013年通過(guò)江西省科技廳科技成果鑒定，安徽艾田農(nóng)業(yè)裝備有限公司已生產(chǎn)2ZS-488B型插秧機(jī)400臺(tái)，并在湖南、江西、安徽等雙季稻區(qū)進(jìn)行使用。

2)前人關(guān)于不同株行距或移栽密度對(duì)機(jī)插稻產(chǎn)量的影響進(jìn)行了較多研究報(bào)道。劉強(qiáng)等[9]研究了淮北稻區(qū)不同行距機(jī)插秧對(duì)產(chǎn)量的影響，行距過(guò)大不利于水稻獲得高產(chǎn)。葉厚專(zhuān)等[5]研究發(fā)現(xiàn)：在機(jī)插株距相同的條件下，通過(guò)適當(dāng)減小行距可以提高水稻的產(chǎn)量。邢春秋等[10]和吳雪源等[13]研究也表明窄行距機(jī)插比行距300 mm 機(jī)插稻增產(chǎn)。本研究通過(guò)在江西2個(gè)雙季稻種植區(qū)2種種植行距的田間試驗(yàn)可以看出：不同種植行距對(duì)早晚稻品種實(shí)際產(chǎn)量影響明顯，264mm行距的實(shí)際產(chǎn)量比300mm行距平均增產(chǎn)529.43kg/hm2，平均增產(chǎn)率達(dá)8.57%，這與前文研究結(jié)果一致。改進(jìn)設(shè)計(jì)的264mm行距新機(jī)型通過(guò)增加栽植密度，改變了水稻群體結(jié)構(gòu)，增加了單位面積有效穗數(shù)，提高了水稻單位面積產(chǎn)量，滿足了南方雙季稻區(qū)機(jī)械化生產(chǎn)高產(chǎn)、高效的要求。

本研究根據(jù)南方雙季稻生產(chǎn)特點(diǎn)和多年來(lái)不同行距對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)艾田牌2ZS-488型插秧機(jī)關(guān)鍵部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新性地研制出了2ZS-488B型插秧機(jī)，創(chuàng)新了南方雙季稻區(qū)新的機(jī)械化栽插方式，使秧苗群體結(jié)構(gòu)更符合農(nóng)藝要求，更能充分利用土地、光照和肥力資源，提高雙季稻產(chǎn)量，使農(nóng)機(jī)農(nóng)藝更加緊密融合，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。

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Abstract ID:1003-188X(2016)12-0183-EA

Improved Design and Experiments of Rice Transplanter in South Double Cropping Rice Region

Chen Licai1, Huang Fang2, Li Yanda1, Shu Shifu1, Jiang Xiangrong3,He Jie1, Wang Shuifa4, Yin Guoqing5

(1.Institute of Agricultural Engineering, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China；2. Agricultural Techniques Popularization Centre of Nanchang County in Jiangxi Province, Nanchang 330200， China; 3. Aitian Agricultural Equipment Company Limited in Anhui, Hefei 230000, China; 4. Jiangxi Fuliang Bureau of Agricultural Machine, Jingdezhen 333400, China; 5. Jiangxi Taihe Bureau of Agricultural Machine, Ji'an 343700, China)

Abstract：In view of the problems of machine-transplanted row spacing is too large, and the number of planted hills is insufficient, it can't give full play to the yield potential of machine-transplanted in south double cropping rice region. A 2ZS-488B(264 mm row spacing)rice transplanter was designed and tested in the paddy field by refitting transplanting arm housing, seedling box, bracket (includes left and right bracket and the middle bracket) and kickboard by the approach of mechanical optimum design method and agronomic techniques based on the 300 mm transplanter structure in south double cropping rice region. Field experiments were conducted in Jiangxi province in 2012 and 2013, involving different rice cultivars and two row spacing. The result showed that the machine had stable properties, the floating rate, injury rate and missing rate of rice seedling is 1.47%,2.41% and 1.70%, and qualification rate of relative uniformity is 89.54%, respectively. The yield average increased 529.43 kg/hm2, and average increase yield rate by 8.57% more than 300 mm row spacing. The research provides a research of machine-transplanted in south double cropping rice region. It is conducive to the effective fusion of agricultural machinery and agronomy.

Key words：rice transplanter; double cropping rice; improved design; 264 mm row spacing; experiments

中圖分類(lèi)號(hào)：S223.91+1；S359.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-188X(2016)12-0183-05

作者簡(jiǎn)介：陳立才(1985-)，男，山東濰坊人，助理研究員，碩士，(E-mail)chenlicai201314@163.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460320)；江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金(青年基金)項(xiàng)目(2012CQN015)；南昌市對(duì)外科技合作與成果轉(zhuǎn)化推廣計(jì)劃項(xiàng)目(2013HZCG002)；江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化與示范基金項(xiàng)目(2014CZH002)

收稿日期：2015-10-28