摘 要：論述了多功能水田運苗機研究項目的工作情況，重點介紹了該機的研究、設(shè)計、加工和試驗情況。該機的研制成功填補了國內(nèi)空白，可以作為我國水田運苗機、施肥機及噴藥機的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：水稻;多功能;水田運苗機;研究

中圖分類號：S511??????? 文獻標識碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.001Open Science Identity（OSID）

1 研究目的和意義

水稻是我國最大糧食作物，稻米是我國人民主要食用的糧食作物。水稻生產(chǎn)對我國的糧食安全至關(guān)重要，而且肩負著實現(xiàn)稻農(nóng)增收、種糧增效和全面推進新農(nóng)村建設(shè)的艱巨任務(wù)。目前，我國水稻種植過程中，耕整地、育秧、插秧、收獲等主要環(huán)節(jié)機械化作業(yè)程度較高，但在水稻秧苗運輸及田中撒肥、噴藥作業(yè)環(huán)節(jié)還停留在原始的人工作業(yè)狀態(tài)，水稻插秧季節(jié)，秧苗仍以人工挑運為主，隨著插秧機的推廣應(yīng)用，勞動力短缺、挑苗勞動強度大、效率低，成為制約機插秧作業(yè)的瓶頸。因此，研究多功能水田運苗機，可用于水稻插秧時的秧苗運輸作業(yè)，通過更換運苗機上配套的施肥及噴藥裝置還可實現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)。解決了水田秧苗運輸時人工搬運勞動強度大、人工撒肥效率低及易中毒等問題。

2 研究工作情況

2.1 立項準備和方案調(diào)研階段

通過走訪有關(guān)科研單位、大專院校和參加農(nóng)機展會等方式，廣泛收集了國內(nèi)外有關(guān)水稻秧苗轉(zhuǎn)運機械技術(shù)的研究資料和文獻，并深入水田農(nóng)機合作社、國有農(nóng)場進行現(xiàn)場考察，針對我國北方現(xiàn)行的水稻育插秧作業(yè)方法、工藝過程、經(jīng)驗、問題進行了廣泛深入的調(diào)查研究，為課題研究提供了重要理論和實踐依據(jù)。在收集資料和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過課題組的反復(fù)討論研究、初步形成了立項可行性研究報告，同時明確了研究方向、確立了研究方案。

（1）全面調(diào)查研究并吸取國內(nèi)外現(xiàn)行運苗機及施肥、噴藥技術(shù)，結(jié)合我國北方水稻生產(chǎn)作業(yè)特點和要求，總結(jié)并提出了多項適合我國北方不同耕作區(qū)域、不同土壤條件的施肥、噴藥技術(shù)，并進行優(yōu)化組合，形成用于指導(dǎo)生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)范或模式。

（2）要求在機械運苗過程中，產(chǎn)生的輪轍不能影響插秧機插秧作業(yè)。技術(shù)關(guān)鍵是研究輪轍覆平和防陷。

（3）在配套機具（施肥和噴藥裝置）研究上，采取引進選型與改制創(chuàng)新結(jié)合，整機研制與部件創(chuàng)新結(jié)合，科研試驗與開發(fā)推廣結(jié)合，農(nóng)機與農(nóng)藝結(jié)合等形式，使之盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

2.2 工藝研究階段

多功能水田運苗機成敗的關(guān)鍵是它既要體現(xiàn)農(nóng)藝技術(shù)的先進性，又要保證機具的通過性能和施肥、噴藥質(zhì)量及效率。主要研究內(nèi)容如下。

（1）水田運苗機底盤具有多功能、高效、可靠的特點，要求整機配置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)整和使用方便。

（2）在主要工作部件研究上，重點研究適合運苗技術(shù)作業(yè)要求的行走、轉(zhuǎn)向、輪轍覆平等關(guān)鍵部件。提高越埂和抗顛簸能力，并解決輪轍、防陷的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

（3）研究施肥裝置的電子監(jiān)測技術(shù)，提高撒肥效率和均勻性。

（4）研究噴藥裝置，能實現(xiàn)寬幅、高效、高質(zhì)量的噴藥作業(yè)。

3 樣機研制試驗階段

3.1 總體設(shè)計方案

多功能水田運苗機具有高地隙四輪差速驅(qū)動、四輪轉(zhuǎn)向功能，配置動力為電啟動柴油發(fā)動機，采用插秧機用水田驅(qū)動輪作為行走輪，采用前后減震鋼板彈簧，行駛平穩(wěn)，抗顛簸能力強，適用于北方地形比較復(fù)雜地區(qū)的水田作業(yè)。該機可根據(jù)水稻生產(chǎn)作業(yè)季節(jié)，用于水稻插秧時的秧苗運輸作業(yè)，通過更換運苗機上配套的施肥及噴藥裝置實現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)，成為替代人工運苗、撒肥、噴藥的理想產(chǎn)品。

3.2 各階段的研究內(nèi)容

2016年1月，課題組成員針對研究項目進行了分工，對各自承擔的部分進行重點研究。首先根據(jù)多功能水田運苗機的工作需要，設(shè)計了主傳動路線圖為：發(fā)動機—變速箱—前后橋—前后地輪，再增加離合部分、轉(zhuǎn)向部分、后輸出軸、液壓部分、差速器鎖部分等，并明確繪制傳動簡圖和液壓路線圖;同年4月完成樣機總體及零部件圖樣設(shè)計。2017年6月初，完成第一輪樣機試制工作，并進行陸地考核試驗。為積累經(jīng)驗，節(jié)約成本，有利于短時間獲取試驗結(jié)果，初期將變速箱簡化設(shè)計為兩部分，通過鏈輪傳動實現(xiàn)功能替代，完成了首輪樣機試制任務(wù)并改進。

2016年6月下旬，進行水田地實際作業(yè)試驗，在陸地和水田地試驗測取前進速度時，可通過更換大小鏈輪，確認機器作業(yè)時的前進、后退、運輸速度。并完成變速箱總傳動比參數(shù)的確認，從而設(shè)計出滿足空間尺寸、性能指標要求的變速箱總成。結(jié)果表明：該機田間作業(yè)適應(yīng)性較強，動力滿足最大載重量要求，前進、后退速度合理，但存在四輪轉(zhuǎn)向半徑略大、輪轍覆平效果弱等問題。

2016年7月，針對第一輪樣機試驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行了改進設(shè)計：（1）修改了四輪轉(zhuǎn)向裝置的參數(shù);（2）設(shè)計了輪轍覆平裝置;（3）完善了整體變速箱的設(shè)計。2016年9月，第二輪樣機進行了陸地和水田地實際作業(yè)試驗，本次試驗重點檢測整機重心和運載秧苗時的重心位置，避免頭重腳輕或后輪下陷翹頭，造成行走作業(yè)困難等問題。通過試驗，調(diào)整了前后輪間距，達到了作業(yè)要求。

2016年10月—2017年4月，對樣機出現(xiàn)的問題進行分析總結(jié)，提出修改方案，進行論證確認，修改標定圖紙、改進樣機，通過關(guān)鍵零部件的設(shè)計計算，予以驗證;進行操縱轉(zhuǎn)動、制動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和選型等。2017年5月，第三輪樣機進行了應(yīng)季作業(yè)試驗，樣機的各項性能指標、轉(zhuǎn)向靈活性、修改后的液壓升降輪轍覆平裝置等，均達到了設(shè)計要求。

通過試驗數(shù)據(jù)分析，形成樣機設(shè)計和加工的理論依據(jù)，經(jīng)過數(shù)輪的修改、試驗、再設(shè)計，完成樣機總裝、零部件圖紙繪制工作，齒輪、軸受力分析和計算等，檢測樣機在前幾輪樣機試驗的基礎(chǔ)上經(jīng)過相應(yīng)改進，于2018年4月完成，引進選型與改制創(chuàng)新結(jié)合的施肥和噴藥裝置也經(jīng)過了試驗驗證，達到了設(shè)計要求。

檢測樣機于2018年5月在牡丹江市西安區(qū)海南鄉(xiāng)，由黑龍江省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站主持對樣機進行了田間試驗檢測。通過檢測試驗可知樣機的主要性能指標、可靠性等各項指標均達到了設(shè)計要求。

檢測結(jié)論是：多功能水田運苗機具有結(jié)構(gòu)合理、作業(yè)性能穩(wěn)定、使用安全可靠，各項性能指標均達到有關(guān)標準要求，該機具填補了國內(nèi)空白，可以作為我國水田運苗機、施肥機及噴藥機的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

3.3 樣機的主要技術(shù)規(guī)格及性能指標

動力：20.6 kW;

作業(yè)擋位：前進3擋、倒擋;

前后輪距：1500 mm;

最小離地間隙：500 mm;

額定轉(zhuǎn)載質(zhì)量：700 kg;

變速箱型式：齒輪傳動;

作業(yè)速度：1.3～4.9 km·h-1;

撒肥作業(yè)寬度：8～12 m;

撒肥肥料：顆粒肥;

撒肥輸入軸轉(zhuǎn)速：540～720 r·min-1;

藥液有效噴幅：15 m;

藥箱容量：700 L。

噴霧用泵技術(shù)參數(shù)（齒輪泵）：

轉(zhuǎn)速：600 r·min-1;

吸水量：35～60 L·min-1。

4 取得的成果及解決的技術(shù)關(guān)鍵

（1）設(shè)計的四輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小，提高機動性。

（2）設(shè)計的輪轍覆平裝置升降采用液壓機構(gòu)控制，滿足插秧機作業(yè)質(zhì)量要求。

（3）設(shè)計的高地隙四輪驅(qū)動差速器裝置越埂、防陷功能強;設(shè)計的四輪行走采用前后減震裝置行駛平穩(wěn)，抗顛簸能力強。

（4）設(shè)計的擺動撒肥裝置通過改變排肥器開口大小，改變施肥量;從電路功能上實現(xiàn)基本的報警邏輯和計量顯示，根據(jù)田間實際工作的各種可能情況和需要，實現(xiàn)肥量電子監(jiān)控。

5 研究試驗結(jié)論

（1）研究設(shè)計的多功能水田運苗機可根據(jù)水稻生產(chǎn)作業(yè)季節(jié)，完成水稻插秧時的秧苗運輸作業(yè)，滿足插秧機作業(yè)質(zhì)量要求;配套施肥及噴藥裝置，還可實現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)。整機配置合理，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)整和使用方便，適用于插秧、施肥、噴藥作業(yè)的農(nóng)藝要求。

（2）該項目研究，在技術(shù)上重點攻克了液壓控制四輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)和輪轍覆平裝置有機結(jié)合，解決了轉(zhuǎn)彎半徑大及輪轍影響插秧作業(yè)質(zhì)量的技術(shù)難題。

（3）通過性能試驗和生產(chǎn)試驗測定證明，設(shè)計的多功能水田運苗機是水稻插秧機作業(yè)期秧苗供給的理想配套機具。配置的擺動式撒肥裝置，在移栽后的水田生長期適宜時間內(nèi)，能實現(xiàn)水田機械動力寬幅高效撒肥。配置的噴藥裝置，能實現(xiàn)寬幅高效噴藥作業(yè)。具有整機結(jié)構(gòu)新穎、性能穩(wěn)定、排肥量可調(diào)、撒肥均勻、適應(yīng)性好、生產(chǎn)率高、操作方便的特點。在水田通過性、施肥均勻性和作業(yè)效率等方面居領(lǐng)先水平。? ? ? ? ? ? ? （05）

基金項目：黑龍江省屬科研院所基礎(chǔ)科研經(jīng)費項目“多功能水田運苗機的研究”（2016—2018）

作者簡介：安龍哲（1962-），男，黑龍江甘南人，研究員級高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)機械研究。