頭季稻機收蓄留再生稻的專用收割機設(shè)計研究

唐興隆 張巫軍 王 虹 段秀建 李經(jīng)勇 佘小明 姚 雄

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 重慶401329）

再生稻是一種頭季稻收獲后利用稻樁上的休眠芽萌發(fā)、成苗、成穗，進而再次收獲一季水稻，實現(xiàn)“一種兩收”的水稻種植制度。種植再生稻可有效利用秋季盈余的溫光資源，同時節(jié)省人工、種子等生產(chǎn)物料投入，具有生育期短、日產(chǎn)量高、稻米品質(zhì)優(yōu)和種植效益高等諸多優(yōu)點。統(tǒng)計表明，我國南方稻區(qū)可蓄留再生稻的面積高達330萬hm2，主要分布在四川、重慶、湖北和福建等地。四川和重慶再生稻收獲面積常年穩(wěn)定在32萬hm2，平均產(chǎn)量為頭季稻平均產(chǎn)量8.40 t/hm2、再生稻平均產(chǎn)量2.10 t/hm2；福建再生稻面積較小，但產(chǎn)量水平為全國最高，如超高產(chǎn)田頭季稻9.75 t/hm2、再生稻7.50 t/hm2。由此說明，再生稻不論是單產(chǎn)和種植面積都有極大的上升空間。

目前，在西南丘陵山區(qū)，再生稻種植多采用中、高留樁蓄留的方式栽培，隨著農(nóng)村勞動力的減少和生產(chǎn)成本增加，特別是中稻采用久保田PRO688Q等中大型機械收割，割臺高度比較單一且履帶寬大，并且割臺的高度也難以調(diào)整，在收割中稻時需要多次調(diào)整機械的行進方向，對稻樁碾壓十分嚴(yán)重，導(dǎo)致再生稻出苗難、成苗率低、生育期大幅度推遲、再生稻有收面積嚴(yán)重下降。針對西南丘陵山區(qū)中稻—再生稻種植區(qū)的中稻機收難題，重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、重慶再生稻研究中心開展了多年的科技攻關(guān)，旨在研發(fā)可調(diào)節(jié)高度和可調(diào)節(jié)式割臺的專用收割機，以適應(yīng)南方丘陵地區(qū)的再生稻種植需要，實現(xiàn)農(nóng)機和農(nóng)藝相融合，為中稻—再生稻全程機械化種植提供裝備支撐。

1 研究內(nèi)容

中稻機收蓄留再生稻的專用收割機包括收割機本體，可調(diào)節(jié)式割臺包括切割機構(gòu)、機架、偏移機構(gòu)和升降機構(gòu)，切割機構(gòu)安裝于機架內(nèi)，且與機架轉(zhuǎn)動連接，機架與偏移機構(gòu)連接，以使機架選擇性地在第一方向進行位移，偏移機構(gòu)遠離機架的一端與升降機構(gòu)連接，以使偏移機構(gòu)選擇性地在第二方向進行位移，第一方向和第二方向相互垂直，升降機構(gòu)用于與收割機本體連接。

1.1 偏移機構(gòu)的設(shè)計

偏移機構(gòu)包括第一滑軌、偏移座和第一電機組件。機架通過第一滑軌與偏移座滑動連接，以實現(xiàn)機架帶動切割機構(gòu)在第一方向上進行位移。偏移座遠離機架的一端與升降機構(gòu)連接，以在升降機構(gòu)的作用下發(fā)生位移。第一電機組件安裝于偏移座上，且與第一滑軌連接。第一滑軌的數(shù)量為3條，3條第一滑軌等間距設(shè)置于機架和偏移座之間，以實現(xiàn)機架與偏移座之間的滑動連接（圖1）。

圖1 可調(diào)節(jié)式割臺中偏移機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

第一滑軌包括第一滑塊和第一導(dǎo)軌。第一滑塊與第一導(dǎo)軌滑動連接，第一滑塊與機架固定連接，第一導(dǎo)軌與偏移座固定連接，以實現(xiàn)機架與偏移座之間的相對滑動。第一電機組件與第一滑塊連接，以控制第一滑塊在第一方向上進行位移。

第一導(dǎo)軌的橫截面為工字形，且兩側(cè)面分別設(shè)置有兩個第一凹槽。第一滑塊的橫截面為內(nèi)凹形，包括第一連接部和兩個呈“L”形的第一滑動部，兩個第一滑動部通過第一連接部固定連接，第一連接部與機架固定連接，2個第一滑動部分別與2個第一凹槽滑動連接，以使第一滑塊在第一導(dǎo)軌上滑動時產(chǎn)生的摩擦力減小，提高滑動速度。

第一電機組件包括第一電機、第一傳動件和第一控制器。第一控制器與第一電機連接，第一電機通過第一傳動件與第一滑塊連接，人們通過控制第一控制器來控制第一滑塊的滑動位置，從而控制機架在第一方向上的位移。

1.2 升降機構(gòu)的設(shè)計

升降機構(gòu)包括第二滑軌、升降臺和第二電機組件。偏移座遠離機架的一端，通過第二滑軌與升降臺滑動連接，以實現(xiàn)機架帶動切割機構(gòu)在第二方向上進行位移。升降臺遠離偏移座的一端與收割機本體固定連接，以在收割機本體的牽引下帶動可調(diào)節(jié)式割臺向前移動。第二電機組件安裝于升降臺上，且與第二滑軌連接。第二滑軌的數(shù)量為3條，3條第二滑軌等間距設(shè)置于偏移座和升降臺之間，以實現(xiàn)偏移座與升降臺之間的滑動連接（圖2）。

圖2 可調(diào)節(jié)式割臺中升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

第二滑軌包括第二滑塊和第二導(dǎo)軌。第二滑塊與第二導(dǎo)軌滑動連接，第二滑塊與偏移座固定連接，第二導(dǎo)軌與升降臺固定連接，以實現(xiàn)偏移座與升降臺之間的相對滑動。第二電機組件與第二滑塊連接，以控制第二滑塊在第二方向上進行位移。

第二導(dǎo)軌的橫截面為工字形，且兩側(cè)面分別設(shè)置有2個第二凹槽。第二滑塊的橫截面為內(nèi)凹形，包括第二連接部和兩個呈“L”形的第二滑動部，2個第二滑動部通過第二連接部固定連接，第二連接部與偏移座固定連接，2個第二滑動部分別與2個第二凹槽滑動連接，以使第二滑塊在第二導(dǎo)軌上滑動時產(chǎn)生的摩擦力減小，提高滑動速度。

第二電機組件包括第二電機、第二傳動件和第二控制器。第二控制器與第二電機連接，第二電機通過第二傳動件與第二滑塊連接，人們通過控制第二控制器來控制第二滑塊的滑動位置，從而控制機架在第二方向上的位移。

1.3 割臺的設(shè)計

將偏移機構(gòu)和升降機構(gòu)集成在割臺上，可調(diào)節(jié)式割臺包括切割機構(gòu)、機架、偏移機構(gòu)和升降機構(gòu)。切割機構(gòu)安裝于機架內(nèi)，且與機架轉(zhuǎn)動連接，以在收割機本體的牽引下轉(zhuǎn)動收割再生稻。機架與偏移機構(gòu)連接，以使機架選擇性地在第一方向進行位移，擴大切割機構(gòu)在第一方向上的切割范圍。偏移機構(gòu)與升降機構(gòu)連接，以使偏移機構(gòu)選擇性地在第二方向進行位移，擴大切割機構(gòu)在第二方向上的切割范圍。第一方向和第二方向相互垂直，使切割機構(gòu)實現(xiàn)在兩個方向上的可調(diào)節(jié)，擴大切割機構(gòu)的切割范圍。升降機構(gòu)與收割機本體連接，以在收割機本體的牽引下帶動可調(diào)節(jié)式割臺向前移動（圖3）。

圖3 可調(diào)節(jié)式割臺的結(jié)構(gòu)

1.4 專用收割機設(shè)計

將割臺集成在中稻機收蓄留再生稻的專用收割機上，將其用于中稻的機械收割。結(jié)構(gòu)簡單，能夠在兩個方向進行調(diào)節(jié)，使可以收割的范圍更大，使用起來更加方便，實用性強，性價比高。該專用收割機包括收割機本體和可調(diào)節(jié)式割臺，可調(diào)節(jié)式割臺與收割機本體連接，并在收割機本體的牽引下向前移動，以對中稻進行收割（圖4）。

圖4 再生稻收割機的結(jié)構(gòu)

2 試驗效果

將研究設(shè)計的割臺集成在專用收割機內(nèi)，即集成在4LZ-0.3A型全喂入小型收割機上。該收割機總重量120 kg，收割效率為400～534 m2/h，較人工收割效率提高8倍以上，可在20 cm內(nèi)深度的水田中正常行走收割稻谷。與傳統(tǒng)人工收獲中稻蓄留再生稻的方式相比，本專用收割機的收割區(qū)域為1.5 m，割臺的高度為1.3 m，1 h可完成收獲面積0.2 hm2，8 h可完成收獲面積1.4 hm2。

2020年8 月，重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、重慶再生稻研究中心利用4LZ-0.3A型全喂入小型收割機在重慶市永川區(qū)來蘇鎮(zhèn)觀音井村的中稻—再生稻集中示范片中進行了機收試驗驗證（圖5）。經(jīng)專家組現(xiàn)場評測，本研究試制的專用收割機對稻樁的碾壓率低于13%，較久保田PRO688Q型收割機對稻樁的碾壓率降低30%。2020年10月，經(jīng)川渝專家組現(xiàn)場測產(chǎn)驗收，本研究試制的專用收割機收獲的153.3 hm2渝香203再生稻示范片平均產(chǎn)量為2.55 t/hm2，兩季平均產(chǎn)量為12.41 t/hm2。與非示范片比較，該技術(shù)提升生產(chǎn)效率30%，兩季增產(chǎn)稻谷2.05 t/hm2。

圖5 本專用收割機的田間作業(yè)

3 應(yīng)用前景及推廣建議

可調(diào)節(jié)式割臺，在對頭季稻進行收割時，偏移機構(gòu)可以帶動機架在第一方向上進行位移，以調(diào)整收割機構(gòu)的位置，使其能夠在第一方向上更大范圍的收割頭季稻；升降機構(gòu)可以帶動機架在第二方向上進行位移，以調(diào)整收割機構(gòu)的位置，使其能夠在第二方向上更大范圍的收割農(nóng)作物。與現(xiàn)有技術(shù)中的收割機割臺相比，本研究設(shè)計的可調(diào)節(jié)式割臺由于采用了可以使機架在第一方向上位移的偏移機構(gòu)和可以使機架在第二方向上位移的升降機構(gòu)，所以能夠在兩個方向上對收割范圍進行調(diào)節(jié)，使可收割的范圍擴大，便于人們收割頭季稻，實用性強，使頭季稻收割高度方便調(diào)節(jié)，性價比高。大田試驗應(yīng)用表明，本研究設(shè)計的中稻機收蓄留再生稻的專用收割機可明顯降低久保田PRO688Q等中大型聯(lián)合收割機對頭季稻稻樁的碾壓，保護再生芽，在西南丘陵山區(qū)中稻—再生稻種植區(qū)域具有很大的應(yīng)用前景，可在西南丘陵山區(qū)特別是川渝中稻-再生稻地區(qū)大力推廣應(yīng)用。