头季稻机收蓄留再生稻的专用收割机设计研究

唐兴隆 张巫军 王 虹 段秀建 李经勇 佘小明 姚 雄

（重庆市农业科学院 重庆401329）

再生稻是一种头季稻收获后利用稻桩上的休眠芽萌发、成苗、成穗，进而再次收获一季水稻，实现“一种两收”的水稻种植制度。种植再生稻可有效利用秋季盈余的温光资源，同时节省人工、种子等生产物料投入，具有生育期短、日产量高、稻米品质优和种植效益高等诸多优点。统计表明，我国南方稻区可蓄留再生稻的面积高达330万hm2，主要分布在四川、重庆、湖北和福建等地。四川和重庆再生稻收获面积常年稳定在32万hm2，平均产量为头季稻平均产量8.40 t/hm2、再生稻平均产量2.10 t/hm2；福建再生稻面积较小，但产量水平为全国最高，如超高产田头季稻9.75 t/hm2、再生稻7.50 t/hm2。由此说明，再生稻不论是单产和种植面积都有极大的上升空间。

目前，在西南丘陵山区，再生稻种植多采用中、高留桩蓄留的方式栽培，随着农村劳动力的减少和生产成本增加，特别是中稻采用久保田PRO688Q等中大型机械收割，割台高度比较单一且履带宽大，并且割台的高度也难以调整，在收割中稻时需要多次调整机械的行进方向，对稻桩碾压十分严重，导致再生稻出苗难、成苗率低、生育期大幅度推迟、再生稻有收面积严重下降。针对西南丘陵山区中稻—再生稻种植区的中稻机收难题，重庆市农业科学院、重庆再生稻研究中心开展了多年的科技攻关，旨在研发可调节高度和可调节式割台的专用收割机，以适应南方丘陵地区的再生稻种植需要，实现农机和农艺相融合，为中稻—再生稻全程机械化种植提供装备支撑。

1 研究内容

中稻机收蓄留再生稻的专用收割机包括收割机本体，可调节式割台包括切割机构、机架、偏移机构和升降机构，切割机构安装于机架内，且与机架转动连接，机架与偏移机构连接，以使机架选择性地在第一方向进行位移，偏移机构远离机架的一端与升降机构连接，以使偏移机构选择性地在第二方向进行位移，第一方向和第二方向相互垂直，升降机构用于与收割机本体连接。

1.1 偏移机构的设计

偏移机构包括第一滑轨、偏移座和第一电机组件。机架通过第一滑轨与偏移座滑动连接，以实现机架带动切割机构在第一方向上进行位移。偏移座远离机架的一端与升降机构连接，以在升降机构的作用下发生位移。第一电机组件安装于偏移座上，且与第一滑轨连接。第一滑轨的数量为3条，3条第一滑轨等间距设置于机架和偏移座之间，以实现机架与偏移座之间的滑动连接（图1）。

图1 可调节式割台中偏移机构的结构

第一滑轨包括第一滑块和第一导轨。第一滑块与第一导轨滑动连接，第一滑块与机架固定连接，第一导轨与偏移座固定连接，以实现机架与偏移座之间的相对滑动。第一电机组件与第一滑块连接，以控制第一滑块在第一方向上进行位移。

第一导轨的横截面为工字形，且两侧面分别设置有两个第一凹槽。第一滑块的横截面为内凹形，包括第一连接部和两个呈“L”形的第一滑动部，两个第一滑动部通过第一连接部固定连接，第一连接部与机架固定连接，2个第一滑动部分别与2个第一凹槽滑动连接，以使第一滑块在第一导轨上滑动时产生的摩擦力减小，提高滑动速度。

第一电机组件包括第一电机、第一传动件和第一控制器。第一控制器与第一电机连接，第一电机通过第一传动件与第一滑块连接，人们通过控制第一控制器来控制第一滑块的滑动位置，从而控制机架在第一方向上的位移。

1.2 升降机构的设计

升降机构包括第二滑轨、升降台和第二电机组件。偏移座远离机架的一端，通过第二滑轨与升降台滑动连接，以实现机架带动切割机构在第二方向上进行位移。升降台远离偏移座的一端与收割机本体固定连接，以在收割机本体的牵引下带动可调节式割台向前移动。第二电机组件安装于升降台上，且与第二滑轨连接。第二滑轨的数量为3条，3条第二滑轨等间距设置于偏移座和升降台之间，以实现偏移座与升降台之间的滑动连接（图2）。

图2 可调节式割台中升降机构的结构

第二滑轨包括第二滑块和第二导轨。第二滑块与第二导轨滑动连接，第二滑块与偏移座固定连接，第二导轨与升降台固定连接，以实现偏移座与升降台之间的相对滑动。第二电机组件与第二滑块连接，以控制第二滑块在第二方向上进行位移。

第二导轨的横截面为工字形，且两侧面分别设置有2个第二凹槽。第二滑块的横截面为内凹形，包括第二连接部和两个呈“L”形的第二滑动部，2个第二滑动部通过第二连接部固定连接，第二连接部与偏移座固定连接，2个第二滑动部分别与2个第二凹槽滑动连接，以使第二滑块在第二导轨上滑动时产生的摩擦力减小，提高滑动速度。

第二电机组件包括第二电机、第二传动件和第二控制器。第二控制器与第二电机连接，第二电机通过第二传动件与第二滑块连接，人们通过控制第二控制器来控制第二滑块的滑动位置，从而控制机架在第二方向上的位移。

1.3 割台的设计

将偏移机构和升降机构集成在割台上，可调节式割台包括切割机构、机架、偏移机构和升降机构。切割机构安装于机架内，且与机架转动连接，以在收割机本体的牵引下转动收割再生稻。机架与偏移机构连接，以使机架选择性地在第一方向进行位移，扩大切割机构在第一方向上的切割范围。偏移机构与升降机构连接，以使偏移机构选择性地在第二方向进行位移，扩大切割机构在第二方向上的切割范围。第一方向和第二方向相互垂直，使切割机构实现在两个方向上的可调节，扩大切割机构的切割范围。升降机构与收割机本体连接，以在收割机本体的牵引下带动可调节式割台向前移动（图3）。

图3 可调节式割台的结构

1.4 专用收割机设计

将割台集成在中稻机收蓄留再生稻的专用收割机上，将其用于中稻的机械收割。结构简单，能够在两个方向进行调节，使可以收割的范围更大，使用起来更加方便，实用性强，性价比高。该专用收割机包括收割机本体和可调节式割台，可调节式割台与收割机本体连接，并在收割机本体的牵引下向前移动，以对中稻进行收割（图4）。

图4 再生稻收割机的结构

2 试验效果

将研究设计的割台集成在专用收割机内，即集成在4LZ-0.3A型全喂入小型收割机上。该收割机总重量120 kg，收割效率为400～534 m2/h，较人工收割效率提高8倍以上，可在20 cm内深度的水田中正常行走收割稻谷。与传统人工收获中稻蓄留再生稻的方式相比，本专用收割机的收割区域为1.5 m，割台的高度为1.3 m，1 h可完成收获面积0.2 hm2，8 h可完成收获面积1.4 hm2。

2020年8 月，重庆市农业科学院、重庆再生稻研究中心利用4LZ-0.3A型全喂入小型收割机在重庆市永川区来苏镇观音井村的中稻—再生稻集中示范片中进行了机收试验验证（图5）。经专家组现场评测，本研究试制的专用收割机对稻桩的碾压率低于13%，较久保田PRO688Q型收割机对稻桩的碾压率降低30%。2020年10月，经川渝专家组现场测产验收，本研究试制的专用收割机收获的153.3 hm2渝香203再生稻示范片平均产量为2.55 t/hm2，两季平均产量为12.41 t/hm2。与非示范片比较，该技术提升生产效率30%，两季增产稻谷2.05 t/hm2。

图5 本专用收割机的田间作业

3 应用前景及推广建议

可调节式割台，在对头季稻进行收割时，偏移机构可以带动机架在第一方向上进行位移，以调整收割机构的位置，使其能够在第一方向上更大范围的收割头季稻；升降机构可以带动机架在第二方向上进行位移，以调整收割机构的位置，使其能够在第二方向上更大范围的收割农作物。与现有技术中的收割机割台相比，本研究设计的可调节式割台由于采用了可以使机架在第一方向上位移的偏移机构和可以使机架在第二方向上位移的升降机构，所以能够在两个方向上对收割范围进行调节，使可收割的范围扩大，便于人们收割头季稻，实用性强，使头季稻收割高度方便调节，性价比高。大田试验应用表明，本研究设计的中稻机收蓄留再生稻的专用收割机可明显降低久保田PRO688Q等中大型联合收割机对头季稻稻桩的碾压，保护再生芽，在西南丘陵山区中稻—再生稻种植区域具有很大的应用前景，可在西南丘陵山区特别是川渝中稻-再生稻地区大力推广应用。