农业机械学 5第五章 插秧机与移栽机

农业机械学5第五章插秧机与移栽机水稻及旱地穴栽作物的种植环节是农业生产中劳动强度最大、用工量最多的环节之一，传统人工水稻插秧作业效率仅为0.05~0.08hm²/人·天，旱地作物人工移栽效率约为0.03~0.06hm²/人·天，且作业质量受人工熟练度影响大，株距不均、深浅不一的问题普遍存在，难以满足规模化、标准化生产的需求。插秧机与移栽机作为种植机械的核心品类，通过机械化完成秧苗的取苗、输送、栽植全过程，可大幅提升作业效率与种植均匀度，是实现节本增效、保障作物产量的关键装备。据农业农村部2024年发布的全国农业机械化统计数据，2023年我国水稻种植面积达4.53亿亩，水稻耕种收综合机械化率达86.2%，其中种植环节机械化率达78.1%，全国插秧机保有量超过120万台，高速乘坐式插秧机占比已提升至35%以上；旱地作物移栽机保有量达18.7万台，主要应用于蔬菜、油菜、玉米、烟草等经济作物与粮油作物的钵苗移栽，年作业面积超过3000万亩。一、插秧机的分类与应用特点插秧机是专门用于水稻毯状苗栽植的机械，可根据不同维度划分为多种类型，适配不同的生产条件与农艺要求。（一）按适用秧苗类型分类可分为洗根苗插秧机、带土苗插秧机和两用型插秧机三类。洗根苗插秧机适配人工拔取的无土洗根苗，对分插机构的取秧精度要求高，但秧苗缓苗期长，目前已基本淘汰；带土苗插秧机适配工厂化育秧的毯状带土秧苗，是当前市场的主流机型，占比超过95%，秧苗带土移栽后缓苗期短，成活率高；两用型插秧机可同时适配洗根苗和带土苗，适配性较强但作业精度略低，应用范围较小。（二）按行走方式分类可分为手扶式和乘坐式两类。手扶式插秧机由操作人员手扶推动或跟随行走，一般配备2.2~4.5kW的汽油机或柴油机，行数为2~4行，作业效率为0.1~0.2hm²/h，适合南方丘陵山区单块面积0.3hm²以下的小田块作业，购机成本较低；乘坐式插秧机采用履带或轮式行走底盘，操作人员乘坐作业，配备8~18kW的柴油机，行数为6~12行，作业效率为0.3~1.0hm²/h，适合平原地区规模化种植的大田块，作业强度低、效率高。（三）按作业效率与结构类型分类可分为普通型插秧机和高速型插秧机两类。普通型插秧机采用曲柄摇杆式分插机构，分插频率为180~250次/(min·行)，作业前进速度为0.3~0.8m/s，成本较低，适合中小规模种植户；高速型插秧机采用行星轮系式分插机构，分插频率可达300~500次/(min·行)，作业前进速度可达0.8~1.5m/s，作业效率较普通型提升60%以上，是当前规模化经营主体的首选机型。二、插秧机的核心结构与工作原理插秧机的核心功能是完成毯状秧苗的取秧、输送和栽植，主要由动力与行走系统、分插机构、送秧机构、浮板与深度调节机构、控制系统五部分组成。（一）动力与行走系统动力系统一般为汽油机或柴油机，为整机行走和插秧作业提供动力，通过变速箱、传动链条将动力传递至行走机构和分插机构。手扶式插秧机多采用铁制水田轮，防滑性能好，结构简单；乘坐式插秧机普遍采用橡胶履带行走机构，接地比压小于20kPa，可适应泥脚深度100~300mm的水田作业，转弯半径小，6行乘坐式插秧机的转弯半径仅为1.2~1.8m，适配小田块作业需求。（二）分插机构分插机构是插秧机的核心工作部件，其功能是从秧箱中取出秧苗并插入田泥中，运动轨迹需满足“取秧垂直向下、带苗向后下方运动、插秧垂直入土、出土快速脱离”的要求，才能保证取秧准确、插秧直立、伤秧率低。曲柄摇杆式分插机构由曲柄、摇杆、插秧臂组成，结构简单、制造成本低、维护方便，但运动惯性大、振动强，分插频率提升受限，主要应用于普通型插秧机。行星轮系式（旋转式）分插机构由行星架、非圆齿轮、2~3个插秧爪组成，插秧爪随行星架旋转的同时做相对摆动，形成理想的月牙形取插轨迹，机构平衡好、振动小，分插频率高，是高速插秧机的标准配置。（三）送秧机构送秧机构分为横向送秧机构和纵向送秧机构，二者配合保证分插机构连续获取稳定数量的秧苗。横向送秧机构驱动秧箱沿导轨左右往复移动，使插秧爪依次取不同位置的秧苗，横向送秧距（秧箱单次移动的距离）设有11mm、14mm、17mm、20mm等多个档位，档位越大，单次取秧宽度越小，取秧量越少；纵向送秧机构在秧箱移动到左右极限位置时，通过送秧轮或送秧带将秧苗向取秧口方向推送，送秧量可调范围为8~25mm/次，送秧量越大，取秧量越多。常规稻插秧的取秧量为2~5株/穴，杂交稻为1~3株/穴，可通过调整横向、纵向送秧参数实现。（四）浮板与深度调节机构浮板又称秧船，安装在插秧机底部，主要作用是支承整机部分重量，减少行走装置对田面的破坏，同时作为插秧深度的基准件。插秧深度通过改变浮板与分插机构的相对高度实现，可调范围为10~50mm，常用作业深度为20~30mm，可根据田块泥脚深度、秧苗高度调整，泥脚深的田块适当加深防止倒秧，浅泥脚田块适当调浅避免深栽僵苗。（五）控制系统基础款插秧机的控制系统主要实现行走转向、插秧启停、档位切换等功能；高端高速插秧机配备智能控制系统，可实现北斗自动驾驶、直线对行、插秧深度自动调节、缺秧预警等功能，大幅降低人工操作强度，提高作业质量一致性。三、移栽机的分类与核心结构移栽机主要用于旱地作物（蔬菜、油菜、玉米、烟草、棉花等）和水稻钵苗的移栽作业，与普通插秧机的区别是适配带营养钵的穴盘苗或钵体苗，秧苗根系完整、缓苗期短、成活率高，增产优势明显。（一）移栽机的主要类型与特点按栽植器的结构类型，移栽机可分为以下四类：1.钳夹式移栽机：采用钳爪夹持秧苗茎秆或钵体，将秧苗栽入种沟，结构简单、成本低，但钳爪易损伤秧苗茎秆，伤苗率为3%~5%，适合茎秆较粗的玉米、棉花大苗移栽，单行作业效率为0.1~0.2hm²/h。2.导苗管式移栽机：秧苗从喂入杯落入导苗管，靠重力滑入种沟，由覆土镇压装置固定，导苗管采用柔性或硬质光滑材料，对秧苗无夹持损伤，伤苗率≤2%，适配各种规格的钵体苗、穴盘苗，是目前应用最广泛的机型，单行作业效率为0.15~0.3hm²/h，高速配套自动喂入装置后可达0.5hm²/h，一般配置2~6行，可配套拖拉机动力。水稻钵苗移栽机也多采用导苗管式结构，栽植合格率≥92%，增产幅度可达5%~10%。3.吊篮式移栽机：采用吊篮式栽植器，将钵苗放入吊篮，随栽植轮转动到沟底时吊篮打开，秧苗平稳落入种沟，栽植深度稳定、直立度好，合格率≥95%，伤苗率≤1.5%，但结构复杂、成本高，主要用于蔬菜、花卉等经济作物的高精度移栽。4.带式移栽机：采用两条同步运转的柔性带夹持秧苗茎秆，将秧苗送入种沟，对秧苗的损伤较小，适合嫩弱小苗移栽，但结构复杂、维护难度大，应用范围有限。（二）移栽机的核心工作部件移栽机主要由喂入装置、栽植器、开沟器、覆土镇压装置、传动系统和机架组成。喂入装置分为人工喂入和自动喂入两类，人工喂入效率受操作人员速度限制，一般为30~60株/(min·行)，自动喂入采用穴盘苗自动取苗机构，效率可达100~200株/(min·行)，是当前的研发热点；开沟器一般采用靴式或锄式结构，开沟深度可调范围为30~100mm，适配不同作物的栽植深度要求；覆土镇压装置由覆土盘和镇压轮组成，可将土壤推至秧苗根部并压实，保证秧苗直立、减少水分蒸发，提高成活率。四、插秧机与移栽机的性能检测与调整（一）插秧机的性能指标与检测方法依据NY/T987-2022《插秧机质量评价技术规范》，插秧机的主要性能指标及合格品要求为：漏插率≤5%（优等品≤3%），伤秧率≤4%（优等品≤2%），勾秧率≤3%（优等品≤1.5%），插秧深度合格率≥90%（优等品≥95%），株距合格率≥90%（优等品≥95%），作业生产率不低于标称值的90%。检测采用五点取样法，在作业田块中选取5个代表性测点，每个测点选取连续100穴秧苗，统计各项指标的合格率。作业生产率计算公式为：作业生产率（hm²/h）=（作业幅宽×前进速度×时间利用率）/10000，其中时间利用率一般取0.7~0.85，包含地头转弯、加秧、设备调整的时间损耗。（二）插秧机的常用调整方法1.取秧量调整：通过调整横向送秧距和纵向送秧量实现，横向送秧距越小、纵向送秧量越大，取秧量越多，调整后需空田试插10~20穴，验证每穴秧苗数量是否符合农艺要求。2.株距调整：通过更换传动链轮或调整无级变速机构实现，常见株距档位为12cm、14cm、16cm、18cm、20cm、25cm，常规稻宜选择较小株距，杂交稻宜选择较大株距。3.插秧深度调整：通过调整浮板的悬挂高度或插秧臂的行程限位实现，调整后需在作业中连续观察10~20穴，若出现倒秧、漂秧则适当加深，若出现深栽僵苗则适当调浅。4.秧针间隙调整：插秧爪与取秧口的间隙应保持在0.5~1mm，间隙过大易出现勾秧、伤秧，间隙过小易磨损秧针，需每作业50hm²检查调整一次。（三）移栽机的性能指标与调整要点依据NY/T1922-2022《移栽机质量评价技术规范》，移栽机的主要性能指标及合格品要求为：栽植合格率≥90%（优等品≥95%），漏栽率≤5%（优等品≤3%），伤苗率≤3%（优等品≤1.5%），株距合格率≥85%（优等品≥90%），栽植深度合格率≥90%（优等品≥95%）。移栽机的核心调整要点包括：一是栽植深度调整，通过调整开沟器的安装高度或限深轮位置实现，蔬菜移栽深度一般为30~50mm，玉米为50~80mm，油菜为20~40mm；二是株距调整，通过更换传动链轮或调整变速箱档位实现，适配不同作物的种植密度要求；三是覆土镇压强度调整，通过调整镇压轮的弹簧压力实现，土壤紧实度过松易导致秧苗倒伏，过紧易造成土壤板结影响缓苗。五、思考与练习题（一）填空题（共10题）1.按分插机构类型划分，插秧机可分为______和______两类，其中高速插秧机普遍采用______机构。2.插秧机的送秧机构分为______和______两部分，共同保证取秧量的稳定。3.依据NY/T987-2022《插秧机质量评价技术规范》，合格品的漏插率应≤______，伤秧率应≤______。4.旱地移栽机按栽植器类型可分为钳夹式、______、______、带式等，其中应用最广泛的是______式。5.乘坐式高速插秧机的分插频率可达______次/(min·行)，作业前进速度可达______m/s。6.插秧机的插秧深度可调范围一般为______mm，常用作业深度为______mm。7.吊篮式移栽机的伤苗率一般≤______，栽植合格率≥______。8.2023年我国水稻种植环节机械化率达______，高速乘坐式插秧机占插秧机保有量的比例超过______。9.插秧机浮板的主要作用是______和______。10.移栽机的核心工作部件包括______、______、开沟器、覆土镇压装置等。（二）单项选择题（共5题）1.下列哪种分插机构的分插频率最高（）A.曲柄摇杆式B.行星轮系式C.摇杆滑块式D.凸轮驱动式2.插秧机中，作为插秧深度基准的部件是（）A.行走轮B.插秧臂C.浮板D.秧箱3.下列移栽机类型中，伤苗率最低的是（）A.钳夹式B.导苗管式C.吊篮式D.旋插式4.常规水稻插秧的常用株距范围是（）A.5~10cmB.12~20cmC.25~30cmD.30~40cm5.乘坐式履带插秧机的接地比压一般小于（），以适应水田作业避免下陷。A.10kPaB.20kPaC.50kPaD.100kPa（三）判断题（共5题）1.插秧机的横向送秧距越大，单次取秧的秧苗数量越多。（）2.导苗管式移栽机只适合旱地钵苗移栽，不能用于水稻钵苗移栽。（）3.高速插秧机采用行星轮系分插机构的主要目的是降低机构振动、提高分插频率。（）4.插秧深度越大，秧苗的直立性越好，因此作业中应尽量调大插秧深度。（）5.移栽机的覆土镇压装置的作用是将秧苗周围的土壤压实，提高秧苗成活率。（）（四）简答题（共3题）1.简述插秧机的主要组成部分及各部分的功能。2.对比曲柄摇杆式与行星轮系式分插机构的工作特点与适用场景。3.简述导苗管式移栽机的工作原理及优势。（五）论述题（共1题）1.结合我国水稻种植的农艺要求与生产特点，分析插秧机与移栽机的发展趋势。参考答案（一）填空题1.曲柄摇杆式；行星轮系式（旋转式）；行星轮系式（旋转式）2.横向送秧机构；纵向送秧机构3.5%；4%4.导苗管式；吊篮式（或旋插式）；导苗管5.300~500；0.8~1.56.10~50；20~307.1.5%；95%8.78.1%；35%9.支承整机重量（减少田面下陷）；作为插秧深度基准10.喂入装置；栽植器（二）单项选择题1.B2.C3.C4.B5.B（三）判断题1.×（横向送秧距越大，单次取秧宽度越小，取秧量越少）2.×（导苗管式移栽机可适配水稻钵苗移栽）3.√4.×（插秧过深会导致缓苗期延长、僵苗，需按农艺要求调整）5.√（四）简答题1.插秧机主要由五部分组成：①动力与行走系统：为整机提供动力，驱动插秧机在水田行走，由发动机、传动装置、行走轮/履带组成；②分插机构：核心工作部件，完成取秧、带苗、插秧、出土全过程，将秧苗插入田泥；③送秧机构：分为横向送秧（驱动秧箱左右移动，保证连续取秧）和纵向送秧（向取秧口推送秧苗，稳定取秧量）；④浮板与深度调节机构：浮板支承整机重量、保护田面，同时作为插秧深度基准，深度调节机构调整插秧深度；⑤控制系统：实现行走转向、插秧启停、参数调整等功能，保障作业正常进行。2.①曲柄摇杆式分插机构：采用曲柄摇杆传动，插秧爪做近似腰圆形轨迹运动，结构简单、成本低、维护方便，但分插频率低（180~250次/(min·行)），高速作业时振动大、插秧质量下降，适用于普通型手扶、乘坐式插秧机，适合中小规模种植。②行星轮系式分插机构：采用行星轮系传动，插秧爪做理想月牙形轨迹运动，分插频率高（300~500次/(min·行)），机构平衡好、振动小，作业速度快、质量稳定，但结构复杂、成本高、维护难度大，适用于高速乘坐式插秧机，适合规模化、集约化种植。3.工作原理：作业时，人工或自动喂入装置将钵苗放入喂入杯，喂入杯转动到导苗管上方时打开，秧苗靠重力沿导苗管滑入开沟器开出的种沟，随后覆土镇压装置推土压实根部，完成栽植。优势：①伤苗率低，秧苗靠重力下落，无夹持损伤，伤苗率≤2%；②适配性强，可适配不同规格的穴盘苗、钵体苗，更换导苗管和喂入杯即可适配不同作物；③结构简单，制造成本低，维护方便，可靠性高；④作业效率较高，人工喂