南方双季稻区小行距插秧机的改进设计与试验

陈立才，黄　芳，李艳大，舒时富，江向荣，贺　捷，王水发，尹国庆

(1.江西省农业科学院 农业工程研究所，南昌　330200；2.江西省南昌县农技推广中心，南昌　330200；3.安徽艾田农业装备有限公司，合肥　230000；4.江西省浮梁县农业机械局，江西 景德镇　333400；5.江西省泰和县农业机械局，江西 吉安　343700)



南方双季稻区小行距插秧机的改进设计与试验

陈立才1，黄芳2，李艳大1，舒时富1，江向荣3，贺捷1，王水发4，尹国庆5

(1.江西省农业科学院 农业工程研究所，南昌330200；2.江西省南昌县农技推广中心，南昌330200；3.安徽艾田农业装备有限公司，合肥230000；4.江西省浮梁县农业机械局，江西 景德镇333400；5.江西省泰和县农业机械局，江西 吉安343700)

摘要：针对300mm行距插秧机在南方双季稻区栽插行距过大、穴数过少及不能充分发挥机插稻的增产潜力问题，在300mm行距插秧机结构的基础上，通过机械优化设计和田间农艺技术相结合的方法，对其插植部箱体、苗箱、支架(包括左右支架和中间支架)和浮板4个关键部位技术参数改进设计，研制出了适合南方双季稻区作业的2ZS-488B型(264mm行距)插秧机，并于2012-2013年在江西省2个试验点进行不同早晚稻品种机插行距的大田对比试验。结果表明：该插秧机作业性能稳定，漂秧率、伤秧率和漏插率分别为1.55%、2.68%和1.93%，相对均匀度合格率为89.54%。与300mm行距插秧机相比，其产量平均增产529.43kg/hm2，平均增产率达8.57%。该研究结果创新了南方双季稻区新的机械化栽插方式，有利于农机农艺的有效融合。

关键词：插秧机；双季稻；改进设计

0引言

水稻是我国种植面积最大、产量最高的粮食作物之一，约占中国粮食作物种植面积的34%。2012年全国水稻综合机械化水平为68.82%，而机械化种植水平仅为31.67%[1]，水稻机械化种植环节直接制约着我国水稻全程机械化的发展。随着我国经济的迅速发展和农村劳动力的大量转移，适龄劳动力季节性短缺矛盾日益突出，水稻机械化栽插得到迅猛发展[2-4]。国内各省机插面积虽然稳步推进，但发展并不平衡，积极研制先进实用的水稻插秧机，以实现和提升水稻生产高产、高效、省工、节本的目标，是水稻机械化生产种植的主攻方向。因此，推广水稻种植机械化技术是发展水稻生产和保证粮食安全的重要保障之一。

目前，我国市场供应的插秧机生产技术和核心部件大多由国外引进，且大部分行距都固定为300mm，这种行距在我国单季稻区反映良好。长江中游双季稻由于受气温、光照限制，生育期相对较短，有效分蘖时间受限，对300mm行距插秧机普遍反映行距过大，每公顷穴数和基本苗偏少，有效穗数不足，既不利于构建高产群体，也不利于光照和水肥资源的充分利用，不能充分发挥机插稻的增产潜力[5-7]。国内外许多学者就行株距或栽插密度对机插稻产量的影响研究报道较多[8-13]。叶厚专[5]和李世峰[11]认为机插稻移栽密度过小或过大均不利于高产，合理密植利于机插稻个体与群体生长发育。这些研究主要侧重于田间农艺试验研究，而对窄行插秧机的设计和改进的研究较少，国内外目前对于264mm行距插秧机的研究尚无相关报道。本课题组通过田间农艺试验证明，种植行距为264mm，均比238mm和300mm行距的增产[5]。因此，本研究首次提出将我国现行的300mm插秧机的行距改为264mm。在消化吸收国内外先进技术的基础上，将机械优化设计方法和田间农艺技术试验相结合，通过对插秧机关键部件优化改进，研制出适宜我国南方双季稻区机械化生产的2ZS-488B型(264 mm行距)插秧机。这对提高我国南方双季稻区的水稻产量和稻作效益、提升我国水稻机械化水平具有重要的意义[14-16]。

12ZS-488B型插秧机关键部位改进设计

1.1　改进设计原则及要达到的技术性能指标

1.1.1改进设计原则

结合南方双季稻区水稻生产实际，该插秧机设计原则为轻便小巧，可在小田块方便转弯，便于操作。本研究以课题组成员单位—安徽艾田农业装备有限公司生产的艾田牌2ZS-488型(300 mm行距)插秧机为基础，总体保持不变的前提下，主要改进设计因为行距减小所涉及的部件，主要包括插植部箱体、苗箱、支架(包括左右支架和中间支架)和浮板等，以提高系列产品主要零部件的通用性。

1.1.2技术性能指标

①能插带土盘育苗秧，取秧量为每穴1～5苗可调；②漂秧率≤3%；③伤秧率≤4%；④漏插率≤5%；⑤相对均匀度合格率≥85%。

1.2　插植部传动箱改进设计

传动箱内的螺旋轴是控制苗箱可靠平稳横向移动的关键零件，螺距和行程是螺旋轴的主要参数。在维持原机型动力传递参数不变的总体设计框架下，为保证取秧面积不变，新机型的螺旋轴不改变螺距；但插秧机的行距变小后，螺旋轴行程相应变小，插植部传动箱体也要缩短。同时，为保证各单行苗箱的秧苗互相不干涉，各单行苗箱之间的隔断筋宽度维持原机型的尺寸。

螺旋轴的总行程[17]为

Ss=Bs-b1-b2-2Δbs

式中Ss—螺旋轴行程(mm)；

Bs—行距(mm)；

b1—苗箱隔断筋宽度(mm)；

b2—秧门宽度(mm)；

Δbs—秧爪与秧门的侧向间隙，取1.5mm。

其中：Bs=8×33=264 mm，b1=20mm，b2=20mm，Δbs=1.5 mm。因此，苗箱移动的总行程(即螺旋轴的总行程)为Bs=264-20-20-(2×1.5)=221mm；螺旋轴的其它参数，仍与原机型的参数一致，以增加零部件的通用性。

1.3　苗箱改进设计

为保证秧针能取完一排带土秧苗，理论上单行苗箱宽度应该是苗箱移动的总行程加上秧针的宽度，即221+14=235 mm。但考虑到秧针工作时的抖动，为防止秧针碰苗箱隔断筋，加之秧针取秧时的剪切作用，因此实际设计都以秧门宽度来计算。因此，单行苗箱宽度为

L=Ss+b2=221+20=241mm

苗箱的总宽度为241×4+20×5=1064mm，比原机型减少156mm。其改进前后如图1所示。

图1　苗箱改进图

1.4　支架改进设计

1.4.1中间支架改进设计

行距由300mm缩小至264mm后，在田间不平的情况下，左右两端的两个插植臂会与行走轮产生干涉。为减少零部件的过多改动和插秧机质心坐标的过大改变，本设计通过将中间支架加长50mm，将分插机构整体往后移，避免了行走轮与插植臂相互干涉。中间支架加长后，其改进图如图2所示。

图2　中间支架改进图

1.4.2左右支架改进

行距减小，插植臂的间距变小，需要缩短左右支架高度，改进前后降低了35mm。其变化如图3所示。

图3　左右支架改进图

1.5　浮板改进设计

行距减小后，原中间浮板后端会与插植臂发生干涉，且容易造成“涌泥”掩埋已插秧苗的现象。为了避免这种问题，同时保证浮板承压面积和接地压力基本不变,本设计将浮板后端宽度缩小到175 mm，比原机型窄了52 mm；同时，将浮板总长度由原长1 665 mm增至1 715mm。改进后，浮板总体承压面积比原机型减少77 830mm2；但由于行距改变使插植部箱体、苗箱等发生变化，减轻了新机型总质量，接地压力基本未变。其改进设计图如图4所示。

图4　浮板改进图

1.6　改进后整机主要技术参数

该2ZS-488B型插秧机通过了江西省农业机械鉴定站型式试验和定型检测试验。试验结果表明：该产品作业质量满足当地农业技术要求，主要技术指标符合GB/T20864-2007《水稻插秧机技术条件》要求，性能指标均达到国家标准规定，并于2013年通过江西省科技厅成果鉴定。插秧机改进前后的主要技术参数如表1所示。

表1　2ZS-488B型插秧机主要技术参数

2田间应用试验

2.1　试验设计

为考核改进后插秧机的作业性能和增产效应，样机于2012年和2013年在江西省泰和县和浮梁县进行了早晚稻重复试验。试验设264mm和300mm两种机插行距和8个早晚稻品种，分别用长×宽为550mm×230mm和580mm×280mm的硬盘育秧，用课题组自行改进设计的2ZS-488B型和“久保田”2ZS-4型插秧机(300mm行距)进行栽插，株距均为117mm，试验田块面积0.02hm2，3次重复。试验田采用拖拉机旋耕，人工平整，整田后沉实2天，泥脚深100～250mm，平整度高，比较符合插秧机作业要求。供试早晚稻育插秧处理如表2所示。

表2不同机插行距水稻育插秧处理

Table 2The seedling and transplanting treatment of different machine-transplanted row spacing

季别育秧硬盘/mm每盘播量/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　测定项目与方法

2.2.1机插质量

机插后，采用对角线取样法选取5个测区，测区距田边大于1个工作幅宽。在5个测区内，测定栽插深度、每穴株数、伤秧率、漂秧率、漏插率和相对均匀度合格率。机插质量测定方法按GB/T6243-2003《水稻插秧机试验方法》进行[18]。

2.2.2增产效应

于成熟期对每个品种收割4m2进行测产，对比不同栽插行距下的增产效果。

2.3　数据统计与分析

采用Microsoft office 2003进行统计，用SPSS 17.0软件进行单因素显著性分析，显著水平为P<0.05。

3结果与分析

3.1　机插质量

以2012年和2013 年2年2个试验点4季试验情况看，插秧机的漂秧率、伤秧率和漏插率平均值分别为1.55%、2.68%和1.93%，相对均匀度合格率达到89.54%，插秧机作业质量能满足要求。其主要作业指标均达到设计要求，如表3所示。

表3　2ZS-488B型插秧机机插质量

3.2　增产效应

从表4不同机插行距的增产效应比较可以看出：2个试验点供试水稻品种264mm行距的实际产量显著高于300mm行距，264mm行距比300mm行距平均增产529.43kg/hm2，平均增产率达8.57%，增产效果明显。这说明，该机型机插行距较适应双季稻高产、高效机械化生产要求。

表4　不同机插行距的增产效应比较

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

4讨论

1)目前，我国插秧机的研究主要朝高速式、乘坐式、多行式方向发展，或者针对某个部件进行改进设计，但真正适合南方双季稻区的机型很少。该2ZS-488B型插秧机具有结构紧凑、操作轻便、零配件通用性高、作业质量好、可靠性高的特点。田间试验表明：该插秧机性能稳定，适宜南方双季稻区作业。该机已于2013年通过江西省科技厅科技成果鉴定，安徽艾田农业装备有限公司已生产2ZS-488B型插秧机400台，并在湖南、江西、安徽等双季稻区进行使用。

2)前人关于不同株行距或移栽密度对机插稻产量的影响进行了较多研究报道。刘强等[9]研究了淮北稻区不同行距机插秧对产量的影响，行距过大不利于水稻获得高产。叶厚专等[5]研究发现：在机插株距相同的条件下，通过适当减小行距可以提高水稻的产量。邢春秋等[10]和吴雪源等[13]研究也表明窄行距机插比行距300 mm 机插稻增产。本研究通过在江西2个双季稻种植区2种种植行距的田间试验可以看出：不同种植行距对早晚稻品种实际产量影响明显，264mm行距的实际产量比300mm行距平均增产529.43kg/hm2，平均增产率达8.57%，这与前文研究结果一致。改进设计的264mm行距新机型通过增加栽植密度，改变了水稻群体结构，增加了单位面积有效穗数，提高了水稻单位面积产量，满足了南方双季稻区机械化生产高产、高效的要求。

本研究根据南方双季稻生产特点和多年来不同行距对比试验，通过对艾田牌2ZS-488型插秧机关键部件的改进设计，创新性地研制出了2ZS-488B型插秧机，创新了南方双季稻区新的机械化栽插方式，使秧苗群体结构更符合农艺要求，更能充分利用土地、光照和肥力资源，提高双季稻产量，使农机农艺更加紧密融合，具有广阔的应用价值和推广前景。

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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

中图分类号：S223.91+1；S359.2

文献标识码：A

文章编号：1003-188X(2016)12-0183-05

作者简介：陈立才(1985-)，男，山东潍坊人，助理研究员，硕士，(E-mail)chenlicai201314@163.com。

基金项目：国家自然科学基金项目(31460320)；江西省农业科学院创新基金(青年基金)项目(2012CQN015)；南昌市对外科技合作与成果转化推广计划项目(2013HZCG002)；江西省农业科学院科技成果转化与示范基金项目(2014CZH002)

收稿日期：2015-10-28