2ZYS-2型玉米育苗濾水移栽機的研制

徐 濤，石 鐵，劉春旭，李海濤

2ZYS-2型玉米育苗濾水移栽機的研制

徐 濤1，石 鐵1，劉春旭1，李海濤2

(1.黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081；2.黑龍江省畜牧機械化研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

玉米是黑龍江省種植面積最大、分布范圍最廣、總產量最高的優勢作物，其栽培模式長期以來以直播為主。玉米移栽技術是一項抗旱高產新型農藝栽培技術，相比傳統的直播種植方式，移栽能夠使玉米作物提高有效積溫時間、減少春季低溫傷害、提高抵抗病蟲害的能力，從而確保紙筒秧苗存活率率，提高玉米的產量和品質。過去玉米移栽大都采用人工的方式進行，勞動力需求大，作業效率低下，移栽質量難以保證，無法進行大面積推廣應用。玉米育苗濾水移栽機的研制成功為玉米機械化移栽提供有效機械載體，填補了我國在該類型農機裝備方面的空白。

玉米；育苗；濾水移栽；機械化；紙筒秧苗

0 引言

黑龍江省是全國產糧大省，也是重要的商品糧基地，2011年糧食總產量達到557.05億kg，首次超過河南省成為全國第一產糧大省。2012年，黑龍江省糧食產量達到576億kg，實現“九連增”，并實現了糧食總產量和商品糧產量位列全國第一，為國家糧食安全和人民需要提供了可靠保證。玉米是黑龍江省種植面積最大、分布最廣、產量最高的糧食作物，發展效益佳、潛力大、用途廣，是決定黑龍江省糧食總產量實現穩步增長的關鍵作物，在發展農業、畜牧業、工業及醫藥等方面也發揮著舉足輕重的作用。2016年，總玉米栽植面積6.44×106hm2，總產量預計5 000萬t，總播種面積占全省的42.8%，總產量占全省的19.3%。玉米單產在黑龍江省7個積溫帶內的差距很大：第一、二積溫帶玉米平均產量750～850kg/666.7m2，第三、四積溫帶為450～600kg/666.7m2。第三、四積溫帶玉米種植面積達到了4.37×107hm2，玉米播種面積占全部面積的41%，該積溫帶內玉米增產提升空間非常大。

玉米育苗濾水移栽新型旱田栽植農藝技術能夠有效增加玉米生長周期，抵抗春季干旱和病蟲害，增加玉米產量和質量[1-2]，且玉米紙筒育苗濾水栽植高產技術相比直播具有顯著的優點。玉米大棚育苗可提前玉米生長期15天，紙筒苗可抵抗春季低溫、干旱天氣影響，保證秧苗的成活率，并能延長作物生育期，提高作物產量和品質。經黑龍江省農技推廣部門連續多年在訥河、青岡、海倫、安達及明水等地試驗表明：玉米育苗濾水移栽技術可以顯著增加積溫和抗旱防災能力，能有效緩解春季“十年九旱”等現實問題，使第三、四積溫帶地區能夠種植第一、二積溫帶的高產玉米品種，達到提高單產和總產的目的。長期以來，國內沒有玉米育苗濾水移栽專用機械，采用人工作業效率較低，勞動強度大，且移栽作業質量難以保證，制約了玉米育苗濾水移栽技術的大面積推廣使用，因而玉米育苗濾水移栽機械的研究使用勢在必行[3-4]。同傳統玉米直播方式相比，采用玉米育苗機械濾水移栽模式具有以下優勢：①能夠有效提高玉米移栽作業效率，降低玉米移栽對勞動力的需求，且作業質量穩定可靠。玉米育苗濾水移栽機采用柔性帶式連續輸送夾持移栽技術，最大限度地解決了傷苗問題，株距均勻可調，栽植直立度好，移栽深淺一致，適合玉米育苗移栽技術大面積示范推廣使用。②能實現抗旱保苗移栽。通過大棚育苗后進行自動化選苗、剔苗，可淘汰小苗、弱苗，加之移栽濾水，成活率和保苗率高達97%以上，真正實現一次抗旱移栽保全苗。③能實現大幅增產增效。經農技部門多年試驗，采用玉米機械化濾水移栽技術的地塊比直播玉米每公頃增產1 500～2 250kg，增幅近30%，純增加效益3 000余元。④能徹底解決地膜污染。紙筒移栽可取代玉米覆膜栽植技術，徹底解決地膜對土壤的污染，同時能夠降低玉米病害發生率，減少農藥施用量。

目前，旱田移栽農業機械主要在經濟類作物(如甜菜和馬鈴薯)，蔬菜類(如白菜和花卉)等方面使用，按栽植機構結構形式可分為以下5種：指夾式移栽機、鏈夾式移栽機、吊杯式移栽機、輸苗管式移栽機和橡膠夾持撓性圓盤式移栽機[5-9]。2ZYS-2型玉米育苗濾水移栽機的研制成功可為大面積推廣應用玉米育苗濾水移栽技術提供先進的裝備技術支撐，對于實施千億斤糧食產能鞏固提高工程、確保黑龍江省在“十二五”末期糧食總產突破“1 500億斤”大關將發揮重要的推動作用。該機主要用于玉米紙筒育苗的壟上和平作移栽作業，既適合于標準壟(壟距60～70cm)，也適合大壟(壟距110～130cm，行距40～60cm)雙條移栽。該機采用三點后懸掛的型式與輪式拖拉機掛接，一次進地即可完成破土開溝、選苗移苗、立苗移栽、覆土壓實和施水成型等項作業，整機綜合化程度高，作業質量穩定可靠。

1 整機結構及工作原理

1.1 結構

2ZYS-2型玉米育苗濾水移栽機采用主梁掛接的方式集成各功能部件成，具體結構如圖1所示。根據玉米紙筒秧苗移栽作業農藝技術要求，結合機械濾水移栽作業對機具結構、配套動力和運輸狀態等方面的要求，該機掛接方式采用三點后懸掛的型式。移栽機工作各組部件以拖拉機機組中心對稱面兩側對稱布置，作業行(壟)數為2 行，兩側對稱各1 套完整的移栽、輸苗傳動和施水覆土組部件，主要由移栽單體、輸苗傳動箱、覆土施水裝置和支承地輪4個部分構成。移栽單體完成玉米紙筒移栽入土及零速立苗工作，人工將經過剔除無苗、弱苗后合格玉米紙筒秧苗按照農藝需要移栽入土，保證合適的移栽距離、栽植深度和擠壓立苗強度；輸苗帶傳動箱按照一定的傳動比(移栽株距)將玉米紙筒秧苗進行輸送并喂入移栽單體夾持橡膠圓盤；覆土施水裝置在苗體兩側覆出壟臺，然后向溝內澆水，之后覆土填平壟溝保墑。機架聯接梁焊合將各組部件聯接，保證各功能合理有序結合，整機轉動動力和扭矩來源于支承地輪。

1.2 基本原理

進行玉米紙筒秧苗移栽時，機具與22 kW 以上輪式拖拉機配套使用，懸掛方式為三點后懸掛，可滿足大壟雙條和標準壟移栽作業，作業行距40～65cm可調。左右移栽單元各配備1名擺苗人員，移栽秧苗苗齡在兩葉一芯至三葉一芯之間，紙冊規格為16 筒×40筒，紙筒成正六邊形，外接圓直徑Φ25 mm，高80 mm；通過皮帶與夾持輥水平垂直換向后均勻喂入垂直針刺帶，與移栽單體橡膠夾持機構無縫遞接，經90°旋轉后進入溝內，在擠壓限深輪的擠壓和開溝器回土的雙重作用下立苗；覆土鏵將壟側土覆起成溝，伴隨水車通過向溝內秧苗澆水，形成水土混合泥漿，加快緩苗速度，提高移栽成活率。

1.切土圓盤 2.水箱 3.座椅 4.腳踏板 5.輸苗傳動箱 6.托秧盤 7.移栽單體 8.覆土施水機構 9.支承地輪 10.開溝器圖1 2ZYS-2型玉米育苗濾水移栽機Fig.1 2ZYS-2 type watering corn seedling transplanter

1.3 技術參數

移栽機主要技術參數如表1所示。

表1 主要技術參數

1.4 參數確定

1)配套動力。本機的配套拖拉機的選擇主要根據兩個方面：一是拖拉機的液壓懸掛提升能力。一般情況下，23.5kW輪式拖拉機在距離下懸掛點620mm位置的最大液壓懸掛能力在600kg左右，基本滿足了該機運輸及作業移動的提升需求。二是拖拉機的牽引能力。移栽機作業時其牽引阻力主要來自于破茬盤、開溝器及覆土鏵入土后土壤的反作用力。參考國內外試驗數據，移栽單體入土耕作阻力需要消耗的動力一般在2.5～3.0kW之間，該機2個移栽單體共需要消耗動力在5.0～6.0kW，選配動力滿足需求。

2)移栽株距。玉米作物株距隨選擇的品種、不同地區的農藝要求不同而不同，該機移栽株距范圍的選擇是根據實際作物株距要求確定的，通常在15～30cm范圍。移栽株距的實現是通過更換平輸苗帶傳動箱上的主動和被動齒輪傳動比來實現的，其比值在1.5～0.67之間。

3)作業速度。在滿足農業生產要求，確保一定移栽深度、移栽作業質量的前提下，盡可能降低功率消耗，提高作業生產率；同時，考慮到受人工擺苗速度的影響，經過多次試驗驗證，確定該機作業速度在1.0～2.0km/h。

2 主要工作部件的設計

2.1 移栽單體

該部件是玉米育苗濾水移栽機作業核心功能的實施機構，主要功用是破茬開溝切土。其將玉米紙筒秧苗按照農藝要求的深度、株距和直立程度移栽到土壤中，并保證合理地擠壓站苗力度和合適的壟型。該部件是移栽機的入土栽植部件總成，是影響整機移栽作業質量的關鍵部件。

該部分主要由橡膠夾持圓盤及擠壓限深輪等零部件組成，具體結構如圖2所示。

1.切土圓盤 2.內六方傳動軸 3.單體傳動軸 4.安全裝置 5.輸苗箱驅動20齒齒輪 6.靴式開溝器 7.夾持橡膠圓盤 8.分膠臂 9.擠壓限深輪 10.聯接板 11.耕深調整機構圖2 移栽單體三維軸側圖Fig.2 Axonometric drawing of transplanting monomer

移栽單體各部件由前向后依次按功能的先后排列，切土滅茬圓盤采用缺口65Mn材質圓盤，直徑Φ38cm，厚度5mm，切土深度10～15cm。其作用是切斷地表殘茬以防止作業纏阻，預開溝可減少后續作業阻力。靴型開溝裝置入土深度10～17cm，開溝寬度4.2cm。撓性橡膠夾持圓盤位于移栽單體內，圓盤直徑Φ52cm，與垂直針刺帶對接，可夾持紙筒長度在1.5～2.5cm，圓盤中心到紙筒尾端的距離為28～32cm。撓性夾持橡膠圓盤的旋轉角速度和夾苗角度決定了紙筒栽植后直立情況，為了保證移栽秧苗的直立度，需采用零速投種移栽，紙筒苗經過旋轉接近于垂直投苗狀態時，其水平線速度數值應等于或略大于機組前進速度，方向相反。

移栽單體夾持橡膠圓盤轉速傳遞過程如下：支承地輪Z17齒驅動鏈輪→支承地輪Z17齒被動鏈輪→內六方傳動軸30齒錐齒輪→單體傳動軸15齒錐齒輪→橡膠夾持圓盤30齒錐齒輪。夾持橡膠圓盤處傳動比為i橡膠圓盤=(17/17)×(15/30)×(30/15)=1，輸苗箱傳動齒輪傳動比為i箱輸入=0.5。

從計算結果看，支承地輪與夾持橡膠圓盤轉動角速度相同。人字型橡膠輪胎型號為5.00-12，其胎面寬度12.7cm，輪胎直徑D地輪=Φ55.8cm。考慮到輪胎打滑和壓縮變形，則輪胎實際傳遞扭矩的回轉半徑應與橡膠夾持圓盤直徑相當，實現了零速投種。

2.2 輸苗傳動箱

輸苗傳動箱的主要作用是將經人工清除無苗、弱苗后的玉米紙筒秧苗換向輸送，均勻喂入到垂直針刺帶內向移栽單體供苗。其主要功能是株距調整和扭矩傳遞。輸苗傳動箱株距的調整方法是更換主、被動鏈輪，齒數為12～17齒，調整株距范圍15～30cm。轉動扭矩的輸入來自移栽單體上的輸苗箱傳動齒輪，經鏈條鏈輪、齒輪將扭矩傳遞給平輸苗帶和垂直針刺帶。垂直針刺帶設計膠刺直徑Φ2.0～Φ4.5mm，刺長13mm，夾持寬度8cm，夾持紙筒部分長度5～6cm，可以有效保證紙筒夾持姿態的穩定。

傳動箱扭矩傳遞過程分兩個部分，主要傳動結構如圖3、圖4所示。

1)第1部分是驅動平輸苗帶及海綿輪。傳動過程是：移栽單體輸苗箱傳動齒輪(Z20齒)→傳動箱Z20齒直齒輪→株距調整驅動鏈輪(Z12～Z17)→株距調整被動鏈輪(Z12～Z17)→平輸苗帶驅動軸。

平輸苗帶傳動比范圍0.353～0.708之間，即

i平輸苗帶max=i箱輸入× 17/12=0.708

i平輸苗帶min=i箱輸入× 12/17=0.353

2)第2部分是驅動垂直針刺帶。傳動過程如下：移栽單體輸苗箱傳動齒輪(Z20齒)→傳動箱Z20齒直齒輪→Z24齒鏈輪→Z24齒鏈輪→Z12齒鏈輪→Z12齒鏈輪(26齒直齒輪→26齒直齒輪→Z12齒鏈輪→Z12齒鏈輪)。

1.平輸苗帶 2.Z12齒鏈輪 3.M2-Z24齒直齒輪 4.平樹苗帶驅動軸 5.M2-Z24齒直齒輪 6.Z12齒鏈輪 7.26齒直齒輪 8. Z12齒鏈輪 9.26齒直齒輪 10. Z12齒鏈輪 11.傳動箱Z20齒直齒輪 12.Z24齒鏈輪 13. Z12齒鏈輪 14. Z36齒鏈輪圖3 傳動箱傳動結構圖1Fig.3 Diagram of transmission box structure 1

1.株距調整驅動鏈輪 2.Z16齒張緊鏈輪 3.張緊裝置時 4.張緊彈簧 5.株距調整被動鏈輪圖4 傳動箱傳動結構圖2Fig.4 Diagram of transmission box structure 2

垂直針刺帶傳動比為：i針刺帶=i箱輸入×(12/24) ×(12/36) ×(12/12)=0.083。

由上可得：支承地輪旋轉1圈，機組理論行進距離L理論=π·D地輪=175.5cm。按機組打滑率按90%計算機組實際行進距離為：L實際=175.5/90%=195cm。

針刺帶驅動輥旋轉6圈，垂直針刺帶行進長度L1=47cm。

當i平輸苗帶min=0.353時，平輸苗帶驅動軸旋轉2.833圈，平輸苗帶驅動軸直徑Φ3.7cm,轉動直線距離Lmax=33.8cm，此時產生最小株距。

當i平輸苗帶max=0.708時，平輸苗帶驅動軸旋轉1.412圈，平輸苗帶驅動軸直徑Φ3.7cm,轉動直線距離Lmin=13.3cm，此時產生最大株距。

由紙筒直徑2.5cm可得：平輸苗帶向垂直針刺帶、橡膠夾持圓盤輸送秧苗的數量：最多Nmax=Lmax/2.5=13.17(株)，最少Nmin=Lmin/2.5=6.56(株)。那么，機組移栽株距為：D最大=L實際/Nmin=29.8cm，D最小=L實際/Nmax=14.8cm。

2.3 覆土施水機構

該機構主要由翻土鏵、澆水管路、調整鋼梁和聯接板4部分組成，作用是由覆土成溝后向內澆水，以供移栽后的玉米紙筒秧苗生長所需水分。在正常土壤墑情下，向移栽溝內澆灌水量在40～60 t/hm2，水位高度應將移栽紙筒全部淹沒。若遇到干旱年份，應增大施水量和施水次數，在水分下滲后及時封壟，減少風大蒸發跑墑。該組件為了能夠最大限度保證覆土施水作業隨地仿形性能，其與移栽單體剛性聯接，并繞內六方傳動軸做單鉸仿形運動。澆水量的多少直接影響到玉米移栽緩苗速度，對增產、提質起著至關重要的作用。

3 結論

1)該機可以滿足平作、壟作條件下玉米育苗紙筒的移栽作業需要，可實現標準壟兩行和大壟雙條移栽作業，整機地域適應性好，通用性強。移栽作業質量滿足《JB/T 10291-2001 旱地栽植機械》要求，符合玉米紙筒秧苗移栽的農藝需要。

2)該半自動大壟、標準壟通用玉米育苗濾水移栽機的調整、使用、維修簡單方便，移栽株距通過調整輸苗傳動箱內移栽株距調整主、被動齒輪實現。移栽深度通過旋轉移栽單體后端調整手柄，實現了無極快速調整的需要，為玉米作物大面積移栽提供了優良的機械保證。

3)玉米育苗濾水移栽機是進行玉米抗旱增產提質的重要機型，但在國內還尚屬空白，隨著玉米種植面積和需求的逐年增加，其市場非常廣闊，經濟效益和社會效益顯著。

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Development of 2ZYS-2 Type Watering Corn Seedling Transplanter

Xu Tao1， Shi Tie1， Liu Chunxu1, Li Haitao2

(1.Heilongjiang Institute of Agricultural Mechanical Engineering Science,Harbin 150081, China; 2.Heilongjiang Province Animal Husbandry Mechanization Research Institute, Qiqihar 161005, China)

Corn is the dominant crop with the largest planting area, the widest distribution range and the highest total yield in Heilongjiang Province. Its cultivation mode has been the direct seeding for a long time. Maize transplanting technology is a new agronomic cultivation technique with high drought resistance and high yield. Compared with traditional direct seeding , Transplanting can make maize crops from early spring low temperature, late spring cold, frost, hail and other harmful climate and pests and diseases to ensure the survival rate of seedlings to improve the yield and quality of maize; past corn transplanting mostly artificial way , The labor demand, operating efficiency is low, difficult to guarantee the quality of transplanting, can not be large-scale application; maize nursery machine transplanting machine for the development of mechanized maize mechanized transplant to provide effective mechanical carrier, to fill in this type of agricultural equipment of the blank.

corn; nursery; water treatment transplanting; mechanization; paper tube seedling

2016-12-21

黑龍江省應用技術研究項目(GA13B301)

徐 濤(1974-)，男，黑龍江友誼人，高級工程師，碩士，(E-mail)xutao740410@163.com。

S223.94

A

1003-188X(2018)12-0084-05