水稻插秧機(jī)側(cè)深施肥技術(shù)及裝置的研究

陳長(zhǎng)海，許春林，畢春輝，李明金，吳家安，張曉東

（哈爾濱市農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，哈爾濱150070）

我國(guó)水稻常年種植面積約3 130萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量近2億t，占全國(guó)糧食作物種植面積的30%和總產(chǎn)量的40%，全國(guó)有60%以上人口以大米為主食[1]。

目前我省水稻生產(chǎn)過(guò)程中施肥環(huán)節(jié)一直沿用人工手撒淺表性施肥方式，施肥量大，且肥料在田間分布不均勻，水稻秧苗吸肥量不一致，造成水稻長(zhǎng)勢(shì)、高矮、結(jié)穗大小差異很大，直接影響水稻產(chǎn)量[2]；隨著生產(chǎn)過(guò)程排水，含有肥料的水體排入江河，嚴(yán)重污染生產(chǎn)、生活用水。理想的水稻生產(chǎn)過(guò)程施肥方式為“水稻插秧側(cè)深施肥技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)仍然是空白，就是在水稻生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)的日本、韓國(guó)也沒(méi)有得到有效的解決[3]。

水稻插秧側(cè)深施肥技術(shù)及裝置改變了傳統(tǒng)施肥模式，可以將顆粒肥料準(zhǔn)確、定量施在水稻秧苗根系附近，側(cè)深施肥量相對(duì)傳統(tǒng)施肥量減少約20%，較大程度提高了肥料利用率，降低了肥料對(duì)周邊水系的污染程度。側(cè)深施肥能夠保證均勻、穩(wěn)定的為水稻秧苗提供養(yǎng)分，是保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的必要條件。因此，為了解決水田插秧過(guò)程施肥不能夠定位、定量、均勻、可靠的這一項(xiàng)技術(shù)難題，節(jié)約水稻生產(chǎn)過(guò)程用肥成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)水資源，更好地發(fā)展水稻生產(chǎn)，水田插秧側(cè)深施肥技術(shù)及裝置的研究已迫在眉睫。

1 總體結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

水稻插秧機(jī)測(cè)深施肥裝置，集成側(cè)深施肥技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)水田新型螺旋攪龍側(cè)深施肥裝置，研制水田側(cè)深施肥、插秧聯(lián)合作業(yè)機(jī)具，取代傳統(tǒng)水田插秧、施肥分次作業(yè)。該裝置由排肥攪龍、施肥箱、開(kāi)溝器等部件組成。采用螺旋攪龍排肥，可強(qiáng)制肥料排出，防止施肥管壅堵現(xiàn)象的發(fā)生，確保將肥料施在秧苗預(yù)定的側(cè)深位置。該裝置是裝配在延吉插秧機(jī)廠(chǎng)、依蘭收獲機(jī)廠(chǎng)等廠(chǎng)家生產(chǎn)的插秧機(jī)上，插秧同時(shí)將肥料施入秧苗側(cè)3～4 cm，深4～5 cm的土層中，施后覆上泥土，完成側(cè)深施肥作業(yè)。一次作業(yè)完成水田插秧、側(cè)深施肥全過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)水田插秧、側(cè)深施肥聯(lián)合作業(yè)。整機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

1.2 其主要技術(shù)指標(biāo)

該裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

額定功率/kW：0.88

施肥行間距/cm：30

施肥位置（距秧苗側(cè)向距離）/cm：3～4

深施肥深度/cm：4～5

施肥量：262.5～525 kg/hm2

施肥寬度/mm：22

作業(yè)效率：52.5～67.5 hm2/h

作業(yè)幅寬：1.8m（6行）

外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）/mm：1 850×360×530

結(jié)構(gòu)質(zhì)量/kg：60

2 工作原理

2.1 側(cè)深施肥裝置工作原理

側(cè)深施肥裝置工作原理如示意圖2所示，工作時(shí)，插秧機(jī)動(dòng)力經(jīng)由動(dòng)力過(guò)渡部件（2）、過(guò)渡鏈輪（3）傳遞給變速箱輸入鏈輪（5），經(jīng)變速箱體（9）變速、換向后，由變速箱輸出尼龍齒輪（6）將動(dòng)力通過(guò)調(diào)速過(guò)渡尼龍齒輪（7）最終傳遞給螺旋推運(yùn)器輸入尼龍齒輪（8），（8）直接帶動(dòng)螺旋推運(yùn)器（11）旋轉(zhuǎn)完成排肥工作。

該裝置充分利用螺旋推運(yùn)器特有的輸送功能：旋轉(zhuǎn)的螺旋推運(yùn)器可將顆粒肥料通過(guò)施肥管（10）定量、均勻、可靠的排到預(yù)定的側(cè)深位置。

2.2 整機(jī)工作原理

該機(jī)具工作原理如示意圖1所示，機(jī)具工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)由動(dòng)力過(guò)渡部件（11）分別傳給側(cè)深施肥裝置、插秧部件（7），即側(cè)深施肥與插秧同步。側(cè)深施肥裝置中的螺旋攪龍推動(dòng)肥料沿施肥管（9）內(nèi)運(yùn)動(dòng)，排肥管穿過(guò)插秧機(jī)船板（8）與開(kāi)溝器總成（10）連接，開(kāi)溝器在水田深4～5 cm處開(kāi)溝，肥料在螺旋攪龍推動(dòng)下強(qiáng)制排入已開(kāi)溝的水田泥土中，溝內(nèi)施入肥料后在船板的作用下泥土自然閉合，從而使肥料精確深施在秧苗側(cè)、深預(yù)定的位置。插秧部件（7）將秧苗插在已側(cè)深施肥的苗帶上，一次作業(yè)完成水田插秧、側(cè)深施肥全過(guò)程。

2.3 施肥量的調(diào)整

施肥量的調(diào)整如示意圖2所示，該裝置施肥量的大小主要取決于螺旋推運(yùn)器的轉(zhuǎn)速，螺旋推運(yùn)器轉(zhuǎn)速主要取決于變速箱輸出尼龍齒輪（6）與螺旋推運(yùn)器輸入尼龍齒輪（8）的傳動(dòng)比的大小，所以該裝置施肥量的調(diào)整通過(guò)調(diào)換變速箱輸出尼龍齒輪（6）來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整方法很便捷：將調(diào)速過(guò)渡尼龍齒輪（7）松開(kāi)，將（8）拆下，換上和你所需要施肥量相對(duì)應(yīng)的尼龍齒輪，調(diào)整（7）與（8）的嚙合間隙，緊固（7）即可。

圖2 側(cè)深施肥裝結(jié)構(gòu)置示意圖Fig.2 Lateral structure of deep application of fertilizer loading reset diagram

3 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

3.1 螺旋推運(yùn)器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)

螺旋推運(yùn)器傳動(dòng)采用尼龍齒輪傳動(dòng)方式，因尼龍齒輪具有：機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好、耐疲勞性能突出、軟化點(diǎn)高、耐熱、表面光滑、摩擦系數(shù)小、耐磨、制件重量輕等優(yōu)點(diǎn)[4]。螺旋推運(yùn)器傳動(dòng)示意圖如圖3所示，動(dòng)力由變速箱輸出尼龍齒輪（3）經(jīng)由兩個(gè)調(diào)速過(guò)渡尼龍齒輪（4）傳遞給相鄰的螺旋推運(yùn)器輸入尼龍齒輪（1），（1）再將動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)過(guò)渡尼龍齒輪（2）傳遞到下一個(gè)（1）依次傳遞。（1）與（2）之間的傳動(dòng)比均為1∶1，所以可以保證6個(gè)螺旋推運(yùn)器的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向相同，即可保證施肥量的一致性。

3.2 螺旋推運(yùn)器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

螺旋參數(shù)的設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)因數(shù)：肥料自流性；開(kāi)溝器尺寸[5]。所以經(jīng)過(guò)數(shù)次設(shè)計(jì)改進(jìn)，設(shè)計(jì)出較為合理的螺旋推運(yùn)器參數(shù)為：

內(nèi)徑/mm：8

外徑/mm：18

導(dǎo)程/mm：16

圖3 螺旋推運(yùn)器傳動(dòng)示意圖Fig.2 Helix push games transmission diagram

4 試驗(yàn)情況

該裝置試制完工后，將其安裝在延吉935插秧機(jī)上進(jìn)行插秧、側(cè)深施肥田間作業(yè)，通過(guò)累計(jì)作業(yè)面積達(dá)500余畝的實(shí)際生產(chǎn)考核，考核其各項(xiàng)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)實(shí)際插秧、側(cè)深施肥作業(yè)情況表明該技術(shù)及裝置具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）施肥量、施肥深度、施肥寬度、施肥位置均達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，肥料精確地施到預(yù)定的測(cè)深位置。

（2）開(kāi)溝后的泥土在船板的作用下合墑情況很好，完全滿(mǎn)足插秧要求。

（3）施肥管無(wú)壅堵現(xiàn)象發(fā)生。

（4）施肥量均勻準(zhǔn)確，實(shí)際作業(yè)平均施肥量與理論測(cè)定施肥量誤差很小，在850農(nóng)場(chǎng)作業(yè)使用理論測(cè)定施肥量為23.8 kg/標(biāo)畝，實(shí)際平均施肥量為23.4 kg/標(biāo)畝，理論與實(shí)際誤差僅為1.7%。

（5）該裝置在整個(gè)春季作業(yè)期間沒(méi)有一臺(tái)發(fā)生性能、結(jié)構(gòu)、加工質(zhì)量等方面的故障問(wèn)題，工作穩(wěn)定性很好。

這充分說(shuō)明該機(jī)具基本滿(mǎn)足水稻生產(chǎn)插秧農(nóng)藝要求的定位、定量、均勻、可靠的施肥方法該機(jī)具受到有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及專(zhuān)家們的高度評(píng)價(jià)及農(nóng)民用戶(hù)朋友們的熱烈歡迎。該機(jī)具在水田深施肥這個(gè)領(lǐng)域向前邁出了一大步，這將對(duì)水稻插秧生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生巨大的作用與影響。目前該技術(shù)及機(jī)具處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著目前我省水稻常年種植面積在350～400萬(wàn)畝之間，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)耕整地、插秧、收獲等機(jī)械化已有了很大的進(jìn)展，耕、收機(jī)械化程度達(dá)到了57%，插秧機(jī)械化程度已達(dá)到34.3%。但是，水稻生產(chǎn)過(guò)程中施肥環(huán)節(jié)一直沿用人工手撒散施肥方式[2]。

該項(xiàng)新技術(shù)及裝置技術(shù)關(guān)鍵突破后，實(shí)現(xiàn)了水稻插秧側(cè)深施肥作業(yè)，是我國(guó)水稻生產(chǎn)過(guò)程施肥方式的一個(gè)突破，預(yù)計(jì)將會(huì)對(duì)我國(guó)水稻生產(chǎn)施肥方式產(chǎn)生巨大的影響，對(duì)水稻生產(chǎn)的發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用。

水稻插秧側(cè)深施肥技術(shù)及裝置改變了傳統(tǒng)施肥模式，可以將顆粒肥料準(zhǔn)確、定量施在水稻秧苗根系附近，深施肥量相對(duì)傳統(tǒng)施肥量減少約20%，較大程度提高了肥料利用率，降低了肥料對(duì)周邊水系的污染高度。側(cè)深施肥能夠保證均勻、穩(wěn)定的為水稻秧苗提供養(yǎng)分，是保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的必要條件。因此，該項(xiàng)技術(shù)及裝置的市場(chǎng)需求將會(huì)旺盛，推廣前景廣闊。

[1]解保勝.水稻側(cè)深施肥技術(shù)[J].墾殖與稻作，2000（1）：18-20.

[2]錢(qián)華.水稻機(jī)械插秧側(cè)深施肥技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化，2005（1）：39-40.

[3]佟超，董顯生，蔣光勝，等.稻田施肥發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002（5）：15-17.

[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第4冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[5]張欣悅，李明金，許春林，等.1GZCS—180/6型水田節(jié)水免耕插秧施肥機(jī)的研制[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（3）：24-27.