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水稻机插秧同步智能侧深施肥装置研究现状与展望.pdf
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1、第 61 卷 第 8 期Vol.61 No.82023 年 8 月August 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING0 引言水稻是我国主要粮食作物。水稻种植过程中施用适量化肥能有效提高水稻产量1。我国施用方式是人工在地表撒施化肥,再利用旋耕机将表层土壤与肥料混合,进行全层施用,或采用铧式犁对地表的翻伐作用将肥料施入犁底层。这种先撒肥后旋耕或耕翻的施用方法造成了肥料无序投送、施用量大和利用率低等问题2。水稻侧深施肥技术较抛撒施肥方式能有效提高肥料利用率,在缩短缓苗期、促进水稻根部生长、增加水稻产量的同时,减少了施肥次数和肥
2、料用量,降低了人工投入和养分损失,从而促进农业绿色高质量发展。而侧深施肥技术的实行需要农业机械配合,施肥机将肥料施入距离秧苗 35cm、深度 46cm 的位置,并覆盖泥浆以避免肥料漂移。近年来,我国关于侧深施肥装置的研究不断深入,针对实际生产中的问题进行结构优化,取得显著成果。为我国水稻机插秧同步侧深施肥机的发展奠定了基础3-4。水稻侧深施肥技术的发展促进了农机农艺结合,对水稻种植模式和农机设施提出了更高的要求。本文对国内外施肥装置的研究现状,特别是施肥整机、排肥部件结构、排肥方式等方面进行总结,对未来发展方向进行展望,为水稻侧施肥装置的研发提供参考。1 国内外典型机具1.1 欧美肥料撒施机在
3、欧美国家,主要采用旱直播种植方式,施肥工作依靠大型撒施机完成,分为离心式和气力式撒肥机,离心式用于施撒固态肥料,气力式用于施撒液态肥料5-6。法国库恩公司生产的 AXIS50.1W 型撒肥机,幅宽达 50m,驾驶员在驾驶室可控制肥料在撒肥盘上的落点位置,作业效率达 500kg/min,doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.08.011水稻机插秧同步智能侧深施肥装置研究现状与展望张雅蓉1,谢方平1,2,符志勇1,郑鹏1,刘大为1,2,王修善1,2(1.410128湖南省长沙市湖南农业大学机电工程学院;2.410128湖南省长沙市智能农机装备湖南省重点实验室)摘要 从
4、国内外典型的水稻施肥机具分析研究入手,对水稻机插秧同步侧深施肥装置的典型结构、工作原理、关键部件、排肥方式、智能化等方面进行阐述,并对目前解决排肥装置出现肥料雍堵、断肥等方法进行综述,以期为促进我国侧深施肥机械智能化、精量化提供参考。关键词 侧深施肥;水稻;排肥器 中图分类号 S223.91 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)08-0051-05引用格式:张雅蓉,谢方平,符志勇,等.水稻机插秧同步智能侧深施肥装置研究现状与展望J.农业装备与车辆工程,2023,61(8):51-55.Research status and prospect of intelligent s
5、ide deep fertilization device for rice transplanting by machineZHANGYarong1,XIEFangping1,2,FUZhiyong1,ZHENGPeng1,LIUDawei1,2,WANGXiushan1,2(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,Hunan,China;2.HunanKeyLaboratoryofIntelligentAgriculturalMachineryEquip
6、ment,Changsha410128,Hunan,China)AbstractComparedwiththetraditionalmethodofthrowingfertilizer,thericesidedeepfertilizationtechnologycaneffectivelyimprovethefertilizerutilizationrate,anditisofgreatsignificancetoachieveaccurateandefficientfertilizationbyaccuratelyandquantitativelyapplyingfertilizerarou
7、ndtherootsystemofriceseedlingsbyusingthesidedeepfertilizationdevice.Startingfromtheanalysisandresearchoftypicalricefertilizationequipmentathomeandabroad,thispaperexpoundsthetypicalstructure,workingprinciple,keycomponents,fertilizerdischargemethodandintelligenceofricemachinesynchronoussidedeepfertili
8、zationdevice,andreviewsthemethodstosolvethefertilizerblockingandfertilizerbreakinginfertilizerdischargedevice,inordertoprovidereferenceforpromotingtheintelligenceandprecisionofsidedeepfertilizationmachineryinChina.Key wordssidedeepfertilization;rice;fertilizerdischarger基金项目:湖南省重点研发计划项目(2021NK2022)收稿
9、日期:2023-02-0752农业装备与车辆工程 2023 年作业速度可达 20km/h;美国约翰迪尔公司生产的4630 自走式喷肥机配备变量静液压传动系统及喷杆和悬挂系统,结构可靠,施肥效率高7。精准变量施肥思想在欧美国家的旱田农业生产中已深入人心。作业机械进行变量施肥通过 2 种方式,一种是变量施肥处方图的施肥决策数据;另一种是实时传感器计算获得施肥数据,根据数据在一定农田区域内施用指定量肥料。变量施肥设备已实现商品化,AG-Chem 公司对固体及液体 2 种类型肥料进行变量施肥控制,由提前加载的变量施肥决策处方图对多种肥料进行变量施肥控制;美国生产的 ACCU-PLANT 播种机施肥控制
10、系统,改变电动机转速调整施肥量,从而达到变量施肥的目的8。欧美国家对旱田作物的精准施肥技术相比水田施肥更为成熟。1.2 日韩同步侧深施肥机亚洲的水稻生产主要集中在中国、日本、韩国等国,在水稻生产机械研究方面,日本一直处于领先地位。日本的侧深施肥设备需安装在插秧机上进行作业,以久保田、井关、洋马为代表的农机企业进行了深入研究,侧深施肥设备与各自生产的插秧机配套使用,形成了成熟的系列化产品9,参见表 1。在水稻精准变量施肥研究中,日本侧重于水稻秧苗过程的变量施肥,该技术尚未普及,小范围试验可同时进行多种化学肥料的变量施肥。1.3 国内侧深施肥机械我国于 20 世纪 60 年代展开了侧深施肥技术及相
11、关设备的研究10,研制了多种水田深施肥机具,但难满足实际生产需求。近年来水稻侧深施肥技术成为农业农村部的主推技术,水稻施肥机械研究进度加快。相关科研机构及企业研发了水稻施肥使用的设备,市场上已出现多款水稻深施肥机产品。南通富来威 2ZG-6DMF 型、浙江亿森 2FH-1-8A 侧深施肥机与乘坐式高速插秧机联用,侧深施肥装置均采用槽轮排肥器,压缩空气喷射系统实现与插秧同步定距侧深施肥。湖南龙舟研发的 2FH 系列水稻插秧同步精量施肥机,采用螺杆强制推肥机构对肥料进行输送,实现了水田定位深施肥,保证了施肥量可调;浙江锦禾的侧深施肥机采用纵型筛盘滚筒和气吹形式进行肥料输送,旋钮调节排肥量,76L
12、的肥料箱满足大区域作业。2 结构原理与关键部件2.1 典型结构与工作原理2.1.1 典型结构施肥装置包括肥料箱、排肥部件、输送部件。水稻侧深施肥机按装配方式分为一体式和分体式,一体式与水稻插秧机装配销售,动力直接提供至排肥装置,售后服务方便,施肥量易调节,但难以适应多种行距的种植模式;分体式适用于 6 行或 8表 1 国外水稻侧深施肥典型机具及应用Tab.1 Typical tools and applications of foreign rice side deep fertilization典型施肥机型号肥料排出及输送结构结构示意图主要特点久保田高速水稻插秧机(NSPV-6CMD)搭载侧
13、深施肥机 2FH 系列带槽滚筒式+气吹式、气体强制输送装置采用大容量 73.5L 肥料箱,可搭载6、8 行插秧机,温风输送肥料颗粒东风井关PZ60-AHDRTFLE智能侧深施肥机风吹式、自然落下采用分割式施肥箱,施肥箱设置在插秧机两侧,单边 30kg 直式肥料箱;手轮调节施肥量,一次施肥 6 行,利用发动机产生热气防止肥料结块洋马乘坐式插秧机搭载侧深施肥装置机械式多级分料+气动输送料箱设置在插秧机两侧,70kg 直式肥料箱,保障长时间工作,调节旋钮控制施肥量,一次施肥 6 行,选择25mm 球形肥料颗粒高速插秧机侧深施肥装置侧深施肥装置53第 61 卷第 8 期行的种植模式,通过卡簧等连接插秧
14、机,安装繁琐。2.1.2 工作原理侧深施肥装置按输送形式可分为气吹式、机械式、电控螺旋式 3 种。(1)气吹式施肥装置多采用气吹式输送肥料。水田环境中利用气力输送肥料会因排肥管路长且曲折,水和泥浆倒灌导致雍堵,难以精量排肥。左兴健等11设计了风送式施肥装置,如图 1 所示,气体经过鼓风机压缩后送至风送输肥管,气流与肥料颗粒混合,由排肥管、排肥口在气流和重力的作用下进入下肥口,最终落至已插秧苗侧位的矩形沟槽中。(2)机械式作业时,控制器驱动电机,电机带动螺旋输送器转动,继而启动电动排肥器,槽轮转动将肥料从肥箱排出至排肥部件中,控制器调节电动排肥器转速从而调整排肥量12。陈长海13研发的可装配水田
15、螺旋式侧深施肥装置如图 2 所示,配合插秧机一次性完成开沟、侧深施肥、覆泥、插秧等作业。(3)电控螺杆式电控螺杆式由电子智能控制装置设定排肥量,直流电机驱动螺杆旋转强制排肥。王金峰等14利用电动机驱动螺旋式排肥器,如图 3 所示,肥料颗粒随着排肥器转动避免脉冲现象,气力输送保持排肥均匀性。电控螺旋杆强制输送肥料入泥,防止肥料与水面直接接触,使用传感器、闭环控制系统控制各行螺旋转速。肥料深施入泥,使水稻侧深施肥机械达到减施增产效果。2.2 关键部件排肥器是水稻施肥装置的关键组成部件,排肥器结构设计是否合理对施肥的精度控制、机具的工作质量、化肥的利用率以及水稻产量、装置排肥效果产生直接影响,常用水
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