多功能水田运苗机的研究
摘 要：论述了多功能水田运苗机研究项目的工作情况，重点介绍了该机的研究、设计、加工和试验情况。该机的研制成功填补了国内空白，可以作为我国水田运苗机、施肥机及喷药机的更新换代产品。
关键词：水稻;多功能;水田运苗机;研究
中图分类号：S511??????? 文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.001Open Science Identity（OSID）
1 研究目的和意义
水稻是我国最大粮食作物，稻米是我国人民主要食用的粮食作物。水稻生产对我国的粮食安全至关重要，而且肩负着实现稻农增收、种粮增效和全面推进新农村建设的艰巨任务。目前，我国水稻种植过程中，耕整地、育秧、插秧、收获等主要环节机械化作业程度较高，但在水稻秧苗运输及田中撒肥、喷药作业环节还停留在原始的人工作业状态，水稻插秧季节，秧苗仍以人工挑运为主，随着插秧机的推广应用，劳动力短缺、挑苗劳动强度大、效率低，成为制约机插秧作业的瓶颈。因此，研究多功能水田运苗机，可用于水稻插秧时的秧苗运输作业，通过更换运苗机上配套的施肥及喷药装置还可实现水田的撒肥、喷药作业。解决了水田秧苗运输时人工搬运劳动强度大、人工撒肥效率低及易中毒等问题。
2 研究工作情况
2.1 立项准备和方案调研阶段
通过走访有关科研单位、大专院校和参加农机展会等方式，广泛收集了国内外有关水稻秧苗转运机械技术的研究资料和文献，并深入水田农机合作社、国有农场进行现场考察，针对我国北方现行的水稻育插秧作业方法、工艺过程、经验、问题进行了广泛深入的调查研究，为课题研究提供了重要理论和实践依据。在收集资料和调查研究的基础上，经过课题组的反复讨论研究、初步形成了立项可行性研究报告，同时明确了研究方向、确立了研究方案。
（1）全面调查研究并吸取国内外现行运苗机及施肥、喷药技术，结合我国北方水稻生产作业特点和要求，总结并提出了多项适合我国北方不同耕作区域、不同土壤条件的施肥、喷药技术，并进行优化组合，形成用于指导生产的技术规范或模式。
（2）要求在机械运苗过程中，产生的轮辙不能影响插秧机插秧作业。技术关键是研究轮辙覆平和防陷。
（3）在配套机具（施肥和喷药装置）研究上，采取引进选型与改制创新结合，整机研制与部件创新结合，科研试验与开发推广结合，农机与农艺结合等形式，使之尽快转化为生产力。
2.2 工艺研究阶段
多功能水田运苗机成败的关键是它既要体现农艺技术的先进性，又要保证机具的通过性能和施肥、喷药质量及效率。主要研究内容如下。
（1）水田运苗机底盘具有多功能、高效、可靠的特点，要求整机配置合理，结构紧凑，安装调整和使用方便。
（2）在主要工作部件研究上，重点研究适合运苗技术作业要求的行走、转向、轮辙覆平等关键部件。提高越埂和抗颠簸能力，并解决轮辙、防陷的关键技术攻关。
（3）研究施肥装置的电子监测技术，提高撒肥效率和均匀性。
（4）研究喷药装置，能实现宽幅、高效、高质量的喷药作业。
3 样机研制试验阶段
3.1 总体设计方案
多功能水田运苗机具有高地隙四轮差速驱动、四轮转向功能，配置动力为电启动柴油发动机，采用插秧机用水田驱动轮作为行走轮，采用前后减震钢板弹簧，行驶平稳，抗颠簸能力强，适用于北方地形比较复杂地区的水田作业。该机可根据水稻生产作业季节，用于水稻插秧时的秧苗运输作业，通过更换运苗机上配套的施肥及喷药装置实现水田的撒肥、喷药作业，成为替代人工运苗、撒肥、喷药的理想产品。
3.2 各阶段的研究内容
2016年1月，课题组成员针对研究项目进行了分工，对各自承担的部分进行重点研究。首先根据多功能水田运苗机的工作需要，设计了主传动路线图为：发动机—变速箱—前后桥—前后地轮，再增加离合部分、转向部分、后输出轴、液压部分、差速器锁部分等，并明确绘制传动简图和液压路线图;同年4月完成样机总体及零部件图样设计。2017年6月初，完成第一轮样机试制工作，并進行陆地考核试验。为积累经验，节约成本，有利于短时间获取试验结果，初期将变速箱简化设计为两部分，通过链轮传动实现功能替代，完成了首轮样机试制任务并改进。
2016年6月下旬，进行水田地实际作业试验，在陆地和水田地试验测取前进速度时，可通过更换大小链轮，确认机器作业时的前进、后退、运输速度。并完成变速箱总传动比参数的确认，从而设计出满足空间尺寸、性能指标要求的变速箱总成。结果表明：该机田间作业适应性较强，动力满足最大载重量要求，前进、后退速度合理，但存在四轮转向半径略大、轮辙覆平效果弱等问题。
2016年7月，针对第一轮样机试验中发现的问题进行了改进设计：（1）修改了四轮转向装置的参数;（2）设计了轮辙覆平装置;（3）完善了整体变速箱的设计。2016年9月，第二轮样机进行了陆地和水田地实际作业试验，本次试验重点检测整机重心和运载秧苗时的重心位置，避免头重脚轻或后轮下陷翘头，造成行走作业困难等问题。通过试验，调整了前后轮间距，达到了作业要求。
2016年10月—2017年4月，对样机出现的问题进行分析总结，提出修改方案，进行论证确认，修改标定图纸、改进样机，通过关键零部件的设计计算，予以验证;进行操纵转动、制动机构的优化设计和选型等。2017年5月，第三轮样机进行了应季作业试验，样机的各项性能指标、转向灵活性、修改后的液压升降轮辙覆平装置等，均达到了设计要求。
通过试验数据分析，形成样机设计和加工的理论依据，经过数轮的修改、试验、再设计，完成样机总装、零部件图纸绘制工作，齿轮、轴受力分析和计算等，检测样机在前几轮样机试验的基础上经过相应改进，于2018年4月完成，引进选型与改制创新结合的施肥和喷药装置也经过了试验验证，达到了设计要求。
检测样机于2018年5月在牡丹江市西安区海南乡，由黑龙江省农垦农业机械试验鉴定站主持对样机进行了田间试验检测。通过检测试验可知样机的主要性能指标、可靠性等各项指标均达到了设计要求。
檢测结论是：多功能水田运苗机具有结构合理、作业性能稳定、使用安全可靠，各项性能指标均达到有关标准要求，该机具填补了国内空白，可以作为我国水田运苗机、施肥机及喷药机的更新换代产品。
3.3 样机的主要技术规格及性能指标
动力：20.6 kW;
作业挡位：前进3挡、倒挡;
前后轮距：1500 mm;
最小离地间隙：500 mm;
额定转载质量：700 kg;
变速箱型式：齿轮传动;
作业速度：1.3～4.9 km·h-1;
撒肥作业宽度：8～12 m;
撒肥肥料：颗粒肥;
撒肥输入轴转速：540～720 r·min-1;
药液有效喷幅：15 m;
药箱容量：700 L。
喷雾用泵技术参数（齿轮泵）：
转速：600 r·min-1;
吸水量：35～60 L·min-1。
4 取得的成果及解决的技术关键
（1）设计的四轮转向机构转弯半径小，提高机动性。
（2）设计的轮辙覆平装置升降采用液压机构控制，满足插秧机作业质量要求。
（3）设计的高地隙四轮驱动差速器装置越埂、防陷功能强;设计的四轮行走采用前后减震装置行驶平稳，抗颠簸能力强。
（4）设计的摆动撒肥装置通过改变排肥器开口大小，改变施肥量;从电路功能上实现基本的报警逻辑和计量显示，根据田间实际工作的各种可能情况和需要，实现肥量电子监控。
5 研究试验结论
（1）研究设计的多功能水田运苗机可根据水稻生产作业季节，完成水稻插秧时的秧苗运输作业，满足插秧机作业质量要求;配套施肥及喷药装置，还可实现水田的撒肥、喷药作业。整机配置合理，结构紧凑，安装调整和使用方便，适用于插秧、施肥、喷药作业的农艺要求。
（2）该项目研究，在技术上重点攻克了液压控制四轮转向机构和轮辙覆平装置有机结合，解决了转弯半径大及轮辙影响插秧作业质量的技术难题。
（3）通过性能试验和生产试验测定证明，设计的多功能水田运苗机是水稻插秧机作业期秧苗供给的理想配套机具。配置的摆动式撒肥装置，在移栽后的水田生长期适宜时间内，能实现水田机械动力宽幅高效撒肥。配置的喷药装置，能实现宽幅高效喷药作业。具有整机结构新颖、性能稳定、排肥量可调、撒肥均匀、适应性好、生产率高、操作方便的特点。在水田通过性、施肥均匀性和作业效率等方面居领先水平。? ? ? ? ? ? ? （05）
基金项目：黑龙江省属科研院所基础科研经费项目“多功能水田运苗机的研究”（2016—2018）
作者简介：安龙哲（1962-），男，黑龙江甘南人，研究员级高级工程师，主要从事农业机械研究。
