田佳航+謝哲東+焦海坤

摘 要：現(xiàn)在，全世界60%的人口以稻米為食，稻米對(duì)人們的生活有著極其重要的影響。各國(guó)對(duì)主要作物的種植也是格外重視。我國(guó)東北地區(qū)，春季的氣候有些干燥和寒冷，這個(gè)時(shí)候?qū)λ镜纳L(zhǎng)是十分不利的，所以在種植水稻之前，在水田表面覆蓋一層塑料膜就變得極為重要。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；水稻插秧機(jī)；覆膜機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：S22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431018

1 覆膜機(jī)研究的目的和意義

在世界范圍內(nèi)，水稻作為三大主要糧食作物之一，其種植面積占到世界糧食種植面積的1/5，每年水稻的產(chǎn)量則占世界糧食總產(chǎn)量的年產(chǎn)量1/4，達(dá)到了約4.8億t。同時(shí)，世界將近1/3的人口將大米作為主食[1]，足可以看出水稻種植在世界糧食產(chǎn)業(yè)中所占的地位。水稻在我國(guó)的栽培歷史悠久，我國(guó)大部分地區(qū)也將大米作為主食，水稻的播種面積占全國(guó)糧食種植面積的1/4，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的50%以上[2]。在我國(guó)，有60%以上的人口以大米為主食。因此，水稻作為我國(guó)如此重要的作物，我國(guó)的研究人員對(duì)水稻的培育和種植等方面都付出很多艱辛[3]。

目前國(guó)內(nèi)覆膜機(jī)構(gòu)研究較少，大多仍采用手工作業(yè)或者半機(jī)械化作業(yè)，這樣一來(lái)，會(huì)使覆膜效率低，對(duì)于種田多的農(nóng)民工作量太大，耽誤時(shí)間，影響水稻生長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)與水稻的生長(zhǎng)很不利。在進(jìn)行人工覆膜時(shí)，覆膜的質(zhì)量也難以保證，可能造成亂膜、斷膜等情況。而且手工覆膜時(shí)，人們常常在稻田中行走，致使水田的地面凹凸不平，致使塑料膜不能完全覆蓋在地面上。因此，將覆膜作業(yè)由手工作業(yè)升級(jí)為機(jī)械作業(yè)是目前的一個(gè)主要方向，通過(guò)機(jī)械化覆膜可以大大提高效率[8-12]。

2 國(guó)內(nèi)外水稻覆膜機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

水稻覆膜技術(shù)最早產(chǎn)生于日本，是在20世紀(jì)60年代，屬于旱地覆蓋栽培。我國(guó)最早應(yīng)用水稻覆膜技術(shù)是東北等地區(qū)從日本引進(jìn)的，在20世紀(jì)70—80年代。20世紀(jì)90年代以來(lái)，此技術(shù)陸續(xù)被我國(guó)的西北和南方的部分地區(qū)使用。20世紀(jì)末，為了應(yīng)對(duì)南方和北方的不同地方的稻田寒冷、水資源短缺、低產(chǎn)的特點(diǎn)，研究人員研究出一套全新的水稻覆膜成套系統(tǒng)，在水稻種植機(jī)械的研究方面取得新的進(jìn)展，同時(shí)也保證節(jié)水農(nóng)業(yè)和高質(zhì)農(nóng)業(yè)的推進(jìn)。雖然目前水稻覆膜技術(shù)的研究非常完善，但是該技術(shù)的推廣卻不是很好，很多地方覆膜時(shí)仍采用手工作業(yè)，顯示出巨大的失衡[20]。

2.1 國(guó)外水稻覆膜機(jī)的研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)于水稻覆膜機(jī)的研究是從20世紀(jì)初開(kāi)始，最初研究的國(guó)家主要是日本，經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)革新，水稻覆膜機(jī)從人工牽引逐漸更新成了機(jī)械牽引，所使用的播種方式從直播升級(jí)到了移栽。在2000年左右，日本的農(nóng)業(yè)研究人員龜井正弘和美問(wèn)邦彥研發(fā)出了自走式的旱直播覆膜機(jī)，這種覆膜機(jī)的覆膜原理和人工覆膜類(lèi)似，其機(jī)械結(jié)構(gòu)采用類(lèi)似于人類(lèi)的結(jié)構(gòu)，在靈活性和作業(yè)精準(zhǔn)性方面具備很大的優(yōu)勢(shì)。并且采用動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，行進(jìn)的過(guò)程中還能夠自動(dòng)清除車(chē)輪足跡。其車(chē)輪帶有橡膠海綿材質(zhì)，在機(jī)體前行的過(guò)程中能夠保持平穩(wěn)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1所示。這種裝置由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使用于山地地區(qū)的作業(yè)。該機(jī)械質(zhì)量11kg，作業(yè)的幅寬為5行，在2人操作下，能夠達(dá)到的效率為60～110min/m2。該裝置具備一些有點(diǎn)的同時(shí)，還是存在一些局限性，比較適用于面積較小的水田。另外，其在工作時(shí)，操作人員背向前進(jìn)方向，導(dǎo)致前進(jìn)方向有時(shí)發(fā)生彎曲，掉頭時(shí)也有跌倒側(cè)翻的危險(xiǎn)。最后，該裝置車(chē)輪較窄，在水田中極易留下車(chē)轍，破壞水田的平整程度。如果水田不平整，對(duì)覆膜有所影響，進(jìn)而影響水稻生長(zhǎng)。

日本的MKP610型稻稈纖維地膜敷設(shè)插秧機(jī)，作為目前市面上較為先進(jìn)的覆膜與插秧一體的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其將覆膜裝置安裝與行走裝置和插秧裝置之間，能夠同時(shí)完成覆膜和插秧作業(yè)。但是該機(jī)械較為笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于覆膜裝置的加入大大影響了插秧的效率 [4]，其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

2.2 國(guó)內(nèi)水稻覆膜機(jī)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)目前研究較為靠前，并且取得實(shí)際應(yīng)用的覆膜機(jī)由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)所研制，其機(jī)構(gòu)組成部分主要有開(kāi)溝器、覆膜輥、壓膜輥、限位擋板等組成。這種裝置需要依靠拖拉機(jī)牽引，能夠完成平地、覆膜、壓膜以及覆土等工作[4]。在插秧作業(yè)之前，需要利用其自身的平整機(jī)構(gòu)將田平整，然后再進(jìn)行覆膜作業(yè)。覆蓋塑料薄膜能夠提高水的利用率，減少水稻的病蟲(chóng)害問(wèn)題的發(fā)生。自動(dòng)機(jī)械覆膜裝置在稻田地作業(yè)時(shí)，需要完成整地、開(kāi)溝、掛膜、覆膜、壓膜、等內(nèi)容，在覆膜裝置的研究方面也主要對(duì)開(kāi)溝器、整地板和覆土器等機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。裝置在稻田進(jìn)行覆膜作業(yè)時(shí)，有幾方面的要求，即塑料膜要完全覆蓋在地面上、覆膜裝置操作簡(jiǎn)便、覆膜機(jī)在工作時(shí)操作要靈活、同時(shí)覆膜機(jī)自動(dòng)化程度高。在研究覆膜裝置時(shí)要考慮到構(gòu)件、作業(yè)環(huán)境、機(jī)械性能、做功方式和設(shè)備造價(jià)等方面。

由黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院研制的水稻覆膜高速插秧機(jī)，這種覆膜裝置安裝在乘坐式水稻插秧機(jī)上，進(jìn)行插秧與覆膜工作。由覆膜機(jī)機(jī)架、覆膜輥、壓膜輥、托膜架和切膜刀等主耍零部件組成[5-6]，該裝置如圖3所示。此裝置在水田工作時(shí)，跟隨插秧機(jī)前進(jìn)，先將紙膜潤(rùn)濕后覆蓋在水田表面，隨后兩側(cè)的壓邊輪件紙膜兩隊(duì)亞入土中，防止被風(fēng)吹起。到達(dá)地頭時(shí)停下，操作人員通過(guò)手工作業(yè)的方式采用切膜刀切斷紙膜，然后掉頭繼續(xù)工作。

沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究了一種水稻覆膜插秧機(jī)[7]，其虛擬樣機(jī)如圖4所示，這種插秧機(jī)同樣是采用將覆膜裝置安裝在插秧機(jī)上的方式，來(lái)同時(shí)完成覆膜作業(yè)和插秧作業(yè)。覆膜機(jī)在工作時(shí)，通過(guò)膜卷引出塑料薄膜，從展膜棍的一端伸出，然后壓膜輥將薄膜壓在水田表面，同時(shí)切紙刀通過(guò)液壓作用進(jìn)行切膜作業(yè)。在這個(gè)過(guò)程中，壓膜輥主要發(fā)揮2個(gè)作用：在垂直方向上通過(guò)力的作用壓膜于水田表面；插秧機(jī)行進(jìn)的過(guò)程中在水平方向上覆膜。水稻插秧機(jī)的分插機(jī)構(gòu)在覆膜完成后同步進(jìn)行插秧工作，一次性完成覆膜作業(yè)和插秧作業(yè)。但是該設(shè)計(jì)沒(méi)有具體說(shuō)明如何與插秧部分進(jìn)行連接，也沒(méi)有實(shí)際測(cè)試說(shuō)明裝置的作業(yè)效果。

國(guó)內(nèi)外對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)于水稻插秧機(jī)覆膜機(jī)構(gòu)研究較少，在可以參考的研究資料方面比較缺失。但是在我國(guó)各個(gè)研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行覆膜插秧技術(shù)的研究過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，仍然積累了大量的水稻覆膜和插秧的機(jī)械制造經(jīng)驗(yàn)。工作部件主要由掛膜裝置、展膜裝置、壓膜裝置以及打孔裝置等組成，并附帶其他工作裝置。

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