夏琪瑋， 陳勇帥， 俞利閏， 夏保升， 夏金邦， 武彩英

（浙江星萊和農(nóng)業(yè)裝備有限公司，浙江 永康 321300）

0 引言

2020 年，我國水稻播種面積為3 007.6 萬hm2，占糧食作物播種面積的25.8%，水稻產(chǎn)量為21 186 萬t，占糧食總產(chǎn)量的31.6%，是我國主要的糧食作物[1]。農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，而水稻種植機(jī)械化是水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的關(guān)鍵。目前，在3 大水稻播種機(jī)械中，乘坐式高速插秧機(jī)（以下簡稱高速插秧機(jī)）具有節(jié)省人工、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高工作效率、降低勞動強(qiáng)度、提高栽插作業(yè)質(zhì)量和增產(chǎn)增收等優(yōu)勢，是國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼重點(diǎn)支持和推廣的品類[2]。

水稻一年最多可以種3 季，使用高速插秧機(jī)種植水稻，每季作業(yè)時間約20 d，全年使用時間20～60 d，大部分時間處于閑置狀態(tài)。為了降低農(nóng)戶的生產(chǎn)成本、提高農(nóng)民收入，并增加高速插秧機(jī)使用時間，提高利用效率，浙江星萊和農(nóng)業(yè)裝備有限公司研發(fā)了一款用高速插秧機(jī)底盤搭載耕、種、管、收功能部件的乘坐式多功能農(nóng)用車。通過重新設(shè)計(jì)高速插秧機(jī)底盤上的變速箱，使其擁有兩根動力輸出軸，農(nóng)用車可以懸掛不同功能的作業(yè)機(jī)具。該產(chǎn)品已申請5 項(xiàng)實(shí)用新型專利和3 項(xiàng)發(fā)明專利，其中已授權(quán)4 項(xiàng)實(shí)用新型專利[3-6]。

1 研究內(nèi)容

目前，市場上高速插秧機(jī)的變速控制基本由液壓無級變速器和發(fā)動機(jī)油門共同組成，即發(fā)動機(jī)輸出的動力通過膠帶傳輸至液壓無級變速器，再由液壓無級變速器傳輸至變速箱，經(jīng)過變速箱內(nèi)齒輪副的轉(zhuǎn)換，分別輸出給四輪驅(qū)動及插植動力輸出軸[7]。高速插秧機(jī)為了保障插植穴距的一致性，在同一穴距擋位時，插植速度與行走速度必須相關(guān)聯(lián)，即行走速度加大則插植速度等比例加大，行走速度減小則插植速度也等比例減小。

耕整機(jī)具（旋耕機(jī)、打漿機(jī)、旱田開溝機(jī)）進(jìn)行作業(yè)時，不管行走部件速度如何，耕整部件都需保持一定的轉(zhuǎn)速，耕整輸入轉(zhuǎn)速與行走速度不能相關(guān)聯(lián)。這就意味著目前市場上高速插秧機(jī)的插植輸出軸不能同時滿足插植與耕整作業(yè)的需求。同時，高速插秧機(jī)變速箱內(nèi)齒輪、插植動力輸出軸及相關(guān)零件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度僅能滿足插秧作業(yè)，并不能長時間滿足耕整作業(yè)?；谏鲜鲈?，耕整機(jī)具與插植、栽種機(jī)具無法共用一根動力輸出軸。因此，乘坐式多功能農(nóng)用車以高速插秧機(jī)底盤為行走部件，設(shè)計(jì)了兩根動力輸出軸，一根用于驅(qū)動耕整機(jī)具，另一根用于驅(qū)動插植、栽種機(jī)具。

2 實(shí)施方案

在原有高速插秧機(jī)底盤的基礎(chǔ)上，變速箱右箱體外側(cè)增設(shè)變速箱右蓋，內(nèi)部設(shè)置減速齒輪副及離合器；修改后橋中間齒輪箱，增設(shè)耕整齒輪箱蓋及減速齒輪副。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，輸出的動力通過同一膠帶傳動分別傳輸至液壓無級變速器和耕整輸入軸，經(jīng)過系列齒輪副轉(zhuǎn)換，分別輸出至四輪驅(qū)動、插植動力輸出軸和耕整動力輸出軸。乘坐式多功能農(nóng)用車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 乘坐式多功能農(nóng)用車主要技術(shù)參數(shù)Tab. 1 Main technical parameters of riding multi-function agricultural vehicle

圖1 乘坐式多功能農(nóng)用車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Transmission system structure of riding multi-function agricultural vehicle

2.1 插植、行走動力傳輸路線

液壓無級變速器將動力傳輸至變速箱，經(jīng)過變速箱內(nèi)齒輪副組合的轉(zhuǎn)換，輸出至插植動力輸出軸、左右前輪軸和后橋動力輸出軸，后橋動力輸出軸輸出的動力再經(jīng)后橋齒輪箱內(nèi)齒輪副轉(zhuǎn)換輸出至左右后輪軸。此時，插植動力輸出軸的轉(zhuǎn)速和前后輪軸的轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)，都由液壓無級變速器和發(fā)動機(jī)油門控制。

2.2 耕整動力傳輸路線

耕整輸入軸傳遞的動力經(jīng)過變速箱右箱蓋內(nèi)齒輪副的減速傳輸至中間軸，再經(jīng)過后橋中間齒輪箱內(nèi)齒輪副的減速傳遞至耕整動力輸出軸。此時，耕整動力輸出軸的動力來源于發(fā)動機(jī)，其速度與農(nóng)用車行走速度無關(guān)，直接由發(fā)動機(jī)油門控制。

3 主要功能

乘坐式多功能農(nóng)用車以高速插秧機(jī)底盤為行走部件，可搭載懸掛式耕整、種植、管理、收獲及輔助5 種功能機(jī)具，如圖2 所示。其中，適用的耕整機(jī)具有旋耕機(jī)、水田打漿機(jī)、旱地開溝機(jī)等，與農(nóng)用車耕整動力輸出軸連接。適用的種植機(jī)具有插秧機(jī)和直播機(jī)，與農(nóng)用車插植動力輸出軸連接。適用的管理機(jī)具有撒肥機(jī)、噴藥機(jī)，與耕整動力輸出軸連接；除草機(jī)和水田開溝器，無須連接動力輸出軸，掛接后隨農(nóng)用車行駛工作。適用收獲機(jī)具有谷物收割機(jī)、馬鈴薯收割機(jī)等，與農(nóng)用車耕整動力輸出軸連接。適用的輔助機(jī)具有翻斗車，用于運(yùn)輸秧苗、化肥等至作業(yè)田塊。部分作業(yè)機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 部分作業(yè)機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)Tab. 2 Main technical parameters of some work tools

圖2 乘坐式多功能農(nóng)用車主要配套機(jī)具Fig. 2 Main supporting farm tools of riding multi-function agricultural vehicle

4 試驗(yàn)及應(yīng)用

4.1 試驗(yàn)

2021 年9 月，浙江星萊和農(nóng)業(yè)裝備有限公司技術(shù)人員在乘坐式多功能農(nóng)用車后掛接旋耕機(jī)和旱田開溝機(jī)，分別進(jìn)行了200 h 的可靠性、耐久性試驗(yàn)，結(jié)果顯示耕整動力輸出軸能夠滿足連續(xù)、高強(qiáng)度的動力傳輸工作，相關(guān)齒輪、軸類零件也未見異常情況。之后，技術(shù)人員又在農(nóng)用車后掛接水田開溝機(jī)、中耕除草機(jī)、噴藥機(jī)、撒肥機(jī)等作業(yè)機(jī)具進(jìn)行試驗(yàn)，作業(yè)效果良好。同年12 月，公司在湖南省舉辦了乘坐式多功能農(nóng)用車演示會。演示會上，技術(shù)人員與參會農(nóng)戶一起駕駛農(nóng)用車，體驗(yàn)旱田開溝、旋耕、撒肥、噴藥和插秧等作業(yè)過程，作業(yè)效果獲得農(nóng)戶認(rèn)可。乘坐式多功能農(nóng)用車作業(yè)現(xiàn)場如圖3 所示。

圖3 乘坐式多功能農(nóng)用車作業(yè)場景Fig. 3 Operation site of riding multi-function agricultural vehicle

4.2 應(yīng)用

在我國，丘陵、山地占陸地面積比例超過50%的省份多達(dá)19 個，廣泛分布在中南、東南、西南和西北地區(qū)。受到地理?xiàng)l件、耕作方式、種植規(guī)模、交通條件等多種因素的制約，平原中大型機(jī)械很難應(yīng)用于丘陵、山地，適應(yīng)丘陵、山地作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)具供給嚴(yán)重不足。國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》明確提出，重點(diǎn)支持丘陵山區(qū)開展農(nóng)田“宜機(jī)化”改造，加快補(bǔ)齊丘陵、山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化基礎(chǔ)條件薄弱的短板。丘陵山區(qū)農(nóng)田宜機(jī)化改造工作納入國家層面予以重視和部署。浙江星萊和農(nóng)業(yè)裝備有限公司研發(fā)的乘坐式多功能農(nóng)用車可通過懸掛不同作業(yè)機(jī)具實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，特別適合丘陵、山區(qū)及小塊農(nóng)田，幫助農(nóng)戶降本增收，推廣應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)束語

水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化是穩(wěn)定水稻生產(chǎn)、增加農(nóng)民收入的重要措施，是提高水稻產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)糧食安全的重要保障。以高速插秧機(jī)底盤為行走部件設(shè)計(jì)的乘坐式多功能農(nóng)用車，通過搭載不同的作業(yè)機(jī)具，具備耕整、種植、管理、收獲及輔助5 種功能，初步實(shí)現(xiàn)了水稻耕、種、管、收全程機(jī)械化，幫助農(nóng)民減輕勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收，同時提高了高速插秧機(jī)利用率。田間作業(yè)效果良好，獲得農(nóng)民的認(rèn)可，在我國水稻種植區(qū)，尤其是丘陵、山區(qū)水稻種植區(qū)應(yīng)用前景廣闊。