陳立才，黃　芳，李艷大，舒時富，江向榮，賀　捷，王水發(fā)，尹國慶

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學院 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)機械局，江西 景德鎮(zhèn)　333400；5.江西省泰和縣農(nóng)業(yè)機械局，江西 吉安　343700)

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南方雙季稻區(qū)小行距插秧機的改進設計與試驗

陳立才1，黃芳2，李艷大1，舒時富1，江向榮3，賀捷1，王水發(fā)4，尹國慶5

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學院 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)機械局，江西 景德鎮(zhèn)333400；5.江西省泰和縣農(nóng)業(yè)機械局，江西 吉安343700)

摘要：針對300mm行距插秧機在南方雙季稻區(qū)栽插行距過大、穴數(shù)過少及不能充分發(fā)揮機插稻的增產(chǎn)潛力問題，在300mm行距插秧機結構的基礎上，通過機械優(yōu)化設計和田間農(nóng)藝技術相結合的方法，對其插植部箱體、苗箱、支架(包括左右支架和中間支架)和浮板4個關鍵部位技術參數(shù)改進設計，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，并于2012-2013年在江西省2個試驗點進行不同早晚稻品種機插行距的大田對比試驗。結果表明：該插秧機作業(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%，相對均勻度合格率為89.54%。與300mm行距插秧機相比，其產(chǎn)量平均增產(chǎn)529.43kg/hm2，平均增產(chǎn)率達8.57%。該研究結果創(chuàng)新了南方雙季稻區(qū)新的機械化栽插方式，有利于農(nóng)機農(nóng)藝的有效融合。

關鍵詞：插秧機；雙季稻；改進設計

0引言

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

目前，我國市場供應的插秧機生產(chǎn)技術和核心部件大多由國外引進，且大部分行距都固定為300mm，這種行距在我國單季稻區(qū)反映良好。長江中游雙季稻由于受氣溫、光照限制，生育期相對較短，有效分蘗時間受限，對300mm行距插秧機普遍反映行距過大，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)揮機插稻的增產(chǎn)潛力[5-7]。國內(nèi)外許多學者就行株距或栽插密度對機插稻產(chǎn)量的影響研究報道較多[8-13]。葉厚專[5]和李世峰[11]認為機插稻移栽密度過小或過大均不利于高產(chǎn)，合理密植利于機插稻個體與群體生長發(fā)育。這些研究主要側重于田間農(nóng)藝試驗研究，而對窄行插秧機的設計和改進的研究較少，國內(nèi)外目前對于264mm行距插秧機的研究尚無相關報道。本課題組通過田間農(nóng)藝試驗證明，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現(xiàn)行的300mm插秧機的行距改為264mm。在消化吸收國內(nèi)外先進技術的基礎上，將機械優(yōu)化設計方法和田間農(nóng)藝技術試驗相結合，通過對插秧機關鍵部件優(yōu)化改進，研制出適宜我國南方雙季稻區(qū)機械化生產(chǎn)的2ZS-488B型(264 mm行距)插秧機。這對提高我國南方雙季稻區(qū)的水稻產(chǎn)量和稻作效益、提升我國水稻機械化水平具有重要的意義[14-16]。

12ZS-488B型插秧機關鍵部位改進設計

1.1　改進設計原則及要達到的技術性能指標

1.1.1改進設計原則

結合南方雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)實際，該插秧機設計原則為輕便小巧，可在小田塊方便轉彎，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)插秧機為基礎，總體保持不變的前提下，主要改進設計因為行距減小所涉及的部件，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技術性能指標

①能插帶土盤育苗秧，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相對均勻度合格率≥85%。

1.2　插植部傳動箱改進設計

傳動箱內(nèi)的螺旋軸是控制苗箱可靠平穩(wěn)橫向移動的關鍵零件，螺距和行程是螺旋軸的主要參數(shù)。在維持原機型動力傳遞參數(shù)不變的總體設計框架下，為保證取秧面積不變，新機型的螺旋軸不改變螺距；但插秧機的行距變小后，螺旋軸行程相應變小，插植部傳動箱體也要縮短。同時，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—秧門寬度(mm)；

Δbs—秧爪與秧門的側向間隙，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)，仍與原機型的參數(shù)一致，以增加零部件的通用性。

1.3　苗箱改進設計

為保證秧針能取完一排帶土秧苗，理論上單行苗箱寬度應該是苗箱移動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的抖動，為防止秧針碰苗箱隔斷筋，加之秧針取秧時的剪切作用，因此實際設計都以秧門寬度來計算。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，比原機型減少156mm。其改進前后如圖1所示。

圖1　苗箱改進圖

1.4　支架改進設計

1.4.1中間支架改進設計

行距由300mm縮小至264mm后，在田間不平的情況下，左右兩端的兩個插植臂會與行走輪產(chǎn)生干涉。為減少零部件的過多改動和插秧機質心坐標的過大改變，本設計通過將中間支架加長50mm，將分插機構整體往后移，避免了行走輪與插植臂相互干涉。中間支架加長后，其改進圖如圖2所示。

圖2　中間支架改進圖

1.4.2左右支架改進

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

圖3　左右支架改進圖

1.5　浮板改進設計

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

圖4　浮板改進圖

1.6　改進后整機主要技術參數(shù)

該2ZS-488B型插秧機通過了江西省農(nóng)業(yè)機械鑒定站型式試驗和定型檢測試驗。試驗結果表明：該產(chǎn)品作業(yè)質量滿足當?shù)剞r(nóng)業(yè)技術要求，主要技術指標符合GB/T20864-2007《水稻插秧機技術條件》要求，性能指標均達到國家標準規(guī)定，并于2013年通過江西省科技廳成果鑒定。插秧機改進前后的主要技術參數(shù)如表1所示。

表1　2ZS-488B型插秧機主要技術參數(shù)

2田間應用試驗

2.1　試驗設計

為考核改進后插秧機的作業(yè)性能和增產(chǎn)效應，樣機于2012年和2013年在江西省泰和縣和浮梁縣進行了早晚稻重復試驗。試驗設264mm和300mm兩種機插行距和8個早晚稻品種，分別用長×寬為550mm×230mm和580mm×280mm的硬盤育秧，用課題組自行改進設計的2ZS-488B型和“久保田”2ZS-4型插秧機(300mm行距)進行栽插，株距均為117mm，試驗田塊面積0.02hm2，3次重復。試驗田采用拖拉機旋耕，人工平整，整田后沉實2天，泥腳深100～250mm，平整度高，比較符合插秧機作業(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/mm每盤播量/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　測定項目與方法

2.2.1機插質量

機插后，采用對角線取樣法選取5個測區(qū)，測區(qū)距田邊大于1個工作幅寬。在5個測區(qū)內(nèi)，測定栽插深度、每穴株數(shù)、傷秧率、漂秧率、漏插率和相對均勻度合格率。機插質量測定方法按GB/T6243-2003《水稻插秧機試驗方法》進行[18]。

2.2.2增產(chǎn)效應

于成熟期對每個品種收割4m2進行測產(chǎn)，對比不同栽插行距下的增產(chǎn)效果。

2.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

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

3結果與分析

3.1　機插質量

以2012年和2013 年2年2個試驗點4季試驗情況看，插秧機的漂秧率、傷秧率和漏插率平均值分別為1.55%、2.68%和1.93%，相對均勻度合格率達到89.54%，插秧機作業(yè)質量能滿足要求。其主要作業(yè)指標均達到設計要求，如表3所示。

表3　2ZS-488B型插秧機機插質量

3.2　增產(chǎn)效應

從表4不同機插行距的增產(chǎn)效應比較可以看出：2個試驗點供試水稻品種264mm行距的實際產(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8.57%，增產(chǎn)效果明顯。這說明，該機型機插行距較適應雙季稻高產(chǎn)、高效機械化生產(chǎn)要求。

表4　不同機插行距的增產(chǎn)效應比較

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

4討論

1)目前，我國插秧機的研究主要朝高速式、乘坐式、多行式方向發(fā)展，或者針對某個部件進行改進設計，但真正適合南方雙季稻區(qū)的機型很少。該2ZS-488B型插秧機具有結構緊湊、操作輕便、零配件通用性高、作業(yè)質量好、可靠性高的特點。田間試驗表明：該插秧機性能穩(wěn)定，適宜南方雙季稻區(qū)作業(yè)。該機已于2013年通過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400臺，并在湖南、江西、安徽等雙季稻區(qū)進行使用。

2)前人關于不同株行距或移栽密度對機插稻產(chǎn)量的影響進行了較多研究報道。劉強等[9]研究了淮北稻區(qū)不同行距機插秧對產(chǎn)量的影響，行距過大不利于水稻獲得高產(chǎn)。葉厚專等[5]研究發(fā)現(xiàn)：在機插株距相同的條件下，通過適當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插比行距300 mm 機插稻增產(chǎn)。本研究通過在江西2個雙季稻種植區(qū)2種種植行距的田間試驗可以看出：不同種植行距對早晚稻品種實際產(chǎn)量影響明顯，264mm行距的實際產(chǎn)量比300mm行距平均增產(chǎn)529.43kg/hm2，平均增產(chǎn)率達8.57%，這與前文研究結果一致。改進設計的264mm行距新機型通過增加栽植密度，改變了水稻群體結構，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)特點和多年來不同行距對比試驗，通過對艾田牌2ZS-488型插秧機關鍵部件的改進設計，創(chuàng)新性地研制出了2ZS-488B型插秧機，創(chuàng)新了南方雙季稻區(qū)新的機械化栽插方式，使秧苗群體結構更符合農(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)機農(nóng)藝更加緊密融合，具有廣闊的應用價值和推廣前景。

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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

中圖分類號：S223.91+1；S359.2

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)12-0183-05

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

基金項目：國家自然科學基金項目(31460320)；江西省農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新基金(青年基金)項目(2012CQN015)；南昌市對外科技合作與成果轉化推廣計劃項目(2013HZCG002)；江西省農(nóng)業(yè)科學院科技成果轉化與示范基金項目(2014CZH002)

收稿日期：2015-10-28