頭季稻機收蓄留再生稻的專用收割機設計研究

唐興隆 張巫軍 王 虹 段秀建 李經勇 佘小明 姚 雄

（重慶市農業科學院 重慶401329）

再生稻是一種頭季稻收獲后利用稻樁上的休眠芽萌發、成苗、成穗，進而再次收獲一季水稻，實現“一種兩收”的水稻種植制度。種植再生稻可有效利用秋季盈余的溫光資源，同時節省人工、種子等生產物料投入，具有生育期短、日產量高、稻米品質優和種植效益高等諸多優點。統計表明，我國南方稻區可蓄留再生稻的面積高達330萬hm2，主要分布在四川、重慶、湖北和福建等地。四川和重慶再生稻收獲面積常年穩定在32萬hm2，平均產量為頭季稻平均產量8.40 t/hm2、再生稻平均產量2.10 t/hm2；福建再生稻面積較小，但產量水平為全國最高，如超高產田頭季稻9.75 t/hm2、再生稻7.50 t/hm2。由此說明，再生稻不論是單產和種植面積都有極大的上升空間。

目前，在西南丘陵山區，再生稻種植多采用中、高留樁蓄留的方式栽培，隨著農村勞動力的減少和生產成本增加，特別是中稻采用久保田PRO688Q等中大型機械收割，割臺高度比較單一且履帶寬大，并且割臺的高度也難以調整，在收割中稻時需要多次調整機械的行進方向，對稻樁碾壓十分嚴重，導致再生稻出苗難、成苗率低、生育期大幅度推遲、再生稻有收面積嚴重下降。針對西南丘陵山區中稻—再生稻種植區的中稻機收難題，重慶市農業科學院、重慶再生稻研究中心開展了多年的科技攻關，旨在研發可調節高度和可調節式割臺的專用收割機，以適應南方丘陵地區的再生稻種植需要，實現農機和農藝相融合，為中稻—再生稻全程機械化種植提供裝備支撐。

1 研究內容

中稻機收蓄留再生稻的專用收割機包括收割機本體，可調節式割臺包括切割機構、機架、偏移機構和升降機構，切割機構安裝于機架內，且與機架轉動連接，機架與偏移機構連接，以使機架選擇性地在第一方向進行位移，偏移機構遠離機架的一端與升降機構連接，以使偏移機構選擇性地在第二方向進行位移，第一方向和第二方向相互垂直，升降機構用于與收割機本體連接。

1.1 偏移機構的設計

偏移機構包括第一滑軌、偏移座和第一電機組件。機架通過第一滑軌與偏移座滑動連接，以實現機架帶動切割機構在第一方向上進行位移。偏移座遠離機架的一端與升降機構連接，以在升降機構的作用下發生位移。第一電機組件安裝于偏移座上，且與第一滑軌連接。第一滑軌的數量為3條，3條第一滑軌等間距設置于機架和偏移座之間，以實現機架與偏移座之間的滑動連接（圖1）。

圖1 可調節式割臺中偏移機構的結構

第一滑軌包括第一滑塊和第一導軌。第一滑塊與第一導軌滑動連接，第一滑塊與機架固定連接，第一導軌與偏移座固定連接，以實現機架與偏移座之間的相對滑動。第一電機組件與第一滑塊連接，以控制第一滑塊在第一方向上進行位移。

第一導軌的橫截面為工字形，且兩側面分別設置有兩個第一凹槽。第一滑塊的橫截面為內凹形，包括第一連接部和兩個呈“L”形的第一滑動部，兩個第一滑動部通過第一連接部固定連接，第一連接部與機架固定連接，2個第一滑動部分別與2個第一凹槽滑動連接，以使第一滑塊在第一導軌上滑動時產生的摩擦力減小，提高滑動速度。

第一電機組件包括第一電機、第一傳動件和第一控制器。第一控制器與第一電機連接，第一電機通過第一傳動件與第一滑塊連接，人們通過控制第一控制器來控制第一滑塊的滑動位置，從而控制機架在第一方向上的位移。

1.2 升降機構的設計

升降機構包括第二滑軌、升降臺和第二電機組件。偏移座遠離機架的一端，通過第二滑軌與升降臺滑動連接，以實現機架帶動切割機構在第二方向上進行位移。升降臺遠離偏移座的一端與收割機本體固定連接，以在收割機本體的牽引下帶動可調節式割臺向前移動。第二電機組件安裝于升降臺上，且與第二滑軌連接。第二滑軌的數量為3條，3條第二滑軌等間距設置于偏移座和升降臺之間，以實現偏移座與升降臺之間的滑動連接（圖2）。

圖2 可調節式割臺中升降機構的結構

第二滑軌包括第二滑塊和第二導軌。第二滑塊與第二導軌滑動連接，第二滑塊與偏移座固定連接，第二導軌與升降臺固定連接，以實現偏移座與升降臺之間的相對滑動。第二電機組件與第二滑塊連接，以控制第二滑塊在第二方向上進行位移。

第二導軌的橫截面為工字形，且兩側面分別設置有2個第二凹槽。第二滑塊的橫截面為內凹形，包括第二連接部和兩個呈“L”形的第二滑動部，2個第二滑動部通過第二連接部固定連接，第二連接部與偏移座固定連接，2個第二滑動部分別與2個第二凹槽滑動連接，以使第二滑塊在第二導軌上滑動時產生的摩擦力減小，提高滑動速度。

第二電機組件包括第二電機、第二傳動件和第二控制器。第二控制器與第二電機連接，第二電機通過第二傳動件與第二滑塊連接，人們通過控制第二控制器來控制第二滑塊的滑動位置，從而控制機架在第二方向上的位移。

1.3 割臺的設計

將偏移機構和升降機構集成在割臺上，可調節式割臺包括切割機構、機架、偏移機構和升降機構。切割機構安裝于機架內，且與機架轉動連接，以在收割機本體的牽引下轉動收割再生稻。機架與偏移機構連接，以使機架選擇性地在第一方向進行位移，擴大切割機構在第一方向上的切割范圍。偏移機構與升降機構連接，以使偏移機構選擇性地在第二方向進行位移，擴大切割機構在第二方向上的切割范圍。第一方向和第二方向相互垂直，使切割機構實現在兩個方向上的可調節，擴大切割機構的切割范圍。升降機構與收割機本體連接，以在收割機本體的牽引下帶動可調節式割臺向前移動（圖3）。

圖3 可調節式割臺的結構

1.4 專用收割機設計

將割臺集成在中稻機收蓄留再生稻的專用收割機上，將其用于中稻的機械收割。結構簡單，能夠在兩個方向進行調節，使可以收割的范圍更大，使用起來更加方便，實用性強，性價比高。該專用收割機包括收割機本體和可調節式割臺，可調節式割臺與收割機本體連接，并在收割機本體的牽引下向前移動，以對中稻進行收割（圖4）。

圖4 再生稻收割機的結構

2 試驗效果

將研究設計的割臺集成在專用收割機內，即集成在4LZ-0.3A型全喂入小型收割機上。該收割機總重量120 kg，收割效率為400～534 m2/h，較人工收割效率提高8倍以上，可在20 cm內深度的水田中正常行走收割稻谷。與傳統人工收獲中稻蓄留再生稻的方式相比，本專用收割機的收割區域為1.5 m，割臺的高度為1.3 m，1 h可完成收獲面積0.2 hm2，8 h可完成收獲面積1.4 hm2。

2020年8 月，重慶市農業科學院、重慶再生稻研究中心利用4LZ-0.3A型全喂入小型收割機在重慶市永川區來蘇鎮觀音井村的中稻—再生稻集中示范片中進行了機收試驗驗證（圖5）。經專家組現場評測，本研究試制的專用收割機對稻樁的碾壓率低于13%，較久保田PRO688Q型收割機對稻樁的碾壓率降低30%。2020年10月，經川渝專家組現場測產驗收，本研究試制的專用收割機收獲的153.3 hm2渝香203再生稻示范片平均產量為2.55 t/hm2，兩季平均產量為12.41 t/hm2。與非示范片比較，該技術提升生產效率30%，兩季增產稻谷2.05 t/hm2。

圖5 本專用收割機的田間作業

3 應用前景及推廣建議

可調節式割臺，在對頭季稻進行收割時，偏移機構可以帶動機架在第一方向上進行位移，以調整收割機構的位置，使其能夠在第一方向上更大范圍的收割頭季稻；升降機構可以帶動機架在第二方向上進行位移，以調整收割機構的位置，使其能夠在第二方向上更大范圍的收割農作物。與現有技術中的收割機割臺相比，本研究設計的可調節式割臺由于采用了可以使機架在第一方向上位移的偏移機構和可以使機架在第二方向上位移的升降機構，所以能夠在兩個方向上對收割范圍進行調節，使可收割的范圍擴大，便于人們收割頭季稻，實用性強，使頭季稻收割高度方便調節，性價比高。大田試驗應用表明，本研究設計的中稻機收蓄留再生稻的專用收割機可明顯降低久保田PRO688Q等中大型聯合收割機對頭季稻稻樁的碾壓，保護再生芽，在西南丘陵山區中稻—再生稻種植區域具有很大的應用前景，可在西南丘陵山區特別是川渝中稻-再生稻地區大力推廣應用。