摘 要：論述了多功能水田運(yùn)苗機(jī)研究項(xiàng)目的工作情況，重點(diǎn)介紹了該機(jī)的研究、設(shè)計(jì)、加工和試驗(yàn)情況。該機(jī)的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，可以作為我國(guó)水田運(yùn)苗機(jī)、施肥機(jī)及噴藥機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：水稻;多功能;水田運(yùn)苗機(jī);研究

中圖分類號(hào)：S511??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(guó)最大糧食作物，稻米是我國(guó)人民主要食用的糧食作物。水稻生產(chǎn)對(duì)我國(guó)的糧食安全至關(guān)重要，而且肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)稻農(nóng)增收、種糧增效和全面推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)的艱巨任務(wù)。目前，我國(guó)水稻種植過(guò)程中，耕整地、育秧、插秧、收獲等主要環(huán)節(jié)機(jī)械化作業(yè)程度較高，但在水稻秧苗運(yùn)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(yùn)為主，隨著插秧機(jī)的推廣應(yīng)用，勞動(dòng)力短缺、挑苗勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，成為制約機(jī)插秧作業(yè)的瓶頸。因此，研究多功能水田運(yùn)苗機(jī)，可用于水稻插秧時(shí)的秧苗運(yùn)輸作業(yè)，通過(guò)更換運(yùn)苗機(jī)上配套的施肥及噴藥裝置還可實(shí)現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)。解決了水田秧苗運(yùn)輸時(shí)人工搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工撒肥效率低及易中毒等問(wèn)題。

2 研究工作情況

2.1 立項(xiàng)準(zhǔn)備和方案調(diào)研階段

通過(guò)走訪有關(guān)科研單位、大專院校和參加農(nóng)機(jī)展會(huì)等方式，廣泛收集了國(guó)內(nèi)外有關(guān)水稻秧苗轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械技術(shù)的研究資料和文獻(xiàn)，并深入水田農(nóng)機(jī)合作社、國(guó)有農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，針對(duì)我國(guó)北方現(xiàn)行的水稻育插秧作業(yè)方法、工藝過(guò)程、經(jīng)驗(yàn)、問(wèn)題進(jìn)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(shí)踐依據(jù)。在收集資料和調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)課題組的反復(fù)討論研究、初步形成了立項(xiàng)可行性研究報(bào)告，同時(shí)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)行運(yùn)苗機(jī)及施肥、噴藥技術(shù)，結(jié)合我國(guó)北方水稻生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn)和要求，總結(jié)并提出了多項(xiàng)適合我國(guó)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(jìn)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(jī)械運(yùn)苗過(guò)程中，產(chǎn)生的輪轍不能影響插秧機(jī)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(jī)具（施肥和噴藥裝置）研究上，采取引進(jìn)選型與改制創(chuàng)新結(jié)合，整機(jī)研制與部件創(chuàng)新結(jié)合，科研試驗(yàn)與開發(fā)推廣結(jié)合，農(nóng)機(jī)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(yùn)苗機(jī)成敗的關(guān)鍵是它既要體現(xiàn)農(nóng)藝技術(shù)的先進(jìn)性，又要保證機(jī)具的通過(guò)性能和施肥、噴藥質(zhì)量及效率。主要研究?jī)?nèi)容如下。

（1）水田運(yùn)苗機(jī)底盤具有多功能、高效、可靠的特點(diǎn)，要求整機(jī)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(diǎn)研究適合運(yùn)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(cè)技術(shù)，提高撒肥效率和均勻性。

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

3 樣機(jī)研制試驗(yàn)階段

3.1 總體設(shè)計(jì)方案

多功能水田運(yùn)苗機(jī)具有高地隙四輪差速驅(qū)動(dòng)、四輪轉(zhuǎn)向功能，配置動(dòng)力為電啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用插秧機(jī)用水田驅(qū)動(dòng)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(qiáng)，適用于北方地形比較復(fù)雜地區(qū)的水田作業(yè)。該機(jī)可根據(jù)水稻生產(chǎn)作業(yè)季節(jié)，用于水稻插秧時(shí)的秧苗運(yùn)輸作業(yè)，通過(guò)更換運(yùn)苗機(jī)上配套的施肥及噴藥裝置實(shí)現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)，成為替代人工運(yùn)苗、撒肥、噴藥的理想產(chǎn)品。

3.2 各階段的研究?jī)?nèi)容

2016年1月，課題組成員針對(duì)研究項(xiàng)目進(jìn)行了分工，對(duì)各自承擔(dān)的部分進(jìn)行重點(diǎn)研究。首先根據(jù)多功能水田運(yùn)苗機(jī)的工作需要，設(shè)計(jì)了主傳動(dòng)路線圖為：發(fā)動(dòng)機(jī)—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(dòng)簡(jiǎn)圖和液壓路線圖;同年4月完成樣機(jī)總體及零部件圖樣設(shè)計(jì)。2017年6月初，完成第一輪樣機(jī)試制工作，并進(jìn)行陸地考核試驗(yàn)。為積累經(jīng)驗(yàn)，節(jié)約成本，有利于短時(shí)間獲取試驗(yàn)結(jié)果，初期將變速箱簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)為兩部分，通過(guò)鏈輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)功能替代，完成了首輪樣機(jī)試制任務(wù)并改進(jìn)。

2016年6月下旬，進(jìn)行水田地實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)，在陸地和水田地試驗(yàn)測(cè)取前進(jìn)速度時(shí)，可通過(guò)更換大小鏈輪，確認(rèn)機(jī)器作業(yè)時(shí)的前進(jìn)、后退、運(yùn)輸速度。并完成變速箱總傳動(dòng)比參數(shù)的確認(rèn)，從而設(shè)計(jì)出滿足空間尺寸、性能指標(biāo)要求的變速箱總成。結(jié)果表明：該機(jī)田間作業(yè)適應(yīng)性較強(qiáng)，動(dòng)力滿足最大載重量要求，前進(jìn)、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(wèn)題。

2016年7月，針對(duì)第一輪樣機(jī)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)：（1）修改了四輪轉(zhuǎn)向裝置的參數(shù);（2）設(shè)計(jì)了輪轍覆平裝置;（3）完善了整體變速箱的設(shè)計(jì)。2016年9月，第二輪樣機(jī)進(jìn)行了陸地和水田地實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)，本次試驗(yàn)重點(diǎn)檢測(cè)整機(jī)重心和運(yùn)載秧苗時(shí)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(wèn)題。通過(guò)試驗(yàn)，調(diào)整了前后輪間距，達(dá)到了作業(yè)要求。

2016年10月—2017年4月，對(duì)樣機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，提出修改方案，進(jìn)行論證確認(rèn)，修改標(biāo)定圖紙、改進(jìn)樣機(jī)，通過(guò)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，予以驗(yàn)證;進(jìn)行操縱轉(zhuǎn)動(dòng)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和選型等。2017年5月，第三輪樣機(jī)進(jìn)行了應(yīng)季作業(yè)試驗(yàn)，樣機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)、轉(zhuǎn)向靈活性、修改后的液壓升降輪轍覆平裝置等，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，形成樣機(jī)設(shè)計(jì)和加工的理論依據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)輪的修改、試驗(yàn)、再設(shè)計(jì)，完成樣機(jī)總裝、零部件圖紙繪制工作，齒輪、軸受力分析和計(jì)算等，檢測(cè)樣機(jī)在前幾輪樣機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)相應(yīng)改進(jìn)，于2018年4月完成，引進(jìn)選型與改制創(chuàng)新結(jié)合的施肥和噴藥裝置也經(jīng)過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

檢測(cè)樣機(jī)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(jī)械試驗(yàn)鑒定站主持對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了田間試驗(yàn)檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)可知樣機(jī)的主要性能指標(biāo)、可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

檢測(cè)結(jié)論是：多功能水田運(yùn)苗機(jī)具有結(jié)構(gòu)合理、作業(yè)性能穩(wěn)定、使用安全可靠，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，該機(jī)具填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，可以作為我國(guó)水田運(yùn)苗機(jī)、施肥機(jī)及噴藥機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

3.3 樣機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)

動(dòng)力：20.6 kW;

作業(yè)擋位：前進(jìn)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(dòng);

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(jì)的四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小，提高機(jī)動(dòng)性。

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

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

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

5 研究試驗(yàn)結(jié)論

（1）研究設(shè)計(jì)的多功能水田運(yùn)苗機(jī)可根據(jù)水稻生產(chǎn)作業(yè)季節(jié)，完成水稻插秧時(shí)的秧苗運(yùn)輸作業(yè)，滿足插秧機(jī)作業(yè)質(zhì)量要求;配套施肥及噴藥裝置，還可實(shí)現(xiàn)水田的撒肥、噴藥作業(yè)。整機(jī)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(xiàng)目研究，在技術(shù)上重點(diǎn)攻克了液壓控制四輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪轍覆平裝置有機(jī)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(guò)性能試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)測(cè)定證明，設(shè)計(jì)的多功能水田運(yùn)苗機(jī)是水稻插秧機(jī)作業(yè)期秧苗供給的理想配套機(jī)具。配置的擺動(dòng)式撒肥裝置，在移栽后的水田生長(zhǎng)期適宜時(shí)間內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)水田機(jī)械動(dòng)力寬幅高效撒肥。配置的噴藥裝置，能實(shí)現(xiàn)寬幅高效噴藥作業(yè)。具有整機(jī)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(diǎn)。在水田通過(guò)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(xiàng)目：黑龍江省屬科研院所基礎(chǔ)科研經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“多功能水田運(yùn)苗機(jī)的研究”（2016—2018）

作者簡(jiǎn)介：安龍哲（1962-），男，黑龍江甘南人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械研究。