水稻插秧机侧深施肥技术及装置的研究

陈长海，许春林，毕春辉，李明金，吴家安，张晓东

（哈尔滨市农业机械化研究所，哈尔滨150070）

我国水稻常年种植面积约3 130万hm2，总产量近2亿t，占全国粮食作物种植面积的30%和总产量的40%，全国有60%以上人口以大米为主食[1]。

目前我省水稻生产过程中施肥环节一直沿用人工手撒浅表性施肥方式，施肥量大，且肥料在田间分布不均匀，水稻秧苗吸肥量不一致，造成水稻长势、高矮、结穗大小差异很大，直接影响水稻产量[2]；随着生产过程排水，含有肥料的水体排入江河，严重污染生产、生活用水。理想的水稻生产过程施肥方式为“水稻插秧侧深施肥技术”，这项技术在我国仍然是空白，就是在水稻生产技术先进的日本、韩国也没有得到有效的解决[3]。

水稻插秧侧深施肥技术及装置改变了传统施肥模式，可以将颗粒肥料准确、定量施在水稻秧苗根系附近，侧深施肥量相对传统施肥量减少约20%，较大程度提高了肥料利用率，降低了肥料对周边水系的污染程度。侧深施肥能够保证均匀、稳定的为水稻秧苗提供养分，是保证水稻稳产高产的必要条件。因此，为了解决水田插秧过程施肥不能够定位、定量、均匀、可靠的这一项技术难题，节约水稻生产过程用肥成本，保护生态环境，保护水资源，更好地发展水稻生产，水田插秧侧深施肥技术及装置的研究已迫在眉睫。

1 总体结构及主要技术指标

1.1 总体结构

水稻插秧机测深施肥装置，集成侧深施肥技术创新设计水田新型螺旋搅龙侧深施肥装置，研制水田侧深施肥、插秧联合作业机具，取代传统水田插秧、施肥分次作业。该装置由排肥搅龙、施肥箱、开沟器等部件组成。采用螺旋搅龙排肥，可强制肥料排出，防止施肥管壅堵现象的发生，确保将肥料施在秧苗预定的侧深位置。该装置是装配在延吉插秧机厂、依兰收获机厂等厂家生产的插秧机上，插秧同时将肥料施入秧苗侧3～4 cm，深4～5 cm的土层中，施后覆上泥土，完成侧深施肥作业。一次作业完成水田插秧、侧深施肥全过程，最终实现水田插秧、侧深施肥联合作业。整机主要结构示意图如图1所示：

1.2 其主要技术指标

该装置主要技术经济指标如下：

额定功率/kW：0.88

施肥行间距/cm：30

施肥位置（距秧苗侧向距离）/cm：3～4

深施肥深度/cm：4～5

施肥量：262.5～525 kg/hm2

施肥宽度/mm：22

作业效率：52.5～67.5 hm2/h

作业幅宽：1.8m（6行）

外形尺寸（长×宽×高）/mm：1 850×360×530

结构质量/kg：60

2 工作原理

2.1 侧深施肥装置工作原理

侧深施肥装置工作原理如示意图2所示，工作时，插秧机动力经由动力过渡部件（2）、过渡链轮（3）传递给变速箱输入链轮（5），经变速箱体（9）变速、换向后，由变速箱输出尼龙齿轮（6）将动力通过调速过渡尼龙齿轮（7）最终传递给螺旋推运器输入尼龙齿轮（8），（8）直接带动螺旋推运器（11）旋转完成排肥工作。

该装置充分利用螺旋推运器特有的输送功能：旋转的螺旋推运器可将颗粒肥料通过施肥管（10）定量、均匀、可靠的排到预定的侧深位置。

2.2 整机工作原理

该机具工作原理如示意图1所示，机具工作时，发动机动力经由动力过渡部件（11）分别传给侧深施肥装置、插秧部件（7），即侧深施肥与插秧同步。侧深施肥装置中的螺旋搅龙推动肥料沿施肥管（9）内运动，排肥管穿过插秧机船板（8）与开沟器总成（10）连接，开沟器在水田深4～5 cm处开沟，肥料在螺旋搅龙推动下强制排入已开沟的水田泥土中，沟内施入肥料后在船板的作用下泥土自然闭合，从而使肥料精确深施在秧苗侧、深预定的位置。插秧部件（7）将秧苗插在已侧深施肥的苗带上，一次作业完成水田插秧、侧深施肥全过程。

2.3 施肥量的调整

施肥量的调整如示意图2所示，该装置施肥量的大小主要取决于螺旋推运器的转速，螺旋推运器转速主要取决于变速箱输出尼龙齿轮（6）与螺旋推运器输入尼龙齿轮（8）的传动比的大小，所以该装置施肥量的调整通过调换变速箱输出尼龙齿轮（6）来实现。调整方法很便捷：将调速过渡尼龙齿轮（7）松开，将（8）拆下，换上和你所需要施肥量相对应的尼龙齿轮，调整（7）与（8）的啮合间隙，紧固（7）即可。

图2 侧深施肥装结构置示意图Fig.2 Lateral structure of deep application of fertilizer loading reset diagram

3 结构方案设计

3.1 螺旋推运器传动方案设计

螺旋推运器传动采用尼龙齿轮传动方式，因尼龙齿轮具有：机械强度高、韧性好、耐疲劳性能突出、软化点高、耐热、表面光滑、摩擦系数小、耐磨、制件重量轻等优点[4]。螺旋推运器传动示意图如图3所示，动力由变速箱输出尼龙齿轮（3）经由两个调速过渡尼龙齿轮（4）传递给相邻的螺旋推运器输入尼龙齿轮（1），（1）再将动力通过传动过渡尼龙齿轮（2）传递到下一个（1）依次传递。（1）与（2）之间的传动比均为1∶1，所以可以保证6个螺旋推运器的转速、转向相同，即可保证施肥量的一致性。

3.2 螺旋推运器结构参数设计

螺旋参数的设计主要考虑两个因数：肥料自流性；开沟器尺寸[5]。所以经过数次设计改进，设计出较为合理的螺旋推运器参数为：

内径/mm：8

外径/mm：18

导程/mm：16

图3 螺旋推运器传动示意图Fig.2 Helix push games transmission diagram

4 试验情况

该装置试制完工后，将其安装在延吉935插秧机上进行插秧、侧深施肥田间作业，通过累计作业面积达500余亩的实际生产考核，考核其各项性能、经济指标。根据实际插秧、侧深施肥作业情况表明该技术及装置具有以下几个优点：

（1）施肥量、施肥深度、施肥宽度、施肥位置均达到预期标准，肥料精确地施到预定的测深位置。

（2）开沟后的泥土在船板的作用下合墒情况很好，完全满足插秧要求。

（3）施肥管无壅堵现象发生。

（4）施肥量均匀准确，实际作业平均施肥量与理论测定施肥量误差很小，在850农场作业使用理论测定施肥量为23.8 kg/标亩，实际平均施肥量为23.4 kg/标亩，理论与实际误差仅为1.7%。

（5）该装置在整个春季作业期间没有一台发生性能、结构、加工质量等方面的故障问题，工作稳定性很好。

这充分说明该机具基本满足水稻生产插秧农艺要求的定位、定量、均匀、可靠的施肥方法该机具受到有关领导及专家们的高度评价及农民用户朋友们的热烈欢迎。该机具在水田深施肥这个领域向前迈出了一大步，这将对水稻插秧生产过程产生巨大的作用与影响。目前该技术及机具处于国内领先地位。

5 结束语

随着目前我省水稻常年种植面积在350～400万亩之间，主要生产环节耕整地、插秧、收获等机械化已有了很大的进展，耕、收机械化程度达到了57%，插秧机械化程度已达到34.3%。但是，水稻生产过程中施肥环节一直沿用人工手撒散施肥方式[2]。

该项新技术及装置技术关键突破后，实现了水稻插秧侧深施肥作业，是我国水稻生产过程施肥方式的一个突破，预计将会对我国水稻生产施肥方式产生巨大的影响，对水稻生产的发展具有极大的推动作用。

水稻插秧侧深施肥技术及装置改变了传统施肥模式，可以将颗粒肥料准确、定量施在水稻秧苗根系附近，深施肥量相对传统施肥量减少约20%，较大程度提高了肥料利用率，降低了肥料对周边水系的污染高度。侧深施肥能够保证均匀、稳定的为水稻秧苗提供养分，是保证水稻稳产高产的必要条件。因此，该项技术及装置的市场需求将会旺盛，推广前景广阔。

[1]解保胜.水稻侧深施肥技术[J].垦殖与稻作，2000（1）：18-20.

[2]钱华.水稻机械插秧侧深施肥技术研究[J].农业机械化与电气化，2005（1）：39-40.

[3]佟超，董显生，蒋光胜，等.稻田施肥发展趋势[J].农业机械学报，2002（5）：15-17.

[4]机械设计手册联合编写组.机械设计手册：第4册[M].北京：机械工业出版社，1992.

[5]张欣悦，李明金，许春林，等.1GZCS—180/6型水田节水免耕插秧施肥机的研制[J].黑龙江八一农垦大学学报，2012（3）：24-27.