一种稻田开厢平整装置的设计与应用*

吴宇琴 ，胡 萌 ，林 娇 ，潘翠华 ，王 富 ，贾 俊

（1.荆门职业学院，湖北 荆门 448000；2.荆门（中国农谷）农业科学研究院，湖北 荆门 448000）

0 引言

水稻是我国主要的粮食作物，稻米是我国的主要口粮，全国有60%以上的人口以稻米为主食，我国水稻在粮食生产中具有重要地位[1-2]。据调查，在安徽、江西、湖南和湖北，超过70%受调查农户采取人工直播的方式进行水稻生产，人工直播水稻面积不断增加，直播技术已经在南方普遍采用并自发扩散[3]。此外，水稻水育秧也是水稻科研试验中的重要一环[4]，几乎绝大多数水稻田间试验都需要采取水育秧方式进行，育秧质量的好坏直接关系到科研试验的规范性和准确性。因此，无论是生产实际还是科研试验需要，良好的稻田厢沟是科研和生产的关键[5-6]。

然而，要做到水稻田开沟和厢面平整的标准化并非易事。由于水育秧泥浆稀软，难以开厢成型，实际生产中还没有合适的开厢、平整的机械装置，育秧田或人工直播田开厢依旧需要靠人工或简易开沟工具完成，且无法保证厢面平整顺直，影响育秧的秧苗一致性，甚至有的厢面容易在播种后出现部分淹水、闷盖和暴雨冲刷导致种子秧苗淹埋致死的现象，秧苗出苗不一致，影响育秧质量，从而影响科研试验和水稻生产[7]。加之随着农村劳动力的转移，实际生产也面临劳动力短缺[8]等问题，这种费工费时的人工开沟开厢平整方式将逐渐被淘汰。因此，如何开发设计出一种可以集开沟、开厢、平整于一体的机械装置，提高稻田厢面制作的质量和效率，保障水稻科研规范性[9]和满足小农户直播生产需要成为亟待解决的现实问题。基于此，本研究在水稻科研试验育秧秧厢和小农户人工直播的开沟开厢规格基础上，设计出了一种机械化装置，并通过农机和农艺的融合，优化出适宜水稻科研试验或农户人工直播的开厢平整装置，为水稻科研和生产提供新的机械支持。

1 稻田开厢平整装置的整体结构

1.1 整体结构设计

稻田开厢平整装置结构如图1 所示。该装置包括底座，底座上固定有L 型板，L 型板用于安装气缸，且气缸沿垂直于底座的方向安装。底座一侧设有凹口，在凹口两侧的内侧壁上垂直设有起导向作用的滑槽。凹口处设置有一安装板，两侧与滑槽滑动连接。气缸通过U 型架传动驱动力，可驱动安装板沿滑槽方向上下移动调节高度，而安装板上的其他部件均可随安装板移动，继而调节开沟深度。

图1 稻田开厢平整装置整体结构示意图

底座凹口对侧的顶面固定安装有两个曲型杆，两个曲型杆的外伸端安装有连接块，连接块的表面开设有两个安装孔，使用时可通过安装孔固定在牵引设备上，方便牵引设备带动开厢装置进行工作。

开厢作业中的开沟宽度调节则是由调节机构完成。安装板的底部固定有开沟块，且两侧分设可活动的调节块。开沟块上水平开设有连接槽。调节块与连接槽滑动连接，可在连接槽的导向作用下水平运动。

1.2 调节机构设计

调节机构示意图如图2 所示，调节机构的运动部分包括双头液压缸、两个L 型连接杆和两个调节块。双头液压缸固定在安装板上，两端有两个驱动轴，分别用于驱动两个L 型连接杆。L 型连接杆下端固定连接调节块，L 型连接杆移动时会带动调节块移动。

图2 调节机构示意图

移动口的设置便于L 型连接杆能够穿过其中，同时，移动口内在水平方向上滑动连接有移动板。L 型连接杆与移动板在水平方向上固定连接，在竖直方向上滑动连接。即L 型连接杆在竖直方向上自由滑动时，移动板不会限制L 型连接杆移动；而L 型连接杆在水平方向移动时，移动板则会对其起到导向作用。

在此机构中，双头液压缸为原动件；U 型架、安装板、开沟块均为相对位置固定的机架；而L 型连接杆、调节块不能发生相对运动，属于同一活动构件。原动件双头液压缸伸缩运动，带动L 型连接杆、移动板、调节块与之一同水平运动，L 型连接杆与U 型架、移动板与安装板、调节块与开沟块间共同构成含虚约束的运动方向稳定、受力均匀的移动副，从而实现两个调节块相向或相对运动，调节开沟宽度。

1.3 开沟块结构设计

开沟块的结构示意图如图3 所示。开沟块固定在安装板底部，开沟块前端面为楔形，在开沟时可减小开沟阻力。开沟块上的连接槽用于与调节块滑动连接，起到导向作用。

图3 开沟块结构示意图

2 整体工作原理

稻田开厢平整装置可用于水稻田开厢、平整作业。当需要对育秧田进行开厢时，先将装置安装在牵引设备上，再启动气缸带动U 型架上下移动，U 型架则带动安装板在两个滑槽的导向作用下沿竖直方向移动，进而带动开沟块随之运动以调节开沟块的高度，对开沟块插入到稻田内的深度进行调节，得到适宜的稻田开沟深度；而当需要对开厢的开沟宽度进行调节时，启动双头液压缸带动两个L 型连接杆相向或相对运动，可相应减小或增加开沟块的总体宽度，进而对稻田平整厢面的开沟宽度进行调节。合理调节开沟块的高度及宽度后，启动牵引设备带动整个稻田开厢平整装置在稻田的表面进行移动，对稻田进行开厢操作。

3 主要技术参数

稻田开厢平整装置整机结构紧凑简单、质量轻，且可通过调节厢面宽度和沟宽、沟深适应不同生产要求，可有效提高稻田开厢平整的作业效率和作业质量，降低劳动强度[10]。稻田开厢平整装置的主要技术参数如表1所示。

表1 稻田开厢平整装置主要技术参数

通过对该装置进行多次田间试验，确认该装置整田3~7 天后进行作业最为适宜，作业厢面宽度调节范围为1.5 m~3.0 m，沟宽调节范围为0.3 m~0.5 m，沟深调节范围为0.1 m~0.3 m，配套动力≥140 kW，作业效率可达0.3 hm/h~0.5 hm/h，作业效率是人工的9~15 倍，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，节约了成本。

4 结论

本装置可实现开厢平整一体化，且可根据实际需要对厢面宽度和沟宽、沟深进行调节，厢面宽度调节范围为1.5 m~3.0 m，沟宽调节范围为0.3 m~0.5 m，沟深调节范围为0.1 m~0.3 m。利用该装置开沟平整，有效地保障了科研试验的标准化，极大地提高了田间生产的统一水平和开沟开厢的效率，降低了生产用工成本，具有较好的应用前景。