一種稻田開廂平整裝置的設計與應用*

吳宇琴 ，胡 萌 ，林 嬌 ，潘翠華 ，王 富 ，賈 俊

（1.荊門職業學院，湖北 荊門 448000；2.荊門（中國農谷）農業科學研究院，湖北 荊門 448000）

0 引言

水稻是我國主要的糧食作物，稻米是我國的主要口糧，全國有60%以上的人口以稻米為主食，我國水稻在糧食生產中具有重要地位[1-2]。據調查，在安徽、江西、湖南和湖北，超過70%受調查農戶采取人工直播的方式進行水稻生產，人工直播水稻面積不斷增加，直播技術已經在南方普遍采用并自發擴散[3]。此外，水稻水育秧也是水稻科研試驗中的重要一環[4]，幾乎絕大多數水稻田間試驗都需要采取水育秧方式進行，育秧質量的好壞直接關系到科研試驗的規范性和準確性。因此，無論是生產實際還是科研試驗需要，良好的稻田廂溝是科研和生產的關鍵[5-6]。

然而，要做到水稻田開溝和廂面平整的標準化并非易事。由于水育秧泥漿稀軟，難以開廂成型，實際生產中還沒有合適的開廂、平整的機械裝置，育秧田或人工直播田開廂依舊需要靠人工或簡易開溝工具完成，且無法保證廂面平整順直，影響育秧的秧苗一致性，甚至有的廂面容易在播種后出現部分淹水、悶蓋和暴雨沖刷導致種子秧苗淹埋致死的現象，秧苗出苗不一致，影響育秧質量，從而影響科研試驗和水稻生產[7]。加之隨著農村勞動力的轉移，實際生產也面臨勞動力短缺[8]等問題，這種費工費時的人工開溝開廂平整方式將逐漸被淘汰。因此，如何開發設計出一種可以集開溝、開廂、平整于一體的機械裝置，提高稻田廂面制作的質量和效率，保障水稻科研規范性[9]和滿足小農戶直播生產需要成為亟待解決的現實問題。基于此，本研究在水稻科研試驗育秧秧廂和小農戶人工直播的開溝開廂規格基礎上，設計出了一種機械化裝置，并通過農機和農藝的融合，優化出適宜水稻科研試驗或農戶人工直播的開廂平整裝置，為水稻科研和生產提供新的機械支持。

1 稻田開廂平整裝置的整體結構

1.1 整體結構設計

稻田開廂平整裝置結構如圖1 所示。該裝置包括底座，底座上固定有L 型板，L 型板用于安裝氣缸，且氣缸沿垂直于底座的方向安裝。底座一側設有凹口，在凹口兩側的內側壁上垂直設有起導向作用的滑槽。凹口處設置有一安裝板，兩側與滑槽滑動連接。氣缸通過U 型架傳動驅動力，可驅動安裝板沿滑槽方向上下移動調節高度，而安裝板上的其他部件均可隨安裝板移動，繼而調節開溝深度。

圖1 稻田開廂平整裝置整體結構示意圖

底座凹口對側的頂面固定安裝有兩個曲型桿，兩個曲型桿的外伸端安裝有連接塊，連接塊的表面開設有兩個安裝孔，使用時可通過安裝孔固定在牽引設備上，方便牽引設備帶動開廂裝置進行工作。

開廂作業中的開溝寬度調節則是由調節機構完成。安裝板的底部固定有開溝塊，且兩側分設可活動的調節塊。開溝塊上水平開設有連接槽。調節塊與連接槽滑動連接，可在連接槽的導向作用下水平運動。

1.2 調節機構設計

調節機構示意圖如圖2 所示，調節機構的運動部分包括雙頭液壓缸、兩個L 型連接桿和兩個調節塊。雙頭液壓缸固定在安裝板上，兩端有兩個驅動軸，分別用于驅動兩個L 型連接桿。L 型連接桿下端固定連接調節塊，L 型連接桿移動時會帶動調節塊移動。

圖2 調節機構示意圖

移動口的設置便于L 型連接桿能夠穿過其中，同時，移動口內在水平方向上滑動連接有移動板。L 型連接桿與移動板在水平方向上固定連接，在豎直方向上滑動連接。即L 型連接桿在豎直方向上自由滑動時，移動板不會限制L 型連接桿移動；而L 型連接桿在水平方向移動時，移動板則會對其起到導向作用。

在此機構中，雙頭液壓缸為原動件；U 型架、安裝板、開溝塊均為相對位置固定的機架；而L 型連接桿、調節塊不能發生相對運動，屬于同一活動構件。原動件雙頭液壓缸伸縮運動，帶動L 型連接桿、移動板、調節塊與之一同水平運動，L 型連接桿與U 型架、移動板與安裝板、調節塊與開溝塊間共同構成含虛約束的運動方向穩定、受力均勻的移動副，從而實現兩個調節塊相向或相對運動，調節開溝寬度。

1.3 開溝塊結構設計

開溝塊的結構示意圖如圖3 所示。開溝塊固定在安裝板底部，開溝塊前端面為楔形，在開溝時可減小開溝阻力。開溝塊上的連接槽用于與調節塊滑動連接，起到導向作用。

圖3 開溝塊結構示意圖

2 整體工作原理

稻田開廂平整裝置可用于水稻田開廂、平整作業。當需要對育秧田進行開廂時，先將裝置安裝在牽引設備上，再啟動氣缸帶動U 型架上下移動，U 型架則帶動安裝板在兩個滑槽的導向作用下沿豎直方向移動，進而帶動開溝塊隨之運動以調節開溝塊的高度，對開溝塊插入到稻田內的深度進行調節，得到適宜的稻田開溝深度；而當需要對開廂的開溝寬度進行調節時，啟動雙頭液壓缸帶動兩個L 型連接桿相向或相對運動，可相應減小或增加開溝塊的總體寬度，進而對稻田平整廂面的開溝寬度進行調節。合理調節開溝塊的高度及寬度后，啟動牽引設備帶動整個稻田開廂平整裝置在稻田的表面進行移動，對稻田進行開廂操作。

3 主要技術參數

稻田開廂平整裝置整機結構緊湊簡單、質量輕，且可通過調節廂面寬度和溝寬、溝深適應不同生產要求，可有效提高稻田開廂平整的作業效率和作業質量，降低勞動強度[10]。稻田開廂平整裝置的主要技術參數如表1所示。

表1 稻田開廂平整裝置主要技術參數

通過對該裝置進行多次田間試驗，確認該裝置整田3~7 天后進行作業最為適宜，作業廂面寬度調節范圍為1.5 m~3.0 m，溝寬調節范圍為0.3 m~0.5 m，溝深調節范圍為0.1 m~0.3 m，配套動力≥140 kW，作業效率可達0.3 hm/h~0.5 hm/h，作業效率是人工的9~15 倍，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，節約了成本。

4 結論

本裝置可實現開廂平整一體化，且可根據實際需要對廂面寬度和溝寬、溝深進行調節，廂面寬度調節范圍為1.5 m~3.0 m，溝寬調節范圍為0.3 m~0.5 m，溝深調節范圍為0.1 m~0.3 m。利用該裝置開溝平整，有效地保障了科研試驗的標準化，極大地提高了田間生產的統一水平和開溝開廂的效率，降低了生產用工成本，具有較好的應用前景。