發(fā)布時(shí)間：2020-02-18所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:針對(duì)水稻覆膜插秧作業(yè)過(guò)程中存在覆膜質(zhì)量不高、秧苗傷根現(xiàn)象嚴(yán)重及田間換行作業(yè)需人工斷膜導(dǎo)致作業(yè)效率低等問(wèn)題，研制了與久保田NSPU-68CM型覆膜插秧機(jī)相匹配的覆膜裝置。根據(jù)農(nóng)藝要求與原插秧機(jī)空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出相匹配的覆膜裝置總方案，在不改變插
摘要:針對(duì)水稻覆膜插秧作業(yè)過(guò)程中存在覆膜質(zhì)量不高、秧苗傷根現(xiàn)象嚴(yán)重及田間換行作業(yè)需人工斷膜導(dǎo)致作業(yè)效率低等問(wèn)題，研制了與久保田NSPU-68CM型覆膜插秧機(jī)相匹配的覆膜裝置。根據(jù)農(nóng)藝要求與原插秧機(jī)空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出相匹配的覆膜裝置總方案，在不改變插秧機(jī)原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了切膜裝置、托膜裝置和壓邊裝置。田間試驗(yàn)結(jié)果表明:所敷設(shè)秸稈纖維基地膜采光面寬度合格率達(dá)95%以上，地膜貼合程度達(dá)98%，采光面機(jī)械破損程度小于5%，膜孔合格率達(dá)95%以上，壓膜寬度5cm，壓邊深度4cm，膜孔總長(zhǎng)度50mm，滿足農(nóng)藝要求。研究結(jié)果為應(yīng)用秸稈纖維基地膜栽培有機(jī)(綠色)水稻奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:水稻;插秧機(jī);秸稈纖維基地膜;覆膜栽培
0引言
近年來(lái)，在追求稻米產(chǎn)量過(guò)程中，過(guò)度使用農(nóng)藥、化肥與塑料地膜等，造成土壤板結(jié)、有害菌超標(biāo)及土壤的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)被破壞，且塑料地膜被深埋入地底難以降解，嚴(yán)重制約生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[1-5]，導(dǎo)致可用來(lái)農(nóng)耕的土地越來(lái)越少，人們逐漸意識(shí)到食品安全的重要性，越來(lái)越喜歡有機(jī)水稻。由于有機(jī)水稻生產(chǎn)條件十分苛刻，我國(guó)有機(jī)水稻種植面積十分稀少，相對(duì)于水稻總種植面積0.31億hm2，有機(jī)水稻還有很長(zhǎng)的路要走[6-8]。
有機(jī)水稻難以大面積種植，歸根結(jié)底在于沒(méi)有一套合理且易于實(shí)施的機(jī)械化生產(chǎn)方式。水稻覆膜栽培技術(shù)是指在水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中應(yīng)用地膜覆蓋水田表面，水田經(jīng)地膜覆蓋有節(jié)水、節(jié)肥和抑草等好處，可減少農(nóng)藥及化肥使用，是一套有效的有機(jī)水稻生產(chǎn)方式[9-11]。傳統(tǒng)的地膜雖然能有效地抑草節(jié)水，但均有難回收、難降解的弊端。為此，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)以農(nóng)作物秸稈為主要研究開(kāi)發(fā)了秸稈纖維基地膜，該地膜利用其不透光性質(zhì)，不但有抑草、節(jié)水、防病與增產(chǎn)等效果，更重要的是秸稈纖維基地膜能在水稻生長(zhǎng)期間全降解，無(wú)需殘膜回收，且降解后地膜可作為養(yǎng)分被土壤吸收，達(dá)到秸稈科學(xué)還田的效果，為有機(jī)水稻的生產(chǎn)開(kāi)辟了一條新路徑，也可解決困擾多年的秸稈處理問(wèn)題[12-14]。
秸稈纖維基地膜優(yōu)勢(shì)十分明顯，但其推廣進(jìn)程卻步履蹣跚，歸根結(jié)底在于缺少與之相配套的覆膜機(jī)械。目前，秸稈纖維基地膜的敷設(shè)仍大多采用手工覆膜的方式，作業(yè)效率低下，不利于秸稈纖維基地膜的推廣。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)前期研制了與洋馬VP6D型插秧機(jī)配套的覆膜裝置，可高質(zhì)量完成秸稈纖維基地膜的敷設(shè)，一次進(jìn)地即可完成覆膜、插秧兩項(xiàng)作業(yè)，并采用了同步開(kāi)孔插秧機(jī)技術(shù)，避免了秧苗與地膜直接接觸造成根系損傷[15-18]。
秸稈纖維基地膜的推廣任重而道遠(yuǎn)，單單一種插秧機(jī)型無(wú)法滿足農(nóng)戶的要求，難以大面積推廣。因此，研發(fā)新型覆膜插秧機(jī)，不僅為農(nóng)作物秸稈制造的秸稈纖維基地膜的普及提供裝備技術(shù)支撐，同時(shí)對(duì)覆膜栽培有機(jī)水稻技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1覆膜插秧機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理
1.1結(jié)構(gòu)組成
NSPU-68CM覆膜插秧機(jī)主要由插秧機(jī)機(jī)身、覆膜裝置及同步開(kāi)孔插秧裝置3部分組成，如圖1所示。該機(jī)具主要參數(shù)如表1所示。
1.2工作原理
考慮到覆膜后插秧與機(jī)器整體協(xié)調(diào)性，將覆膜裝置加裝在插秧機(jī)機(jī)身與秧板間，通過(guò)螺栓、銷子等連接件將覆膜裝置緊固在插秧機(jī)上。同步插秧開(kāi)孔刀加裝在原機(jī)秧針上，通過(guò)螺栓緊固，隨分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，完成覆膜開(kāi)孔插秧作業(yè)。
作業(yè)時(shí)，駕駛員首先驅(qū)動(dòng)插秧機(jī)行駛至田間地頭，將地膜扯出(扯出地膜長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)切膜刀5cm)，將插秧機(jī)秧板逐漸放至工作位置，此時(shí)地膜已接觸水田表面，由駕駛員緩緩拉下切膜刀把手，將地膜深深壓入水田淤泥中。由于地膜受泥土摩擦力和壓膜輥與壓邊輪正壓力，地膜將牢牢“固定”于水田表面，駕駛員驅(qū)動(dòng)插秧機(jī)緩慢前行，待穩(wěn)定后逐漸提速。插秧機(jī)向前行駛過(guò)程中，地膜受到壓膜輥表面鎮(zhèn)壓撫平作用與壓邊輪壓邊和使地膜向兩側(cè)拉伸的力，地膜將深深地“嵌入”水田中，保證地膜與水田間無(wú)間隙，且地膜不會(huì)被風(fēng)吹離水田表面，以保證地膜抑草、節(jié)水效果。同時(shí)，同步插秧開(kāi)孔刀隨分插機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，秧苗在接觸水田表面前，在地膜上開(kāi)出相對(duì)應(yīng)膜孔，避免秧苗直接接觸地膜導(dǎo)致傷根，從而縮短了緩苗期，保證高精度、高質(zhì)量覆膜插秧作業(yè)。插秧機(jī)行駛至地頭另一端后，駕駛員拉下切膜刀把手將田間地膜切斷，升起插秧機(jī)秧板，剩余地膜隨秧板升起被托膜架抬起，避免剩余地膜被拖拉而損壞;駕駛員驅(qū)使插秧機(jī)進(jìn)入下一行覆膜插秧作業(yè)，如此循環(huán)，直至插秧結(jié)束。
2地膜敷設(shè)裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1掛膜裝置設(shè)計(jì)
掛膜裝置是整個(gè)覆膜裝置關(guān)鍵核心部件，用以懸掛固定地膜卷，使地膜卷能在插秧機(jī)工作和行駛時(shí)被置于適當(dāng)高度，保證膜卷能夠輕松自轉(zhuǎn)，給予輕微拉力時(shí)，能自由出膜。由于田間作業(yè)環(huán)境十分惡劣，掛膜裝置應(yīng)對(duì)地膜卷有充分保護(hù)作用，保證地膜卷不被田間泥水濺濕破壞，地膜被泥水染濕后極其易扯斷，影響覆膜質(zhì)量。目前，秸稈纖維基地膜卷規(guī)格為:中間筒芯直徑76mm，整卷地膜直徑180mm，寬度1700mm，每卷地膜總長(zhǎng)100m。掛膜裝置形狀與尺寸應(yīng)根據(jù)地膜卷幾何尺寸設(shè)計(jì)，如圖2所示。
2.2壓膜裝置設(shè)計(jì)
壓膜裝置的作用是將已敷設(shè)在水田表面的地膜敷平、壓實(shí)，使地膜與水田表面緊密貼合，保證地膜與水田間無(wú)架空現(xiàn)象，是保證覆膜質(zhì)量好壞的重要一環(huán)。壓膜裝置主要由壓膜輥組、壓膜輥掛與壓膜輥中間掛組成，如圖3所示。
壓膜輥組由大、小兩壓膜輥組成，整個(gè)壓膜裝置由3個(gè)壓膜輥組穿接而成，應(yīng)保證壓膜的寬度達(dá)到1740mm。將壓膜輥設(shè)成一大一小后，能提升壓膜輥對(duì)地形的快速仿形能力，并能將小壓膜輥放置于秧板支撐橫梁正下方，增大掛膜筒與壓膜輥縱向距離，使出膜更加平穩(wěn)，避免出膜直上直下現(xiàn)象。為加裝覆膜裝置敷設(shè)地膜，需將插秧機(jī)本身所帶的浮板拆卸下來(lái)，浮板對(duì)已敷設(shè)好的地膜有破壞作用，在原安裝浮板的位置安裝壓膜裝置，以壓膜輥組代替浮板，為插秧機(jī)秧板的仿形機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力源;若采用兩個(gè)小的壓膜輥，則壓膜輥組所提供的浮力不足，因此將另一個(gè)壓膜輥增大，以增大浮力。壓膜輥中間掛與插秧機(jī)秧板的液壓仿形機(jī)構(gòu)相連接，壓膜輥組所產(chǎn)生的浮力將通過(guò)壓膜輥中間掛直接傳遞給液壓仿形機(jī)構(gòu)，液壓仿形機(jī)構(gòu)則根據(jù)所傳遞來(lái)的力的大小控制插秧機(jī)秧板的升降，完成對(duì)地形的仿形，進(jìn)而保證了插秧的深度。壓膜裝置兩邊的壓膜輥掛則能保證壓膜裝置直上直下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓膜輥棒上還套有壓縮彈簧，能增大對(duì)地膜的鎮(zhèn)壓力，提升覆膜鎮(zhèn)壓質(zhì)量。
2.3壓邊裝置設(shè)計(jì)
經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，已敷設(shè)鎮(zhèn)壓好的地膜經(jīng)常因大風(fēng)天氣而被吹起翹邊，甚至吹離田間表面，極大影響了地膜的抑草節(jié)水效果，如圖4所示。為此，需對(duì)敷設(shè)的地膜進(jìn)行邊緣鎮(zhèn)壓，增加壓邊裝置。壓邊裝置主要由壓邊輪掛、壓邊輪框、扭簧與壓邊輪組成，如圖5所示。
壓邊輪通過(guò)壓邊輪掛利用插秧機(jī)本身所帶螺紋孔經(jīng)螺栓固接在插秧機(jī)秧板的支撐梁上，且壓邊輪能在壓邊輪掛上自由旋轉(zhuǎn)，通過(guò)扭簧來(lái)加大壓邊輪對(duì)膜邊的鎮(zhèn)壓力，使地膜的膜邊“嵌入”水田之中，進(jìn)而使地膜牢牢地貼在水田表面，不會(huì)被大風(fēng)吹起。壓邊輪采用錐形的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使壓邊輪既有向下鎮(zhèn)壓的作用又有將地膜向兩邊拉伸的作用，使地膜緊緊貼合田面且表面平整，增大地膜的采光面積，有利于秧苗的生長(zhǎng)。其內(nèi)裝有軸承，使壓邊輪能繞著壓邊輪框自由的旋轉(zhuǎn)，且軸承的兩端有防水密封圈，防止軸承接觸水而銹蝕。膜邊鎮(zhèn)壓的寬度與深度至少在50mm以上，故應(yīng)保證壓邊輪的左端面與膜邊相距5cm，壓邊輪直徑與中間旋轉(zhuǎn)軸直徑應(yīng)相差55mm左右，同時(shí)壓邊輪產(chǎn)生垂直鎮(zhèn)壓力要足夠大，以保證有足夠壓邊深度。
2.4切膜裝置設(shè)計(jì)
當(dāng)插秧機(jī)沿著田間一行前進(jìn)插秧覆膜工作至地頭時(shí)，需將地膜切斷壓實(shí)，然后掉頭進(jìn)行下一行作業(yè);插秧機(jī)駕駛員需下機(jī)至田間，用刀將地膜切斷，后用田間泥土將地膜壓實(shí)，防止被風(fēng)吹起，此過(guò)程十分繁雜耗時(shí)。為此，增加切膜裝置，使駕駛員無(wú)需下田即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地膜的切斷鎮(zhèn)壓，以完成掉頭作業(yè)。切膜裝置由切膜刀、切膜刀座、閘線、復(fù)位彈簧與切膜刀把手5部分組成，如圖6所示。
當(dāng)駕駛員驅(qū)使插秧機(jī)工作至田間地頭時(shí)，駕駛員迅速拉下切膜刀的把手，切膜刀把手拖動(dòng)閘線再牽引拖動(dòng)切膜刀，使切膜刀順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成切斷鎮(zhèn)壓動(dòng)作。切斷動(dòng)作完成后，駕駛員松下把手，切膜刀在復(fù)位彈簧的作用下回到切斷前的位置，操作輕松快捷，無(wú)需駕駛員下地，極大提升了工作效率。
復(fù)位彈簧為拉伸彈簧，在整個(gè)切膜刀切斷過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。復(fù)位彈簧的剛度應(yīng)在合理范圍內(nèi)，當(dāng)復(fù)位彈簧的力量過(guò)小時(shí)，切膜刀無(wú)法復(fù)位，會(huì)對(duì)秸稈纖維基地膜造成破壞，影響覆膜質(zhì)量;過(guò)大時(shí)，則會(huì)造成切削深度不夠，無(wú)法將地膜有效的切斷，如進(jìn)行下一行作業(yè)，會(huì)給駕駛員的操作帶來(lái)極大的困難，因此需對(duì)復(fù)位彈簧進(jìn)行慎重選型。本文采用兩端掛鉤式拉伸彈簧，參數(shù)為:徑粗4mm，外圈直徑40mm，長(zhǎng)度120mm，經(jīng)試驗(yàn)?zāi)軡M足切斷地膜并復(fù)位的要求。
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3田間試驗(yàn)與結(jié)果分析
觀察久保田NSPU-68CM型覆膜開(kāi)孔插秧機(jī)的覆膜質(zhì)量與開(kāi)孔性能，能否達(dá)到高質(zhì)量的覆膜與良好的開(kāi)孔效果。
3.1田間試驗(yàn)條件
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取水平速度分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m/s，分別以計(jì)算連續(xù)工作條件為初始角速度值進(jìn)行仿真。仿真過(guò)程中，未取得合理角速度值時(shí)，將角速度依次增加π/18rad/s，臨近合理值時(shí)角速度值以π/180rad/s增減，分析各水平速度對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)管合理角速度，仿真過(guò)程忽略各結(jié)構(gòu)之間以及地輪與地面間的摩擦，試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。試驗(yàn)于2017年4月5日在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)秸稈纖維基地膜水稻試驗(yàn)示范稻田內(nèi)實(shí)施，稻田長(zhǎng)20m，寬3m，作業(yè)速度0.3m/s，氣溫20℃，水田內(nèi)淤泥深度15cm、水深1.5cm，如圖7所示。
3.2試驗(yàn)方法及過(guò)程
參照旱田JB/T7732.2-1995《地膜覆蓋機(jī)試驗(yàn)方法》[19]，對(duì)秸稈纖維基地膜覆膜的采光面寬度合格率、采光面機(jī)械破損程度、壓膜寬度與深度、地膜貼合程度和膜孔合格率進(jìn)行測(cè)定。
插秧機(jī)行駛至田間前，先將秸稈纖維基地膜扯出長(zhǎng)約50cm，駛?cè)胙硖?待插秧機(jī)穩(wěn)定后，放下插秧機(jī)秧板，拖動(dòng)切膜刀把手將秸稈纖維基地膜壓實(shí)在泥面上;開(kāi)動(dòng)插秧機(jī)，進(jìn)行覆膜開(kāi)孔作業(yè)，待機(jī)器行駛至田間地頭時(shí)，用切膜刀將地膜切斷，完成作業(yè)，如圖8所示。
3.3試驗(yàn)結(jié)果分析
由圖9覆膜開(kāi)孔效果圖可知:久保田NSPU-68CM型覆膜開(kāi)孔插秧機(jī)的覆膜質(zhì)量與開(kāi)孔性能，均達(dá)到高質(zhì)量的覆膜與良好的開(kāi)孔效果。NSPU-68CM型覆膜開(kāi)孔插秧機(jī)性能測(cè)試結(jié)果，如表2所示，可知機(jī)器能達(dá)到高質(zhì)量作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
觀察久保田NSPU-68CM型覆膜開(kāi)孔插秧機(jī)的覆膜質(zhì)量與開(kāi)孔性能，能否達(dá)到高質(zhì)量的覆膜與良好的開(kāi)孔效果。追肥機(jī)性能測(cè)試結(jié)果，如表2所示，已達(dá)到高質(zhì)量作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
4結(jié)論
1)研制了與久保田NSPU-68CM型覆膜插秧機(jī)相匹配的覆膜裝置，在不改變插秧機(jī)原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了切膜裝置、托膜裝置和壓邊裝置。
2)所敷設(shè)秸稈纖維基地膜采光面寬度合格率達(dá)95%以上，地膜貼合程度達(dá)98%，采光面機(jī)械破損程度小于5%，膜孔合格率達(dá)95%以上，壓膜寬度5cm，壓邊深度4cm，膜孔總長(zhǎng)度50mm，滿足農(nóng)藝要求。
3)田間性能試驗(yàn)結(jié)果表明:久保田NSPU-68CM型覆膜開(kāi)孔插秧機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到農(nóng)藝生產(chǎn)要求，為應(yīng)用秸稈纖維基地膜栽培有機(jī)(綠色)水稻奠定了基礎(chǔ)。
