水稻育秧叠盘铺盘机械化研究进展*

张 淇 ，王宏立 ，梁春英

（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江 大庆 163319）

0 引言

我国种植水稻的耕地面积约为3 000万hm2，占全国粮食种植总面积的30%，相当于世界水稻种植总面积的20%。2022年，我国稻谷年产量达到20 849.48万t，约占粮食总产量的三分之一[1]。这些数据清楚地显示，水稻在我国的粮食生产体系中具有十分重要的地位。

然而，育秧阶段的质量直接关系到后续插秧的效果和最终产量。育秧阶段的健康和品质影响着水稻的生长发育，从而影响了最终产量。尤其在我国，水稻育秧环节的机械化水平较低。这意味着，在种植水稻的过程中，特别是育秧环节，农业机械化设备的应用和普及程度亟待提高。机械化水平低可能会导致育秧效率低下，进而影响后续水稻生长的整体效果和最终产量。因此，提高水稻育秧环节的机械化水平具有显著的意义，有望进一步优化我国水稻产业链的效率和产量。

1 国外研究现状

韩国和日本在育秧播种技术方面处于世界领先地位[2-3]，尤其是日本，在农业技术领域投入了大量研发资源，其农业科技水平比较强。如久保田S-ST1200D自动叠盘装置，如图1所示。

S-ST1200D自动叠盘装置通过旋转臂系统能够可靠且快速地叠盘，该装置的工作效率可达2 000盘/h，最大叠盘数量为20盘，工作可靠，自动化程度高，其局限性在于只可以与其相应的播种机配套使用。并且由于整套设备的进口成本高，所以并未引进应用。

韩国的育秧播种技术起步较晚，但通过引进国外的先进技术以及本国技术人员的创新努力，韩国在水稻育秧播种设备领域的发展速度迅猛。例如，韩国的MDJI1400型育苗盘运输机，通过气缸驱动的升降机构和推盘机构的协作，实现叠盘作业，工作效率可达1 500盘/h，可适应多种秧盘。这些技术成果无疑为水稻育秧播种设备的研制提供了宝贵的经验。

然而，技术借鉴不仅要考虑技术本身，还需考虑适应性。水稻作为特殊作物，生长环境和需求与其他作物有所不同，因此技术的引入需根据水稻的生长特点进行调整。同时，高成本技术引入确实可能面临成本效益的挑战，特别是在我国农业普遍以低成本、高效益为导向的情况下。因此，农业科研人员在技术借鉴的同时，需要综合考虑技术的实际适用性以及经济效益，以寻求更切实可行的解决方案。这也将促进水稻育秧播种环节的机械化水平提升，并更好地满足我国农业的实际需求。

2 国内研究现状

目前，我国的水稻种植模式以育秧移栽为主。然而，在水稻秧盘铺盘技术领域，与国外相比，国内存在研发成本高、民间推广难度大等问题[4]。自20世纪80年代起，我国就着手于育秧设备相关的研发工作。通过借鉴国外先进技术经验，我国不仅成功研制出了适应本国情况的秧盘叠盘铺盘设备，而且为现代化水稻种植提供了有力支持。这一成就标志着我国在农业机械领域取得了重要的发展成就，解决了水稻育秧技术上的难题。

2.1 水稻叠盘设备

2.1.1 机械式叠盘设备

目前，国内绝大多数投入使用的叠盘设备为机械式叠盘设备。机械式叠盘设备的优点是成本低、有较强的稳定性、便于调节等，且适用于高速作业。机械式叠盘设备如图2所示，其动力来源是电机，由电机驱使着曲柄滑杆、拉杆等机械部件将电机输出的旋转运动转变为上下直线运动，来实现秧盘的堆叠。

图2 机械式叠盘装置结构示意图

2.1.2 气动式叠盘设备

由此可以看出，峨眉武术的攻防意识不仅很好地表达了武术的本质即技击性，还把峨眉武术的技艺特征展现的淋漓至尽，让峨眉武术的形与技展现独特的魅力。除此之外，峨眉武术除了拥有深邃的技艺哲理之外，还拥有特色的身体文化意蕴。

台湾亦祥企业有限公司研发的“三大牌”气动式叠盘设备，如图3所示。该设备使用气缸作为动力源，通过皮带输送秧盘，然后使用气缸进行叠盘操作。这种机器的作业速度较快，能够迅速完成秧盘的堆叠工作。这款气动式叠盘设备有着反应迅速和效率高的优点，适用于传统毯状硬秧盘的叠盘作业。然而，它也存在一些局限性。首先，由于气缸冲击较大，高速工作时叠盘的整齐度不够理想。其次，该设备可能只适用于特定类型的秧盘。

图3 台湾“三大牌”育秧机叠盘设备

与国外相比，国内设计生产的机型在自动叠放功能方面表现出适应性和多样性，这使得国内机型在满足不同市场需求方面具备一定的优势。虽然国外产品在某些方面可能具有技术领先优势，但在考虑到价格等因素时，国内机型更符合特定市场的需求。为了在竞争激烈的市场中取得成功，了解用户需求并持续创新是关键。

然而，在叠盘机方面，不同机型可能只适用于特定种类的秧盘。这也导致这种叠盘机在国内仅在规模较大的少数育秧公司中得到引入，尚未广泛应用。尽管国内的研究起步较晚，但国内的研发部门已经根据我国不同地区的实际情况提出了一些不同的叠盘方法。然而，国内机型在机器的可靠性和适应不同种类秧盘方面仍然存在一定改进空间，尤其是鉴于国内秧盘种类繁多，现有的叠盘装置多数只适用于特定类型的秧盘。

2.2 水稻铺盘设备

2.2.1 手扶式铺盘机

在国内使用率最高的是手扶式铺盘机。铺盘机的整体构造呈现出类似手推车的形式，如图4所示。

图4 手扶式铺盘机

其主要构成部分包括手柄、两组行走轮以及四根放盘限位支架。其中，手柄被焊接在铺盘机的外壳上，使它们形成一个紧密的整体结构。在该设备中，把手经过焊接与铺盘机外壳结合，形成一个整体。摆轮外壳覆盖在底盘上，而底板前后分别设有驱动轮轴，每个轴的两侧均配置两个行走轮。四根放盘限位支架被固定在摆放车底盘的中部，以限制水稻秧盘的四个角，以防在铺盘机行进时因外部因素导致秧盘错位，从而影响放盘的效果。

放盘机构是铺盘机的核心组成部分，它由前后两根旋转轴构成，分布在水稻秧盘两侧。这两根旋转轴起到驱动秧盘旋转和放置的作用。放盘机构的两根旋转轴采用不同的传动方式。其中，一根旋转轴通过链条传动连接到底盘上的驱动轮轴，而另外一根旋转轴通过同步带传动。这些传动方式用于确保旋转轴的同步和协调运动。放盘机构的旋转轴上固定有槽型凸轮，这些凸轮与连杆滑块相结合，用于实现秧盘的逐一放置。这意味着在旋转过程中，通过凸轮的运动和连杆滑块的作用，机构能够精准地将秧盘放置在指定位置。操作过程中，只需通过人力推动铺盘机前进，底盘上的驱动轴就会随之旋转。这样的设计使得操作相对便捷，同时确保了机构的动力传递。这种设计可能有助于提高铺盘机的放置准确性和效率，同时保持操作的相对简便性。

全自动龙门轨道式铺盘机如图5所示，其基于龙门架、导轨和铺盘小车的协同作用而运作。通过预先设置好的纵向导轨和支架结构，机器可以在田地中自动移动，同时将秧盘放置在正确的位置。首先，在秧田区域预先安装纵向导轨，这是为了为铺盘机的运行提供准确的轨道。辅助设备（如叉车）用于放置横向龙门架，该龙门架被放置在纵向导轨上。随后，铺盘小车被安置在龙门架上。龙门架作为支撑结构，可能沿着纵向导轨移动，使得铺盘小车能够在秧田区域内移动。这种机制使得农户可以便捷地进行铺盘操作，因为他们只需站在一侧，并将秧盘放入铺盘小车中。在整个铺盘过程中，上述步骤会不断地重复进行，直到完成一整行的铺盘。每次铺盘小车完成一行后，它会返回到起始点，同时，龙门架会在纵向导轨上移动到下一行的位置，为下一轮铺盘作业做准备。这种循环性的操作方式可以有效地实现大面积的农田铺盘作业[5]。

图5 全自动龙门桁架式水稻秧盘摆放机

3 存在的问题

我国在水稻工厂化育秧技术方面取得了显著的成果，使得育秧播种过程变得更加高效、便捷，有效地解决了传统人工育秧播种中的问题，如人力劳动的耗时耗力和秧盘质量的不稳定等。这对提高农业生产效率和质量具有积极的作用。虽然自动叠盘装置的引入进一步提高了流水线系统的效率，但目前由于其复杂结构和高价格，这些设备在我国的推广受到限制。国外设备在先进性方面具有优势，然而高昂的价格导致目前只有少数大规模垦区和农场选择引进。这说明在引进国外设备时需要综合考虑性能和成本之间的平衡。

鉴于我国在水稻育秧播种设备方面的研发起步时间相对较晚，初期主要是借鉴了国外成熟的育秧播种设备，以其作为原型，这些设备为我国的研发工作提供了重要的参考和借鉴。我国的研发工作主要关注于设备的机体结构、铺盘机制以及运动参数的匹配等方面[6-8]。同时，我国正在积极借鉴国外经验，针对本国实际情况进行分析和研究，以推动水稻育秧播种设备领域的进一步发展。这强调了在技术研发中，借鉴与创新相结合的重要性，以适应国内农业的需求和发展。

4 展望

在农业机械这一发展趋势中，水稻的育秧、叠盘和铺盘等环节已经成为我国水稻种植生产的关键要素。就目前阶段来说，我国有关水稻工厂化育秧叠盘铺盘的设备及技术依旧薄弱，能够大面积投入到一线工作的机械仍然不够先进，自动铺盘装置的关键技术仍有待突破。

针对水稻叠盘设备而言，在当前追求轻简化栽培种植技术的背景下，软秧盘在工厂化水稻育秧中更受青睐，因为其能够降低成本并提高效率。这可能与农业的可持续性和效益有关。虽然自动叠盘装置在提高工作效率和减少人力需求方面具有优势，但现有的技术主要适用于硬秧盘。这限制了叠盘技术的应用范围，尤其是在使用软秧盘时。针对这一问题，设计一种软、硬秧盘通用的自动叠盘装置被认为是未来叠盘技术的重要发展方向。这样的装置将更加通用，能够适应不同类型的秧盘，提高了设备的灵活性和适应性。开发通用的自动叠盘装置可能面临技术挑战，需要满足不同类型秧盘的特点和要求。然而，成功实现这一目标将有助于提高整个水稻育秧工艺的自动化水平，并更好地满足农业生产的多样化需求。

国内水稻铺盘装置的设计是要创造出具有高适应性、低冲击和高速度特点的自动化铺盘装置[9-11]。然而，目前市场上的自动铺盘设备在追求提高作业速度的同时往往会对秧盘产生较大的冲击力，这可能会严重影响甚至破坏秧盘内的水稻种子和土壤的均匀分布，甚至可能对秧盘造成一定程度的损害。此外，目前的设备在应对不同类型的秧盘时适应性有限。由于秧盘在多年的反复使用中可能会产生变形或结构损伤，这会在铺盘时导致设备出现故障的风险增加。因此，国内应该考虑优化机构的结构或工作原理，以减少对秧盘的冲击，从而更好地保护其中的水稻种子和土壤。同时，农业科研人员应该着手提高设备的适应性，以满足不同类型的秧盘和不同农业环境的需求。