水稻插秧機分插機構技術特點與優化思路

李建國

(尚志市農機化技術推廣站，黑龍江 尚志 150600)

0 引言

水稻插秧機是水稻秧苗插植的先進現代化農業機械，不僅能夠替代人工作業確保水稻插秧的行距、株距等農藝要求，還能利用先進機械功能顯著提高插秧的工作效率。相對于人工插秧而言，機插秧的秧苗均勻性更好，水稻后期生長的通風、透光、養分均勻性更為合理，更有利于提高單位面積的水稻產量。分插機構作為水稻插秧機的核心工作部件，分插機構的機械性能和工作能力對插秧的最終質量影響很大，從不同技術種類的分插機構作業情況進行對比，插秧機構的結構和運行軌跡等因素對插秧的效率、質量、秧苗成活率、緩苗期長短等因素影響較大，且間接影響水稻的最終產量。可見水稻插秧機分插機構的優化研究對水稻插秧機整體技術的發展具有積極的促進作用。

1 分插機構的主要技術形式

1.1 分插機構的傳統形式

長期以來，我國水田應用的插秧機分插機構以結構相對簡單的4連桿或5連桿分插機構為主，部分機型還應用搖臂導桿分插機構、轉臂滑道分插機構等類似形式，以下統稱為曲柄連桿類分插機構。因工作過程可靠、結構簡單、維修方便，現階段我國很多地區的水田生產仍然使用曲柄連桿類分插機構，例如2ZT-935型水稻插秧機仍是我國水田使用最廣泛的插秧機品種之一。但受到機械結構的限制，曲柄連桿類分插機構的合理運轉速度僅為200 r·min-1，當轉速進一步增大時，因慣性力的影響，分插機構易產生明顯振動，因此很難在高速插秧機上進行應用。同時曲柄連桿類分插機構因插植過程對土壤刮帶嚴重，導致秧苗的直立性漂秧率和漏插率相對較高，多應用于作業速度較慢的手扶式步進插秧機(圖1)使用[1]。

圖1 手扶式步進插秧機

1.2 分插機構的新形式

隨著水稻生產規模的逐步擴大，聯合生產下的大面積水田需要更高效率的插秧機來完成快速插秧的農藝任務，乘坐式高速插秧機(圖2)在我國的水田種植區應用量逐漸增多，且發揮出了很多優勢。為適應高速插秧的要求，分插機構在結構和技術應用方面進行了多個方向的升級，產生了齒輪行星系分插機構、橢圓行星系分插機構、旋轉滑道式分插機構、差速式分插機構、偏心鏈輪式分插機構等多種形式的高速分插機構，從現階段我國水田生產的實際情況看偏心鏈輪式分插機構、橢圓行星系分插機構因研發時間較早，技術更為成熟，應用更為廣泛。總體上看，現階段使用的新型高速分插機構相對于曲柄連桿類分插機構的運轉更為平穩，因慣性力引起的振動問題得到了有效改善，且通過動力輸入端的一次回轉可實現2次以上的插秧功能，作業效率顯著提升。但同時，高速分插機構的結構更為復雜，制造成本明顯提高，設計過程更為復雜，部分分插機構出現軌跡不合理問題，在一定程度影響實際作業質量[2]。

圖2 乘坐式高速插秧機

2 分插機構的原理與工作流程

水稻插秧機的分插機構種類很多，總體上講，其主要的機械結構包括中心軸(動力輸入)、傳動結構、撥叉、栽植臂、推秧裝置、秧針等，水稻插秧機工作過程有橫向送秧和縱向送秧兩種形式，分插機構在水稻插秧機行駛的過程中做固定運動路線的循環往復動作。取秧時，固定在栽植臂前部的秧針到達秧門位置，移箱機構將秧苗依次調整到適當位置，栽植臂利用運轉速度將秧苗取下，并攜帶秧苗按照固定的路徑運動，到達插秧位置后，推秧裝置利用彈簧力將秧苗推出，同時栽植臂利用運轉力將水稻秧苗栽插到水田的固定深度中。在插秧機田間行駛的過程中，分插機構的運轉速度與插秧機行駛速度及移箱機構調整速度呈線性關系，能夠保證插秧的間距始終維持在預設范圍內[3]。

隨著技術的進步，分插機構的結構進行了多方面的優化，傳統的曲柄連桿式分插機構由于往復運動過程的沖擊載荷過大，已經逐漸被新的分插機構所替代。新分插機構的一個典型特點就是利用行星齒輪傳動替代傳統的曲柄連桿式分插機構來實現取秧與插秧過程的往復運動要求，設計過程還可通過行星齒輪配合關系的設計來實現更加合理的取秧與插秧路徑規劃。無論是步進式插秧機還是乘坐式高速插秧機都逐漸通過行星輪系替代了曲柄連桿結構，盡管機具的成本相應提升，但同時改善了傳統插秧過程效率低、秧苗不正、機具振動等問題，也有利于插秧機使用壽命的提升[4]。

3 分插機構的技術優化思路

3.1 加強秧苗的保護

現階段在高速插秧的過程中，栽植臂在取秧和插秧時運轉速度很快，在取秧過程中應注意預防秧根損傷問題的發生，這一方面需要栽植臂運動的軌跡更加合理，且需要進一步優化秧針在取秧時的角度，及取秧的方式；另一方面需要做好更精密的配合，確保移箱機構與分插機構配合良好。在插秧的過程中，要充分考慮分插機構插秧過程的運行軌跡，既保證插秧過程不對秧苗造成損傷，還要避免分插機構各個位置的運轉不會對已插秧苗造成擦碰損傷。

3.2 做好功能的精確化升級

由于高速分插機構采用行星齒輪結構，因此，設計過程的重點工作之一就是齒輪運動曲線的優化。總體上講，我國自主研發的水稻插秧機在齒輪運動曲線優化方面的相關工作開展還不夠深入，通過輪系運轉狀態的總體優化實現分插機構功能的升級工作仍有待加強。同時還要重視在設計過程中避免出現兩個高速分插機構栽植臂運動干涉問題，運動干涉是現階段高速插秧機分插機構需解決的另一個主要問題。此外，還應做好推秧機構運行時機的優化，將推秧機構與栽植臂的運行路線形成更好的配合關系[5]。

3.3 加強電子控制技術應用

插秧機分插機構的重點研究和技術升級集中在機械結構和技術方面，從近年來國際上的研究來看，很多插秧機研究機構逐漸將分插機構的傳動和控制功能向電氣控制方向轉變，通過電驅動技術來改變現有的分插功能，并結合電子檢測與計算機技術來改善插秧時機，使插秧機技術逐漸向電氣自動化及高度智能化轉變。

4 結語

分插機構作為水稻插秧機的核心機構，決定著水稻插秧機的工作效率與工作質量。插秧對于水稻最終產量有著深遠的影響，隨著水稻機械化種植技術的進一步普及，插秧機的應用范圍進一步擴大，自主技術下分插機構的工作能力決定著插秧機產品的市場影響力，分插機構的技術優化應在精細化和適用性方面繼續增強，并充分結合多學科技術，確保高速插秧機得到全方位的性能提升。

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