多功能水田運苗機的研究

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、設計、加工和試驗情況。該機的研制成功填補了國內空白，可以作為我國水田運苗機、施肥機及噴藥機的更新?lián)Q代產品。

關鍵詞：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（資源服務）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。水稻生產對我國的糧食安全至關重要，而且肩負著實現(xiàn)稻農增收、種糧增效和全面推進新農村建設的艱巨任務。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 立項準備和方案調研階段

通過走訪有關科研單位、大專院校和參加農機展會等方式，廣泛收集了國內外有關水稻秧苗轉運機械技術的研究資料和文獻，并深入水田農機合作社、國有農場進行現(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、經驗、問題進行了廣泛深入的調查研究，為課題研究提供了重要理論和實踐依據(jù)。在收集資料和調查研究的基礎上，經過課題組的反復討論研究、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）全面調查研究并吸取國內外現(xiàn)行運苗機及施肥、噴藥技術，結合我國北方水稻生產作業(yè)特點和要求，總結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，并進行優(yōu)化組合，形成用于指導生產的技術規(guī)范或模式。

（2）要求在機械運苗過程中，產生的輪轍不能影響插秧機插秧作業(yè)。技術關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)新結合，整機研制與部件創(chuàng)新結合，科研試驗與開發(fā)推廣結合，農機與農藝結合等形式，使之盡快轉化為生產力。

2.2 工藝研究階段

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

（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，結構緊湊，安裝調整和使用方便。

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

（3）研究施肥裝置的電子監(jiān)測技術，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、高質量的噴藥作業(yè)。

3 樣機研制試驗階段

3.1 總體設計方案

多功能水田運苗機具有高地隙四輪差速驅動、四輪轉向功能，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雜地區(qū)的水田作業(yè)。該機可根據(jù)水稻生產作業(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、噴藥的理想產品。

3.2 各階段的研究內容

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。為積累經驗，節(jié)約成本，有利于短時間獲取試驗結果，初期將變速箱簡化設計為兩部分，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，從而設計出滿足空間尺寸、性能指標要求的變速箱總成。結果表明：該機田間作業(yè)適應性較強，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計：（1）修改了四輪轉向裝置的參數(shù);（2）設計了輪轍覆平裝置;（3）完善了整體變速箱的設計。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，提出修改方案，進行論證確認，修改標定圖紙、改進樣機，通過關鍵零部件的設計計算，予以驗證;進行操縱轉動、制動機構的優(yōu)化設計和選型等。2017年5月，第三輪樣機進行了應季作業(yè)試驗，樣機的各項性能指標、轉向靈活性、修改后的液壓升降輪轍覆平裝置等，均達到了設計要求。

通過試驗數(shù)據(jù)分析，形成樣機設計和加工的理論依據(jù)，經過數(shù)輪的修改、試驗、再設計，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上經過相應改進，于2018年4月完成，引進選型與改制創(chuàng)新結合的施肥和噴藥裝置也經過了試驗驗證，達到了設計要求。

檢測樣機于2018年5月在牡丹江市西安區(qū)海南鄉(xiāng)，由黑龍江省農墾農業(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計要求。

檢測結論是：多功能水田運苗機具有結構合理、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標準要求，該機具填補了國內空白，可以作為我國水田運苗機、施肥機及噴藥機的更新?lián)Q代產品。

3.3 樣機的主要技術規(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;

額定轉載質量：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。

噴霧用泵技術參數(shù)（齒輪泵）：

轉速：600 r·min-1;

吸水量：35～60 L·min-1。

4 取得的成果及解決的技術關鍵

（1）設計的四輪轉向機構轉彎半徑小，提高機動性。

（2）設計的輪轍覆平裝置升降采用液壓機構控制，滿足插秧機作業(yè)質量要求。

（3）設計的高地隙四輪驅動差速器裝置越埂、防陷功能強;設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 研究試驗結論

（1）研究設計的多功能水田運苗機可根據(jù)水稻生產作業(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，結構緊湊，安裝調整和使用方便，適用于插秧、施肥、噴藥作業(yè)的農藝要求。

（2）該項目研究，在技術上重點攻克了液壓控制四輪轉向機構和輪轍覆平裝置有機結合，解決了轉彎半徑大及輪轍影響插秧作業(yè)質量的技術難題。

（3）通過性能試驗和生產試驗測定證明，設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，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)。具有整機結構新穎、性能穩(wěn)定、排肥量可調、撒肥均勻、適應性好、生產率高、操作方便的特點。在水田通過性、施肥均勻性和作業(yè)效率等方面居領先水平。? ? ? ? ? ? ? （05）

基金項目：黑龍江省屬科研院所基礎科研經費項目“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，主要從事農業(yè)機械研究。