懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

袁文勝，姬長(zhǎng)英，金誠(chéng)謙，胡敏娟，張文毅

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031；2. 農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇 南京 210014；3. 農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備綜合實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210014）

懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

袁文勝1,2,3，姬長(zhǎng)英1*，金誠(chéng)謙2,3，胡敏娟2,3，張文毅2,3

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031；2. 農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇 南京 210014；3. 農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備綜合實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210014）

為解決現(xiàn)有水稻育秧方式存在的用工多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題，設(shè)計(jì)了一種懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)，參考水稻工廠化育秧技術(shù)要求等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開展試驗(yàn)測(cè)試，分析育秧播種機(jī)的鋪土均勻性、播種均勻性和機(jī)具的整體作業(yè)質(zhì)量。結(jié)果表明，該機(jī)在播種作業(yè)過程中只需駕駛員和輔助人員兩人即可完成，每小時(shí)可播種4 000盤以上，具有用工少、生產(chǎn)效率高、播種質(zhì)量高等特點(diǎn)。該機(jī)采用直徑為160 mm的大直徑外槽輪式排土輥和直徑為110 mm的大直徑、大窩眼式排種輥，滿足了水稻育秧底土量和播種量較大的要求。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，育秧盤內(nèi)不同點(diǎn)的底土鋪土厚度變異系數(shù)均小于6%，每盤播種均勻度和總播種均勻度均在90%以上，按插秧時(shí)對(duì)應(yīng)切塊位置測(cè)得的每格播量合格率均≥85%，作業(yè)流暢、性能穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際生產(chǎn)要求。研究表明，懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)掛接在插秧機(jī)底盤后，可一次完成在水稻育秧盤內(nèi)均勻鋪底土和播種作業(yè)。

水稻；農(nóng)業(yè)機(jī)械；播種機(jī)；田間育秧；鋪土；排種；設(shè)計(jì)

水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一,種植面積約占糧食作物總面積的30%左右，產(chǎn)量接近糧食總產(chǎn)量的一半，是占我國(guó)60%左右人口的主食[1-4]。水稻種植方式分為直播和育秧移栽兩種，目前我國(guó)水稻種植的主要方式是移栽[5-7]。在水稻育秧移栽種植方式中，培育秧苗是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，秧苗的質(zhì)量會(huì)極大地影響水稻后期長(zhǎng)勢(shì)和最終產(chǎn)量[8]。研究開發(fā)高效、便捷的育秧設(shè)備，對(duì)于水稻種植機(jī)械化發(fā)展具有重要意義。

世界上水稻種植區(qū)域主要分布在亞洲，歐美部分國(guó)家也有一定的種植面積。澳大利亞、埃及、巴西、美國(guó)、意大利及其他歐美國(guó)家水稻主要采用直播種植方式，以中國(guó)、日本、韓國(guó)等為代表的亞洲國(guó)家則以育秧移栽為主[9-11]。育秧移栽方式的前提是必須有規(guī)格化的秧苗，目前水稻機(jī)械化育秧裝備主要有工廠化水稻育秧流水線和水稻田間育秧播種機(jī)兩種。工廠化育秧方式是在育秧流水線上一次性完成鋪底土、播種、覆表土等作業(yè)后，人工將播種好的育秧盤擺在田間或育秧工廠內(nèi)進(jìn)行培育。田間育秧方式是將秧盤鋪放在田間，然后進(jìn)行鋪底土、播種、覆表土等作業(yè)。工廠化育秧流水線需要較多的輔助人工，并且播種完成后由人工將帶土盤擺放到田間，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)成本也較高[12-13]?，F(xiàn)有軌道式田間育秧播種機(jī)也需要由人工完成軌道轉(zhuǎn)移、鋪土、輔助播種等工作，作業(yè)效率較低。

目前我國(guó)水稻種植環(huán)節(jié)是水稻生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的“瓶頸”環(huán)節(jié)[14-15]，其中缺乏高效、便捷、實(shí)用的育秧裝備是主要因素之一。田間育秧方式省去了播種后帶土秧盤轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工作量，在我國(guó)南方地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。另?yè)?jù)研究表明，田間旱育秧方式對(duì)水分的控制更精確，有利于秧苗根系的生長(zhǎng)和對(duì)苗高的控制，所以秧苗品質(zhì)好、成秧率高[16]，是一種比較好的育秧方式。本研究旨在開發(fā)高效、便捷、省工、省力的田間旱育秧裝備，促進(jìn)水稻移栽機(jī)械化技術(shù)發(fā)展。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

針對(duì)現(xiàn)有工廠化育秧流水線需要較多輔助用工和軌道式田間育秧播種機(jī)作業(yè)效率低等問題，本研究設(shè)計(jì)了一種懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)。該機(jī)掛接在四輪乘坐式水稻插秧機(jī)底盤上，鋪土和播種工作部件由插秧機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)。

水稻田間育秧播種機(jī)整機(jī)主要由機(jī)架、支撐滑板組件、鋪土組件、播種組件、播行位置調(diào)整裝置等組成（圖1）。其中機(jī)架上安裝有掛接軸、動(dòng)力輸入軸和變速箱。掛接軸與插秧機(jī)底盤相連，育秧播種機(jī)通過掛接軸在底盤的帶動(dòng)下提升、下降或前進(jìn)；動(dòng)力輸入軸與底盤的動(dòng)力輸出軸相連，將底盤動(dòng)力傳遞到育秧播種機(jī)，再通過變速箱變速后驅(qū)動(dòng)鋪土組件和播種組件工作。支撐滑板組件的滑板形似船底，在播種作業(yè)時(shí)在地表滑動(dòng)，將播種機(jī)支撐在固定高度。鋪土組件主要由土箱、鋪土輥和攪動(dòng)輥組成，攪動(dòng)輥攪動(dòng)土箱里的基質(zhì)土，強(qiáng)制其流動(dòng)，防止基質(zhì)土架空，鋪土輥均勻地將基質(zhì)土播撒到秧盤內(nèi)。播種組件主要由種箱、排種器、播量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，排種器將種箱中的種子均勻排下，通過播量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可調(diào)整播種量大小。播行位置調(diào)整裝置是一套靠行仿形裝置，可以使種子播下的位置與地面上秧盤位置相對(duì)應(yīng)，防止種子被播在秧盤外。

水稻田間育秧播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：有效播種幅寬0.9 m；底土厚度調(diào)節(jié)范圍15-23 mm；播種量調(diào)節(jié)范圍80-200 g；生產(chǎn)率大于4 000盤/h。

圖1 田間育秧播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of seeder for rice seedling raising with tray in field

1.2 工作原理

播種作業(yè)前人工將空秧盤沿直線鋪在田間，秧盤鋪放方式如圖2所示。育秧田內(nèi)挖深度為150 mm、寬200 mm的排水溝，畦面寬度為1 000 mm。使用的育秧盤為普通9寸硬質(zhì)秧盤，3個(gè)秧盤豎向并排鋪在畦面中間位置。

工作前，將掛接軸與插秧機(jī)底盤連接支架相連，動(dòng)力輸入軸與底盤的PTO相連。在道路上行走時(shí)，通過底盤的液壓升降機(jī)構(gòu)將育秧播種機(jī)提起。田間作業(yè)時(shí)，液壓系統(tǒng)將播種機(jī)降下來，支撐滑板組件在地表滑行，支撐播種機(jī)在穩(wěn)定的高度工作。底盤的動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)播種機(jī)的動(dòng)力輸入軸，經(jīng)過變速箱后輸出合適的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)鋪土輥、攪動(dòng)輥和排種器轉(zhuǎn)動(dòng)，完成鋪底土和播種作業(yè)。

圖2 育秧田及秧盤鋪放示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the tray placing in field

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

2.1 鋪土組件

鋪土組件的功能是在秧盤內(nèi)均勻地鋪上一定厚度的底土，為種子發(fā)芽生長(zhǎng)提供載體。鋪土組件主要由土箱、排土輥、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、攪動(dòng)輥、土量調(diào)節(jié)裝置和導(dǎo)流板等組成（圖3）。其中，排土輥是將土箱中的基質(zhì)土均勻排出的部件，是鋪土組件的核心部分。

圖3 鋪土組件結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Structure diagram of soil spreading assembly

2.1.1 排土輥結(jié)構(gòu)型式選擇 目前在水稻育秧播種流水線和田間手推式育秧播種機(jī)上使用的排土部件，根據(jù)結(jié)構(gòu)及原理的不同可分為平帶式、外槽輪式、波紋滾筒式、刮板式等幾種類型[17-19]。平帶式鋪土部件是由一條皮帶圈套裝在兩個(gè)在水平面內(nèi)平行的皮帶軸上組成的土壤輸送、鋪放機(jī)構(gòu)。平帶式排土部件鋪土厚度均勻，多用在育秧播種流水線上，但是長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)后皮帶容易松動(dòng)、打滑，鋪土效果變差。另外，平帶式結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，不適合結(jié)構(gòu)緊湊的懸掛式田間育秧播種機(jī)。波紋滾筒式鋪土裝置采用大直徑的波紋滾筒作為排土部件，對(duì)不同土壤濕度的適應(yīng)性較好。但是，波紋滾筒式鋪土裝置排土能力較低，排土量少，只能適合對(duì)土量要求比較少的作業(yè)環(huán)節(jié)。刮板式鋪土裝置是通過連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的多條刮板將一定量的土連續(xù)刮落到秧盤完成鋪土作業(yè)的，鋪土厚度均勻性較高，但是連續(xù)工作一段時(shí)間后，刮板容易變形，鋪土均勻性下降。使用外槽輪式鋪土部件在工作過程中容易出現(xiàn)土箱中的土壤架空現(xiàn)象，但是整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形緊湊、持續(xù)工作穩(wěn)定性較好。

根據(jù)以上分析，結(jié)構(gòu)緊湊的懸掛式育秧播種機(jī)宜選用外槽輪式鋪土部件。本機(jī)的排土部件選擇工程塑料管，在表面加工設(shè)計(jì)排土槽，加工成圖3中的排土輥，這種排土輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量小、成本低。另外，為了防止土壤在土箱中下落不及時(shí)造成架空現(xiàn)象，在排土輥上方設(shè)計(jì)攪動(dòng)輥，強(qiáng)制土壤流動(dòng)。

2.1.2 排土輥結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 田間育秧所用的秧盤規(guī)格為：600 mm×300 mm×30 mm?，F(xiàn)有乘坐式插秧機(jī)底盤輪距為1 200 mm，除去輪子本身的寬度，兩輪之間可以鋪放秧盤的凈寬度不足1 200 mm，故只能采用3個(gè)秧盤豎向并排鋪放的方式（圖2），鋪放后有效作業(yè)幅寬為900 mm。

根據(jù)前述分析，本育秧播種機(jī)選用外槽輪式排土輥。外槽輪直徑的大小與鋪土質(zhì)量直接相關(guān)。直徑太小，槽輪表面曲率大，同樣的排土量情況下還需要加大轉(zhuǎn)速，土壤不易充填入槽內(nèi)，導(dǎo)致鋪土厚度不均勻；外槽輪直徑太大，則工作載荷較大，且低轉(zhuǎn)速下排土?xí)嗬m(xù)不均，機(jī)具整體外形尺寸也較大。參照相關(guān)機(jī)具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮各相關(guān)因素，選定外槽輪直徑為160 mm。為便于土壤的填充和排出，槽輪的凹槽橫斷面形狀選擇弓形，參考臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)排土輥槽數(shù)為15，槽曲面半徑為16 mm，槽深8 mm，排土輥截面結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 排土輥結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Structure diagram of soil spreading roller

為確定排土輥轉(zhuǎn)速，首先對(duì)排土輥排土量進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)圖5排土輥截面圖中的幾何關(guān)系可知，排土輥單個(gè)凹槽的截面積為：

式中：φ為凹槽弧在所在圓上對(duì)應(yīng)的圓心角（°）；α為凹槽弧在排土輥外圓上對(duì)應(yīng)的圓心角（°）；d為排土輥外徑（cm）；r為凹槽弧所在圓的半徑（cm）；b為凹槽弧兩端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直線距離（cm），b的計(jì)算方法為：

式中：D為排土輥外圓圓心與凹槽弧所在圓的圓心之間的距離。

參照《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）》關(guān)于槽輪式排種器排量計(jì)算方法[20]，可知排土輥每轉(zhuǎn)排土體積q為：

式中：L為排土輥槽輪的有效工作長(zhǎng)度（cm）；α0為槽內(nèi)土壤充滿系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得出，數(shù)值參考有關(guān)手冊(cè)，此處選0.97；λ為帶動(dòng)層特性系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得出，數(shù)值參考有關(guān)手冊(cè)，此處選0.43；t為槽輪凹槽節(jié)距（cm），t=πd/z，z為槽數(shù)。

圖5 排土輥截面尺寸示意圖Fig. 5 Section sketch map of soil spreading roller

針對(duì)本機(jī)設(shè)計(jì)方案，將相關(guān)參數(shù)數(shù)值帶入式（1）至式（5），計(jì)算得排土輥每轉(zhuǎn)排土體積q為 4 770 cm3。根據(jù)農(nóng)藝要求，設(shè)定底土厚度為20 mm。對(duì)于600 mm×300 mm×30 mm的標(biāo)準(zhǔn)秧盤，內(nèi)部尺寸為580 mm×280 mm×25 mm，每盤鋪底土體積為3.248×10-3m3。另外已知現(xiàn)有插秧機(jī)移栽株距10 cm時(shí)，插秧機(jī)底盤PTO與插植臂軸轉(zhuǎn)速之比為2∶1。根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出底盤PTO與排土輥轉(zhuǎn)速之比為2.94∶1，設(shè)計(jì)時(shí)采用齒數(shù)為13和38的一組傳動(dòng)鏈輪，實(shí)際傳動(dòng)比為2.92，在土量調(diào)節(jié)裝置的輔助調(diào)整下，排土量可以滿足要求。

2.2 播種組件

播種組件的功能是按一定的播種量均勻地將種子播撒在秧盤內(nèi)的底土表面。播種組件主要由種箱、排種輥、清種毛刷、毛刷調(diào)整機(jī)構(gòu)、護(hù)種板、導(dǎo)種板和振動(dòng)板等組成（圖6）。

圖6 播種組件結(jié)構(gòu)圖Fig. 6 Structure diagram of seeding assembly

2.2.1 排種輥結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 育秧播種要求在大播量的情況下保持播種均勻，通過對(duì)不同型式的排種器結(jié)構(gòu)分析及對(duì)比試驗(yàn)，選擇窩眼輪式排種部件。為減少傷種，排種輥材料選用PVC材質(zhì)，采用毛刷清種，同時(shí)控制排種量。排種輥直徑大小影響充種，直徑過小，則曲率過大，不利于種子充入型孔。參考《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）》所列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此處選擇排種輥直徑為110 mm。另外，在同樣的排種量下，排種輥上窩眼數(shù)越多，排種輥轉(zhuǎn)速越低，窩眼的線速度也就越低，有利于種子充填進(jìn)窩眼。根據(jù)常規(guī)稻種子尺寸特性及育秧播種排種量要求，設(shè)計(jì)直徑為14 mm、深度為4 mm的窩眼，窩眼沿圓柱面母線成排布置，每相鄰兩排型孔均勻交錯(cuò)布置。在前述秧盤鋪放方式下，可計(jì)算出窩眼輥型孔數(shù)Z為：

式中：dw為窩眼輥直徑（m）；vm為育秧播種機(jī)作業(yè)速度（m/s）；W為每個(gè)秧盤內(nèi)播種量（kg）；n為每個(gè)窩眼內(nèi)種子數(shù)量；vw為排種輥線速度（m/s）；G為水稻種子千粒重（kg）。

查詢有關(guān)資料可知，水稻種子的平均尺寸為10 mm×3.2 mm×2.6 mm，每個(gè)窩眼內(nèi)種子數(shù)為3-5粒，此處n按4粒計(jì)算。水稻種子千粒重按0.025 kg計(jì)。對(duì)于常規(guī)稻品種，每個(gè)秧盤內(nèi)播種量按0.12 kg計(jì)。

根據(jù)插秧機(jī)后輸出軸轉(zhuǎn)速與前進(jìn)速度的傳動(dòng)比初步設(shè)計(jì)后輸出軸與排種輥轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比，參考窩眼輪式排種器設(shè)計(jì)要求，選擇傳動(dòng)比為13∶27的減速齒輪傳動(dòng)，據(jù)此計(jì)算vm與vw的比值為8.54。

將以上數(shù)值帶入式（6），計(jì)算出排種輥表面有效排種窩眼數(shù)量為Z=18316。由于采用較軟的毛刷作為清種部件，并且為了滿足較大播量的要求，護(hù)種板和排種輥之間需要設(shè)計(jì)較大的間隙，所以排種輥外圍的帶動(dòng)層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與目前成熟的排種器不同，缺少相關(guān)參照，無法獲取準(zhǔn)確的帶動(dòng)層特性系數(shù)，只能依靠大量的試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，沿排種輥圓周方向共設(shè)計(jì)24排窩眼孔，每相鄰兩排窩眼交錯(cuò)排列，沿軸線方向兩窩眼間距設(shè)計(jì)為18 mm。排種輥結(jié)構(gòu)見圖7。

圖7 排種輥結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 7 Schematic diagram of seed metering roller

2.2.2 種箱容量參數(shù)設(shè)計(jì) 育秧播種底土厚度約為20 mm，故對(duì)于內(nèi)部尺寸為580 mm×280 mm的9寸育秧盤，每盤底土用量為3.248 L，底土需求量比較大。而對(duì)于采用懸掛式的配置方式，播種機(jī)整機(jī)重量不能過大，以防底盤“翹頭”或者抬升力不夠無法正常作業(yè)。根據(jù)試驗(yàn)在正常作業(yè)水平下，土箱最大容量約為330 L，能滿足約100盤的鋪土量需要。所以在播種作業(yè)過程中，要定期停機(jī)補(bǔ)充基質(zhì)土。種子的播量相對(duì)基質(zhì)土較少，在考慮操作方便性前提下，種箱容量設(shè)計(jì)成能滿足約500盤播種需求量的大小，即容量約為60 kg，換算為容積約為100 L。為此，種箱設(shè)計(jì)尺寸為有效高度為450 mm、前后寬度為250 mm，種箱結(jié)構(gòu)及外形見圖6和圖8。

3 田間試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

圖8 樣機(jī)田間試驗(yàn)Fig .8 Field experiment of prototype

以東洋P600乘坐式水稻插秧機(jī)底盤作為動(dòng)力，拆掉插植部分，掛接育秧播種機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)。底盤發(fā)動(dòng)機(jī)功率為5.15 kW，輪距為1.2 m。由于播種時(shí)間緊迫，沒來得及開溝做畦，育秧田簡(jiǎn)單平整后直接鋪空秧盤。秧盤按一個(gè)橫向加一個(gè)豎向并排鋪放的方式布置，鋪放后寬度為900 mm。調(diào)整播種機(jī)高度到合適位置，調(diào)整好鋪土量和播種量，播種機(jī)沿秧盤鋪放方向直接播種。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見圖8，試驗(yàn)地點(diǎn)為常州溧陽市別橋鎮(zhèn)，試驗(yàn)用水稻品種為南粳5055，試驗(yàn)用基質(zhì)土為江蘇科力農(nóng)業(yè)資源科技有限公司生產(chǎn)的科杰牌育秧基質(zhì)與細(xì)砂土按1∶1比例均勻混合物。

3.2 試驗(yàn)方法

3.2.1 鋪土均勻性試驗(yàn) 參考水稻工廠化育秧播種流水線相關(guān)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集處理及性能指標(biāo)評(píng)價(jià)。參考的農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要包括“NY/T 1534—2007水稻工廠化育秧技術(shù)要求”和“NY/T 1635—2008水稻工廠化（標(biāo)準(zhǔn)化）育秧設(shè)備試驗(yàn)方法”[21-22]。試驗(yàn)時(shí)機(jī)具平均作業(yè)速度0.8 m/s。播種后分別測(cè)量并計(jì)算底土厚度及均勻性、播種合格率及均勻性等指標(biāo)值。

測(cè)量底土厚度時(shí)，隨機(jī)選取10盤，每盤分別在靠近秧盤4個(gè)角和中間位置共選取5個(gè)取樣點(diǎn)測(cè)量底土厚度，記入數(shù)據(jù)表。

3.2.2 播種均勻性試驗(yàn) 播種均勻性測(cè)量方法為：隨機(jī)選取10盤，每盤按圖9選取5個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)為50 mm×50 mm正方形，檢查方框內(nèi)的種子數(shù)。

均勻度（up）計(jì)算方法為：

式中：up為播種均勻度（%）；s為樣本標(biāo)準(zhǔn)差； 每盤樣本框內(nèi)種子粒數(shù)平均值。

3.2.3 格粒數(shù)合格率試驗(yàn) 另外，參考“NY/T 1534—2007水稻工廠化育秧技術(shù)要求”，檢測(cè)每次取秧秧塊對(duì)應(yīng)矩形格的空格率和每格種子數(shù)分布情況，按農(nóng)藝要求的播種量播種，每格播種粒數(shù)合格范圍參照表1。取樣方法為：隨機(jī)抽取5盤，每盤隨機(jī)取樣5點(diǎn)，每點(diǎn)各取20格，每格取樣面積為12 mm×11 mm，數(shù)出每格中種子粒數(shù)，分別記入相應(yīng)表格。

圖9 取樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 9 Schematic diagram of sampling point distribution

表1 粒數(shù)合格范圍參照表Table 1 Reference table of seed number qualified range

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.3.1 鋪土均勻性分析 從鋪土厚度均勻性試驗(yàn)結(jié)果來看，每盤底土厚度穩(wěn)定在19 mm左右（表2），每盤中4個(gè)角和中間位置共5個(gè)取樣點(diǎn)處厚度變異系數(shù)均小于6%，鋪土厚度均勻，滿足水稻育秧生產(chǎn)需要。

表2 鋪土厚度均勻性試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of soil thickness uniformity

3.3.2 播種均勻性分析 按以上方法計(jì)算10盤抽樣的總播種均勻度為92.4%，每盤播種均勻度和總播種均勻度均在90%以上（表3），播種均勻性高，符合生產(chǎn)要求。

表3 播種均勻度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of sowing uniformity

3.3.3 格粒數(shù)合格率分析 根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝要求的每盤播量計(jì)算出每格目標(biāo)播種量約為5粒種子，參照表1可知，每格種子粒數(shù)在3-7粒之間均為合格，計(jì)算出合格的格數(shù)占總格數(shù)的比率即為格粒數(shù)合格率。試驗(yàn)結(jié)果表明，格粒數(shù)合格率均大于等于85%（表4），符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的育秧播種作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了一種掛接在插秧機(jī)底盤上進(jìn)行播種作業(yè)的水稻懸掛式田間育秧播種機(jī)，可一次完成鋪底土和播種作業(yè)。人工只需將空秧盤擺放整齊，本機(jī)完成鋪底土和播種作業(yè)以后，再單獨(dú)使用本機(jī)的鋪土組件調(diào)整好鋪土量后進(jìn)行覆表土作業(yè)。使用本育秧方式，縮減了工廠化育秧流水線的繁雜工序和用工量，避免了播種后人工再將秧盤轉(zhuǎn)移到育秧田的繁重工序，極大的減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率。

2）設(shè)計(jì)了大直徑外槽輪式排土輥，排土量大，排量均勻，滿足了大量育秧底土均勻鋪播要求；設(shè)計(jì)了大直徑、大窩眼的窩眼輪式排種輥，為了提高種子流動(dòng)性和充種性，設(shè)計(jì)了輔助充種機(jī)構(gòu)，另外采用方便調(diào)節(jié)的毛刷機(jī)構(gòu)調(diào)整播量，采用間隙可調(diào)的護(hù)種板與播量配合調(diào)整，滿足了水稻育秧大播量均勻播種的要求。

3）田間試驗(yàn)表明，每盤內(nèi)幾個(gè)不同點(diǎn)的底土鋪土厚度變異系數(shù)均小于6%，鋪土厚度均勻性滿足生產(chǎn)要求；每盤播種均勻度和總播種均勻度均在90%以上，播種均勻性高；按插秧時(shí)對(duì)應(yīng)切塊位置測(cè)得的每塊種子數(shù)量合格率均大于等于85%，符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“NY/T 1534—2007水稻工廠化育秧技術(shù)要求”。

表4 格粒數(shù)合格率試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Qualified rate of seed numbers per grid

[1] 劉珍環(huán), 李正國(guó), 唐鵬欽, 等. 近30年中國(guó)水稻種植區(qū)域與產(chǎn)量時(shí)空變化分析[J]. 地理學(xué)報(bào), 2013, 68(5): 680-693. Liu Z H, Li Z G, Tang P Q, et al. Spatial-temporal changes of rice area and production in China during 1980-2010[J]. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(5): 680-693.

[2] 周海波, 馬旭, 姚亞利. 水稻秧盤育秧播種技術(shù)與裝備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(4): 301-306. Zhou H B, Ma X, Yao Y L. Research advances and prospects in the seeding technology and equipment for tray nursing seedlings of rice[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2008, 24(4): 301-306.

[3] 高一銘, 閆濤, 劉文杰. 國(guó)內(nèi)外水稻直播機(jī)械化研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2013(1): 28-29. Gao Y M, Yan T, Liu W J. Research and progress of direct rice seeding mechanization at home and abroad[J]. Agricultural Science & Technology and Equipment, 2013(1): 28-29.

[4] 孫勇飛, 吳崇友, 張文毅, 等. 水稻育秧播種機(jī)的發(fā)展概況與趨勢(shì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2013(12): 201-215. Sun Y F, Wu C Y, Zhang W Y, et al. Developing situation and tendency of rice seedling planter[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2013(12): 201-215.

[5] 梁寶忠, 趙永亮, 趙金英, 等. 水稻直播機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(S): 63-66. Liang B Z, Zhao Y L, Zhao J Y, et al. Design and test of rice direct seeder[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2012, 43(S): 63-66.

[6] 陳進(jìn), 周韓, 趙湛, 等. 基于EDEM的振動(dòng)種盤中水稻種群運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2011, 42(10): 79-83, 100. Chen J, Zhou H, Zhao Z, et al. Analysis of rice seeds motion on vibrating plate using EDEM[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2011, 42(10): 79-83, 100.

[7] Sharma A R. Direct seedling and transplanting for rice production under flood-prone lowland conditions[J]. Field Crops Research, 1995, 44(2): 129-137.

[8] 韓豹, 梁麗娜, 孟繁超. 等. 水稻種子帶育秧秧苗素質(zhì)影響因素研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2015(11): 170-173. Han B, Liang L N, Meng F C, et al. Research on the factors affecting seeding quality of seed nursery strip for rice[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2015(11): 170-173.

[9] Dong J W, Xiao X M, Menarguez M A, et al. Mapping paddy rice planting area in northeastern Asia with landsat 8 images, phenology-based algorithm and Google Earth Engine[J]. Remote Sensing of Environment, 2016, 185(11): 142-154.

[10] 張紹軍, 楊寶田, 羅閣山. 國(guó)內(nèi)外水稻直播機(jī)械化的發(fā)展研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備, 2012(5): 61-62. Zhang S J, Yang B T, Luo G S. Research on the development in direct rice seeding mechanization at home and abroad[J]. Agricultural Science & Technology and Equipment, 2012(5): 61-62.

[11] 申承均, 韓休海, 于磊. 國(guó)內(nèi)外水稻種植機(jī)械化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究, 2010(12): 240-243. Shen C J, Han X H, Yu L. The situation and development trend of rice cultivation mechanization technology in domestic[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2010(12): 240-243.

[12] 吳慕春, 呂恩利, 王廣海. 3種水稻田間育秧播種機(jī)的作業(yè)性能研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(22): 10700-10702. Wu M C, Lü E L, Wang G H. Study on working performance of three kinds of rice seeder for breed seedling in field[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences. 2009, 37(22): 10700-10702.

[13] 孫志強(qiáng), 湛小梅, 李平, 等. 五種水稻育秧播種機(jī)的試驗(yàn)研究[J]. 南方農(nóng)業(yè), 2012, 6(2): 66-69. Sun Z Q, Zhan X M, Li P, et al. Test on five kinds of rice seeder for breed seedling in field[J]. South China Agriculture, 2012, 6(2): 66-69.

[14] 白人樸. 關(guān)于水稻生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)路線選擇的幾個(gè)問題[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化, 2011(1): 15-18, 22. Bai R P. Several issues on the route choice of mechanization of rice production technology[J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2011(1): 15-18, 22.

[15] 李澤華, 馬旭, 謝俊鋒, 等. 雙季稻區(qū)雜交稻機(jī)插秧低播量精密育秧試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(6): 17-27. Li Z H, Ma X, Xie J F, et al. Experiment on precision seedling raising and mechanized transplanting of hybrid rice under low sowing rate in double cropping area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(6): 17-27.

[16] 孔午圓, 鄭華斌, 劉建霞, 等. 水稻機(jī)插秧及育秧技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 作物研究, 2014, 28(6): 766-770. Kong W Y, Zheng H B, Liu J X, et al. Recent progress in the mechanical transplanting of rice and the technology of raising seedling[J]. Crop Research, 2014, 28(6): 766-770.

[17] 王沖, 宋建農(nóng), 王繼承, 等. 鏈傳動(dòng)水稻穴盤精密播種機(jī)的研制[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 14(6): 87-90. Wang C, Song J N, Wang J C, et al. Design of rice precision plug seeder with chain drive[J]. Journal of China Agricultural University, 2009, 14(6): 87-90.

[18] 馬瑞峻, 馬旭, 張亞莉, 等. 超級(jí)稻精量穴盤播種機(jī)排土器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(3): 8-13. Ma R J, Ma X, Zhang Y L, et al. Design and experiments on soil spreading devices of plastic cell-tray type planter for raising super hybrid rice seedlings[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(3): 8-13.

[19] 張文壇. 水稻工廠化育秧播土裝置設(shè)計(jì)及床土厚度檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué), 2007. Zhang W T. Design of spreading soil device for factory rice seedling nursery and research on the measurement of bed soil thickness[D]. Changchun: Jilin University, 2007.

[20] 張孝安. 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2007. Zhang X A. Agricultural Machinery Design Manual (Volume One)[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Publishing House, 2007.

[21] 江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站. NY/T 1534—2007, 水稻工廠化育秧技術(shù)要求[S]. Agricultural Machinery Technology Extension Station of Jiangsu Province. NY/T 1534—2007, Technical Requirement for Rice Factory Seedling Nursing[S].

[22] 廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站. NY/T 1635—2008, 水稻工廠化（標(biāo)準(zhǔn)化）育秧設(shè)備試驗(yàn)方法[S]. Agricultural Machinery Identification Station of Guangdong Province. NY/T 1635—2008, Test Method of Equipments for Rice Factory Seedling Nursing[S].

（責(zé)任編輯：童成立）

Design and experiment of suspension seeder of rice seedlings nursery in nursery bed

YUAN Wen-sheng1,2,3, JI Chang-ying1, JIN Cheng-qian2,3, HU Min-juan2,3, ZHANG Wen-yi2,3
（1. College of Engineering, Nanjing Agricultural University, Nanjing, Jiangsu 210031, China; 2. Nanjing Research Institute of Agricultural Mechanization, Ministry of Agriculture, Nanjing, Jiangsu 210014, China; 3. Comprehensive Laboratory of modern agricultural equipment, Ministry of Agriculture, Nanjing, Jiangsu 210014, China）

Rice seedling nursery is the work with high labor intensity and low effciency. The existing seedling sowing machine has the above problem. So we design a kind of Suspension seeder of rice nursery seedlings in nursery bed. The seeder is hung on the rice transplanter chassis, which can spread bed soil and sowing rice seeds uniformly at once. This seeder is much better than the rice seedlings nursery sowing line, which have many steps and need a lot of artifcial coordination. Also, it is much better than the semi automatic nursery sowing machine in nursery bed, which need to lay special track and with large labor intensity. This machine can complete the seeding work with only one driver and one auxiliary staff. Sowing effciency can reach more than 4 000 trays per hour. It has the characteristics of less labor, high production effciency and high seeding quality. The machine adopts a 160 mm diameter outer groove wheel as soil spreading roller and a 110 mm diameter seed metering with large cells. This meets the needs of rice seedlings nursing, which require large amount of soil and seed. Field experiments show that coeffcient of variation of subsoil soil thickness at different point of one tray is less than 6% and the sowing uniformity of each tray and the total sowing uniformity are above 90%. Also the sowing amount qualifed rate of each seedling block area correspond to the position of the transplanter cutting is not less than 85%. Each performance indexes of the machine meet the relevant standards and the requirements of actual production. This study provides one new technical approach and reference for rice seedlings nursery.

rice; agricultural machinery; nursing seedlings in nursery bed; soil spreading; seeding; design

JI Chang-ying, E-mail: chyji@njau.edu.cn.

S223.1+3

A

1000-0275（2017）02-0352-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0142

袁文勝, 姬長(zhǎng)英, 金誠(chéng)謙, 胡敏娟, 張文毅. 懸掛式水稻田間育秧播種機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2017, 38(2): 352-359.

Yuan W S, Ji C Y, Jin C Q, Hu M J, Zhang W Y. Design and experiment of suspension seeder of rice seedlings nursery in nursery bed[J]. Research of Agricultural Modernization, 2017, 38(2): 352-359.

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203059-3）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（種植機(jī)械團(tuán)隊(duì)）。

袁文勝（1978-），男，山東曹縣人，副研究員，主要從事主要農(nóng)作物種植機(jī)械化技術(shù)研究，E-mail: ywensheng@sohu.com；通訊作者：姬長(zhǎng)英（1957-），男，山東濟(jì)寧人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)理論及技術(shù)的研究，E-mail: chyji@njau.edu.cn。

2016-08-14，接受日期：2016-12-12

Foundation item: the Fundamental Research Funds for National Nonproft Institute Research (201203059-3); the Agricultural Science and Technology Innovation Program of Chinese Academy of Agricultural Sciences.

Received 14 August, 2016; Accepted 12 December, 2016