2ZYS-2型玉米育苗滤水移栽机的研制

徐 涛，石 铁，刘春旭，李海涛

2ZYS-2型玉米育苗滤水移栽机的研制

徐 涛1，石 铁1，刘春旭1，李海涛2

(1.黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081；2.黑龙江省畜牧机械化研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

玉米是黑龙江省种植面积最大、分布范围最广、总产量最高的优势作物，其栽培模式长期以来以直播为主。玉米移栽技术是一项抗旱高产新型农艺栽培技术，相比传统的直播种植方式，移栽能够使玉米作物提高有效积温时间、减少春季低温伤害、提高抵抗病虫害的能力，从而确保纸筒秧苗存活率率，提高玉米的产量和品质。过去玉米移栽大都采用人工的方式进行，劳动力需求大，作业效率低下，移栽质量难以保证，无法进行大面积推广应用。玉米育苗滤水移栽机的研制成功为玉米机械化移栽提供有效机械载体，填补了我国在该类型农机装备方面的空白。

玉米；育苗；滤水移栽；机械化；纸筒秧苗

0 引言

黑龙江省是全国产粮大省，也是重要的商品粮基地，2011年粮食总产量达到557.05亿kg，首次超过河南省成为全国第一产粮大省。2012年，黑龙江省粮食产量达到576亿kg，实现“九连增”，并实现了粮食总产量和商品粮产量位列全国第一，为国家粮食安全和人民需要提供了可靠保证。玉米是黑龙江省种植面积最大、分布最广、产量最高的粮食作物，发展效益佳、潜力大、用途广，是决定黑龙江省粮食总产量实现稳步增长的关键作物，在发展农业、畜牧业、工业及医药等方面也发挥着举足轻重的作用。2016年，总玉米栽植面积6.44×106hm2，总产量预计5 000万t，总播种面积占全省的42.8%，总产量占全省的19.3%。玉米单产在黑龙江省7个积温带内的差距很大：第一、二积温带玉米平均产量750～850kg/666.7m2，第三、四积温带为450～600kg/666.7m2。第三、四积温带玉米种植面积达到了4.37×107hm2，玉米播种面积占全部面积的41%，该积温带内玉米增产提升空间非常大。

玉米育苗滤水移栽新型旱田栽植农艺技术能够有效增加玉米生长周期，抵抗春季干旱和病虫害，增加玉米产量和质量[1-2]，且玉米纸筒育苗滤水栽植高产技术相比直播具有显著的优点。玉米大棚育苗可提前玉米生长期15天，纸筒苗可抵抗春季低温、干旱天气影响，保证秧苗的成活率，并能延长作物生育期，提高作物产量和品质。经黑龙江省农技推广部门连续多年在讷河、青冈、海伦、安达及明水等地试验表明：玉米育苗滤水移栽技术可以显著增加积温和抗旱防灾能力，能有效缓解春季“十年九旱”等现实问题，使第三、四积温带地区能够种植第一、二积温带的高产玉米品种，达到提高单产和总产的目的。长期以来，国内没有玉米育苗滤水移栽专用机械，采用人工作业效率较低，劳动强度大，且移栽作业质量难以保证，制约了玉米育苗滤水移栽技术的大面积推广使用，因而玉米育苗滤水移栽机械的研究使用势在必行[3-4]。同传统玉米直播方式相比，采用玉米育苗机械滤水移栽模式具有以下优势：①能够有效提高玉米移栽作业效率，降低玉米移栽对劳动力的需求，且作业质量稳定可靠。玉米育苗滤水移栽机采用柔性带式连续输送夹持移栽技术，最大限度地解决了伤苗问题，株距均匀可调，栽植直立度好，移栽深浅一致，适合玉米育苗移栽技术大面积示范推广使用。②能实现抗旱保苗移栽。通过大棚育苗后进行自动化选苗、剔苗，可淘汰小苗、弱苗，加之移栽滤水，成活率和保苗率高达97%以上，真正实现一次抗旱移栽保全苗。③能实现大幅增产增效。经农技部门多年试验，采用玉米机械化滤水移栽技术的地块比直播玉米每公顷增产1 500～2 250kg，增幅近30%，纯增加效益3 000余元。④能彻底解决地膜污染。纸筒移栽可取代玉米覆膜栽植技术，彻底解决地膜对土壤的污染，同时能够降低玉米病害发生率，减少农药施用量。

目前，旱田移栽农业机械主要在经济类作物(如甜菜和马铃薯)，蔬菜类(如白菜和花卉)等方面使用，按栽植机构结构形式可分为以下5种：指夹式移栽机、链夹式移栽机、吊杯式移栽机、输苗管式移栽机和橡胶夹持挠性圆盘式移栽机[5-9]。2ZYS-2型玉米育苗滤水移栽机的研制成功可为大面积推广应用玉米育苗滤水移栽技术提供先进的装备技术支撑，对于实施千亿斤粮食产能巩固提高工程、确保黑龙江省在“十二五”末期粮食总产突破“1 500亿斤”大关将发挥重要的推动作用。该机主要用于玉米纸筒育苗的垄上和平作移栽作业，既适合于标准垄(垄距60～70cm)，也适合大垄(垄距110～130cm，行距40～60cm)双条移栽。该机采用三点后悬挂的型式与轮式拖拉机挂接，一次进地即可完成破土开沟、选苗移苗、立苗移栽、覆土压实和施水成型等项作业，整机综合化程度高，作业质量稳定可靠。

1 整机结构及工作原理

1.1 结构

2ZYS-2型玉米育苗滤水移栽机采用主梁挂接的方式集成各功能部件成，具体结构如图1所示。根据玉米纸筒秧苗移栽作业农艺技术要求，结合机械滤水移栽作业对机具结构、配套动力和运输状态等方面的要求，该机挂接方式采用三点后悬挂的型式。移栽机工作各组部件以拖拉机机组中心对称面两侧对称布置，作业行(垄)数为2 行，两侧对称各1 套完整的移栽、输苗传动和施水覆土组部件，主要由移栽单体、输苗传动箱、覆土施水装置和支承地轮4个部分构成。移栽单体完成玉米纸筒移栽入土及零速立苗工作，人工将经过剔除无苗、弱苗后合格玉米纸筒秧苗按照农艺需要移栽入土，保证合适的移栽距离、栽植深度和挤压立苗强度；输苗带传动箱按照一定的传动比(移栽株距)将玉米纸筒秧苗进行输送并喂入移栽单体夹持橡胶圆盘；覆土施水装置在苗体两侧覆出垄台，然后向沟内浇水，之后覆土填平垄沟保墒。机架联接梁焊合将各组部件联接，保证各功能合理有序结合，整机转动动力和扭矩来源于支承地轮。

1.2 基本原理

进行玉米纸筒秧苗移栽时，机具与22 kW 以上轮式拖拉机配套使用，悬挂方式为三点后悬挂，可满足大垄双条和标准垄移栽作业，作业行距40～65cm可调。左右移栽单元各配备1名摆苗人员，移栽秧苗苗龄在两叶一芯至三叶一芯之间，纸册规格为16 筒×40筒，纸筒成正六边形，外接圆直径Φ25 mm，高80 mm；通过皮带与夹持辊水平垂直换向后均匀喂入垂直针刺带，与移栽单体橡胶夹持机构无缝递接，经90°旋转后进入沟内，在挤压限深轮的挤压和开沟器回土的双重作用下立苗；覆土铧将垄侧土覆起成沟，伴随水车通过向沟内秧苗浇水，形成水土混合泥浆，加快缓苗速度，提高移栽成活率。

1.切土圆盘 2.水箱 3.座椅 4.脚踏板 5.输苗传动箱 6.托秧盘 7.移栽单体 8.覆土施水机构 9.支承地轮 10.开沟器图1 2ZYS-2型玉米育苗滤水移栽机Fig.1 2ZYS-2 type watering corn seedling transplanter

1.3 技术参数

移栽机主要技术参数如表1所示。

表1 主要技术参数

1.4 参数确定

1)配套动力。本机的配套拖拉机的选择主要根据两个方面：一是拖拉机的液压悬挂提升能力。一般情况下，23.5kW轮式拖拉机在距离下悬挂点620mm位置的最大液压悬挂能力在600kg左右，基本满足了该机运输及作业移动的提升需求。二是拖拉机的牵引能力。移栽机作业时其牵引阻力主要来自于破茬盘、开沟器及覆土铧入土后土壤的反作用力。参考国内外试验数据，移栽单体入土耕作阻力需要消耗的动力一般在2.5～3.0kW之间，该机2个移栽单体共需要消耗动力在5.0～6.0kW，选配动力满足需求。

2)移栽株距。玉米作物株距随选择的品种、不同地区的农艺要求不同而不同，该机移栽株距范围的选择是根据实际作物株距要求确定的，通常在15～30cm范围。移栽株距的实现是通过更换平输苗带传动箱上的主动和被动齿轮传动比来实现的，其比值在1.5～0.67之间。

3)作业速度。在满足农业生产要求，确保一定移栽深度、移栽作业质量的前提下，尽可能降低功率消耗，提高作业生产率；同时，考虑到受人工摆苗速度的影响，经过多次试验验证，确定该机作业速度在1.0～2.0km/h。

2 主要工作部件的设计

2.1 移栽单体

该部件是玉米育苗滤水移栽机作业核心功能的实施机构，主要功用是破茬开沟切土。其将玉米纸筒秧苗按照农艺要求的深度、株距和直立程度移栽到土壤中，并保证合理地挤压站苗力度和合适的垄型。该部件是移栽机的入土栽植部件总成，是影响整机移栽作业质量的关键部件。

该部分主要由橡胶夹持圆盘及挤压限深轮等零部件组成，具体结构如图2所示。

1.切土圆盘 2.内六方传动轴 3.单体传动轴 4.安全装置 5.输苗箱驱动20齿齿轮 6.靴式开沟器 7.夹持橡胶圆盘 8.分胶臂 9.挤压限深轮 10.联接板 11.耕深调整机构图2 移栽单体三维轴侧图Fig.2 Axonometric drawing of transplanting monomer

移栽单体各部件由前向后依次按功能的先后排列，切土灭茬圆盘采用缺口65Mn材质圆盘，直径Φ38cm，厚度5mm，切土深度10～15cm。其作用是切断地表残茬以防止作业缠阻，预开沟可减少后续作业阻力。靴型开沟装置入土深度10～17cm，开沟宽度4.2cm。挠性橡胶夹持圆盘位于移栽单体内，圆盘直径Φ52cm，与垂直针刺带对接，可夹持纸筒长度在1.5～2.5cm，圆盘中心到纸筒尾端的距离为28～32cm。挠性夹持橡胶圆盘的旋转角速度和夹苗角度决定了纸筒栽植后直立情况，为了保证移栽秧苗的直立度，需采用零速投种移栽，纸筒苗经过旋转接近于垂直投苗状态时，其水平线速度数值应等于或略大于机组前进速度，方向相反。

移栽单体夹持橡胶圆盘转速传递过程如下：支承地轮Z17齿驱动链轮→支承地轮Z17齿被动链轮→内六方传动轴30齿锥齿轮→单体传动轴15齿锥齿轮→橡胶夹持圆盘30齿锥齿轮。夹持橡胶圆盘处传动比为i橡胶圆盘=(17/17)×(15/30)×(30/15)=1，输苗箱传动齿轮传动比为i箱输入=0.5。

从计算结果看，支承地轮与夹持橡胶圆盘转动角速度相同。人字型橡胶轮胎型号为5.00-12，其胎面宽度12.7cm，轮胎直径D地轮=Φ55.8cm。考虑到轮胎打滑和压缩变形，则轮胎实际传递扭矩的回转半径应与橡胶夹持圆盘直径相当，实现了零速投种。

2.2 输苗传动箱

输苗传动箱的主要作用是将经人工清除无苗、弱苗后的玉米纸筒秧苗换向输送，均匀喂入到垂直针刺带内向移栽单体供苗。其主要功能是株距调整和扭矩传递。输苗传动箱株距的调整方法是更换主、被动链轮，齿数为12～17齿，调整株距范围15～30cm。转动扭矩的输入来自移栽单体上的输苗箱传动齿轮，经链条链轮、齿轮将扭矩传递给平输苗带和垂直针刺带。垂直针刺带设计胶刺直径Φ2.0～Φ4.5mm，刺长13mm，夹持宽度8cm，夹持纸筒部分长度5～6cm，可以有效保证纸筒夹持姿态的稳定。

传动箱扭矩传递过程分两个部分，主要传动结构如图3、图4所示。

1)第1部分是驱动平输苗带及海绵轮。传动过程是：移栽单体输苗箱传动齿轮(Z20齿)→传动箱Z20齿直齿轮→株距调整驱动链轮(Z12～Z17)→株距调整被动链轮(Z12～Z17)→平输苗带驱动轴。

平输苗带传动比范围0.353～0.708之间，即

i平输苗带max=i箱输入× 17/12=0.708

i平输苗带min=i箱输入× 12/17=0.353

2)第2部分是驱动垂直针刺带。传动过程如下：移栽单体输苗箱传动齿轮(Z20齿)→传动箱Z20齿直齿轮→Z24齿链轮→Z24齿链轮→Z12齿链轮→Z12齿链轮(26齿直齿轮→26齿直齿轮→Z12齿链轮→Z12齿链轮)。

1.平输苗带 2.Z12齿链轮 3.M2-Z24齿直齿轮 4.平树苗带驱动轴 5.M2-Z24齿直齿轮 6.Z12齿链轮 7.26齿直齿轮 8. Z12齿链轮 9.26齿直齿轮 10. Z12齿链轮 11.传动箱Z20齿直齿轮 12.Z24齿链轮 13. Z12齿链轮 14. Z36齿链轮图3 传动箱传动结构图1Fig.3 Diagram of transmission box structure 1

1.株距调整驱动链轮 2.Z16齿张紧链轮 3.张紧装置时 4.张紧弹簧 5.株距调整被动链轮图4 传动箱传动结构图2Fig.4 Diagram of transmission box structure 2

垂直针刺带传动比为：i针刺带=i箱输入×(12/24) ×(12/36) ×(12/12)=0.083。

由上可得：支承地轮旋转1圈，机组理论行进距离L理论=π·D地轮=175.5cm。按机组打滑率按90%计算机组实际行进距离为：L实际=175.5/90%=195cm。

针刺带驱动辊旋转6圈，垂直针刺带行进长度L1=47cm。

当i平输苗带min=0.353时，平输苗带驱动轴旋转2.833圈，平输苗带驱动轴直径Φ3.7cm,转动直线距离Lmax=33.8cm，此时产生最小株距。

当i平输苗带max=0.708时，平输苗带驱动轴旋转1.412圈，平输苗带驱动轴直径Φ3.7cm,转动直线距离Lmin=13.3cm，此时产生最大株距。

由纸筒直径2.5cm可得：平输苗带向垂直针刺带、橡胶夹持圆盘输送秧苗的数量：最多Nmax=Lmax/2.5=13.17(株)，最少Nmin=Lmin/2.5=6.56(株)。那么，机组移栽株距为：D最大=L实际/Nmin=29.8cm，D最小=L实际/Nmax=14.8cm。

2.3 覆土施水机构

该机构主要由翻土铧、浇水管路、调整钢梁和联接板4部分组成，作用是由覆土成沟后向内浇水，以供移栽后的玉米纸筒秧苗生长所需水分。在正常土壤墒情下，向移栽沟内浇灌水量在40～60 t/hm2，水位高度应将移栽纸筒全部淹没。若遇到干旱年份，应增大施水量和施水次数，在水分下渗后及时封垄，减少风大蒸发跑墒。该组件为了能够最大限度保证覆土施水作业随地仿形性能，其与移栽单体刚性联接，并绕内六方传动轴做单铰仿形运动。浇水量的多少直接影响到玉米移栽缓苗速度，对增产、提质起着至关重要的作用。

3 结论

1)该机可以满足平作、垄作条件下玉米育苗纸筒的移栽作业需要，可实现标准垄两行和大垄双条移栽作业，整机地域适应性好，通用性强。移栽作业质量满足《JB/T 10291-2001 旱地栽植机械》要求，符合玉米纸筒秧苗移栽的农艺需要。

2)该半自动大垄、标准垄通用玉米育苗滤水移栽机的调整、使用、维修简单方便，移栽株距通过调整输苗传动箱内移栽株距调整主、被动齿轮实现。移栽深度通过旋转移栽单体后端调整手柄，实现了无极快速调整的需要，为玉米作物大面积移栽提供了优良的机械保证。

3)玉米育苗滤水移栽机是进行玉米抗旱增产提质的重要机型，但在国内还尚属空白，随着玉米种植面积和需求的逐年增加，其市场非常广阔，经济效益和社会效益显著。

[1] 姜晓明，刘一清，关淑艳.玉米纸筒育苗移栽对玉米产量和生育性状的影响[J].杂粮作物，2001，21(3)：30-31.

[2] 张喜林，吴永英，周宝库.营养钵育苗移栽对玉米增产效果的影响[J].玉米科学，2002，10(3)：69-70.

[3] 封俊，顾世康，曾爱军,等.玉米机械化育苗移栽的经济性分析[J].农业工程学报，1998，14(4):114-118.

[4] 周福君，芦杰，杜佳兴.玉米钵苗移栽机圆盘式栽植机构参数优化及试验[J].农业工程学报，2014，30(1):18-24.

[5] 张丽华，邱立春，田素博.指针夹紧式穴盘苗移栽爪设计[J].沈阳农业大学学报,2010，41(2)：235-237.

[6] 胡敏娟，尹文庆.穴盘苗变形滑针式取苗器的研究[J].浙江农业学报，2011，23(1):154-158.

[7] 王荣华，邱立春，田素博.我国穴盘苗机械化生产的现状与发展[J].农机化研究，2008(7)：230-231.

[8] 武广伟，宋建农，彭旭.我国蔬菜育苗移栽机械化的现状与发展方向[C]//中国农业机械学会2006年学术年会论文集.北京：中国农业机械学会，2006:186-190.

[9] 陈风，陈永成，王维新.旱地移栽机现状和发展趋势[J].农机化研究，2005(3)：24-26.

Development of 2ZYS-2 Type Watering Corn Seedling Transplanter

Xu Tao1， Shi Tie1， Liu Chunxu1, Li Haitao2

(1.Heilongjiang Institute of Agricultural Mechanical Engineering Science,Harbin 150081, China; 2.Heilongjiang Province Animal Husbandry Mechanization Research Institute, Qiqihar 161005, China)

Corn is the dominant crop with the largest planting area, the widest distribution range and the highest total yield in Heilongjiang Province. Its cultivation mode has been the direct seeding for a long time. Maize transplanting technology is a new agronomic cultivation technique with high drought resistance and high yield. Compared with traditional direct seeding , Transplanting can make maize crops from early spring low temperature, late spring cold, frost, hail and other harmful climate and pests and diseases to ensure the survival rate of seedlings to improve the yield and quality of maize; past corn transplanting mostly artificial way , The labor demand, operating efficiency is low, difficult to guarantee the quality of transplanting, can not be large-scale application; maize nursery machine transplanting machine for the development of mechanized maize mechanized transplant to provide effective mechanical carrier, to fill in this type of agricultural equipment of the blank.

corn; nursery; water treatment transplanting; mechanization; paper tube seedling

2016-12-21

黑龙江省应用技术研究项目(GA13B301)

徐 涛(1974-)，男，黑龙江友谊人，高级工程师，硕士，(E-mail)xutao740410@163.com。

S223.94

A

1003-188X(2018)12-0084-05