引言
2011 年，我國城鎮化率達到 51． 27% ; 2012 年，達到 52． 57% ; 2013 年，中國城鎮化率竟高達 53． 73% 。
我國農村勞動力持續下降，且由于我國耕地面積有限，生產技術相對落后，病蟲害及氣候原因等影響，如何保證糧食供給、避免糧食危機成為亟待解決的問題。水稻約占我國糧食總產量的 40% ，是我國第一大糧食作物，提高其機械化生產程度意義重大。
插秧機作為水稻機械化生產過程中的重要產品，能在品種、氣候、栽培技術及克服自然災害等條件相對穩定情況下，進一步提高水稻勞動生產率及水稻綜合生產能力。而在機插秧技術相對成熟的國家，插秧機的品種及品類則相對成熟?，F階段，國內外對插秧機產品的研究主要為獨輪乘坐式插秧機、手扶步進式插秧機及乘坐式高速插秧機3 大類。本文論述了現階段這 3 類插秧機的主要特點及其技術適用范圍; 國內外主流插秧機各自主要存在的不足和問題及機插質量不高原因分析; 最終對插秧機的發展趨勢研究方向進行分析和論述。
1 國內外發展動態
20 世紀 80 年代末，日本水稻種植機械化達 98% 。
韓國、美國、意大利等國家的水稻生產機械化水平也達到 97% 以上。多年來，水、旱田栽植機械高端技術分別被日韓及歐美壟斷。其中，日本、韓國以育苗機械移栽為主，即主要利用插秧機、拋擺機、噴苗器等設備，是將適齡秧苗按農藝要求和規范，移栽到田間的一種水稻栽培方式。通常機械移栽主要是指機械插秧。歐美國家則多見機械直播方式，有旱整地旱直播、水整地水直播、旱整地水直播等播種方法，且較適合粳稻和早稻品種。因為直播不需要育秧，簡化了農藝流程，且秧苗分蘗成穗率高、總穗數多、生育期短，做好除草防害防倒伏后，利于增產。由于移栽機械屬于復雜精準動作農業機械，研究難度大，傳統研究方法周期長，成功率也較低。
近年來，國內開始出現理論研究與計算機技術相結合。在理論創新和方法創新基礎上，通過建立栽植機械創新優化設計平臺等先進方法，大大縮短了研發周期等先進進展。2008 年，由我國水稻所自主研發的水稻缽苗機插技術，采用缽形毯狀秧盤育秧，秧盤上的秧苗呈上毯下缽，根部被一格格分開。其不僅可以做到定量、定位按缽取秧，且培育出的秧苗綜合素質好，克服了毯苗機插技術取秧不均、傷秧傷根嚴重、漏秧率高及插后返青慢等問題［4］。伴隨著雙膜育秧、軟盤育秧、拌漿育秧、機插旱育秧等技術興起，國內水稻插秧機產品更接近實際生產，可靠性及經濟性都得到提高。
1． 1 國內水稻插秧機產品現狀國內自引進日韓技術以來，企業和農機研究所等加快了自主產品的研發。相比前期國內產品呈現的整體實力不強、產品差異化、系列化程度不高，核心部件仍需進口及產品技術集中度不高等現狀，已獲得進展。
現技術較成熟產品以獨輪乘坐式為主，常見的 6行機，行距在 200 ～ 300mm 可調。一般株距在 120 ～220mm 范圍內分幾檔可調，性能及穩定性均能滿足主流需求，如春苗 2ZT － 9356B 型、華裕 2ZB － 630 型獨輪乘坐式水稻插秧機等。而因手扶式利潤相對較低，且效率偏低，較后出現如碧浪 2ZF －430 型、富來威 2Z－ 455 型、富爾代 2ZS － 4A 型、濰泰 430 型等手扶式四行插秧機產品。乘坐式高速插秧機因結構系統復雜，科技含量高，產品研發難度大。后期才出現如現代農裝公司的 2ZG630A 型、碧浪 2ZG630A、2ZG824 型等乘坐式高速插秧機，以及常州亞美柯機械設備有限公司生產的國內最先進的 2ZB － 6\\( RX － 60AM\\) 型缽苗乘坐式高速插秧機等產品。
近年來，農藝專家多年來提出的寬窄行插秧，具有避免病害、提高產量、減少倒伏的優點; 但由于沒有寬窄行插秧機而只能采用人工拉線插秧。為此，趙勻［5］、武傳宇等人的項目組發明的多種形式的寬窄行插秧機［6］，在不改變秧箱以及育秧裝置的前提下，實現了寬窄行的秧苗栽插，利于推廣，屬國際首創，有較大自主創新; 而其旱地全自動取出式缽苗移栽機［7 －8］，解決了移栽機創新的瓶頸即自動取苗機構。其利用高階變形非圓齒輪行星系結構［9］，實現了機械式自動取苗的“鷹嘴型”理想軌跡，優化創新效果突出。另外，其水、旱田全自動頂出式缽苗移栽機［10 －11］，發明了各種全自動頂出式缽苗移栽機構，具有缽盤連續運動、效率高及不存在傷秧問題等優點。上述產品，多已授權國際專利及國家發明專利等，顯示了近年來國內插秧機產品研發實力。
總體來說，國內插秧機產品研究各品類均有自主技術，基本上能夠滿足大多數生產需求，技術實力正不斷加強。特別是乘坐式高速插秧機，采用技術創新，新結構、新工藝，增添新裝置、新功能。同時，出現了技術遷移型的新興產品，可滿足更高要求的實際生產使用需要，擴大其應用范圍等趨勢較為突出。
1． 1． 1 獨輪乘坐式插秧機國產獨輪乘坐式插秧機是技術力量較為集中的類型產品，繼承了國內 20 世紀60 年代起的研發基礎，吸取日本插秧部件特點。其行走采用單輪驅動和整體浮板組合方式，陸地運輸時加裝 2 個尾輪，具有結構簡單、操縱輕便、轉彎性能良好等特點，一般可分為普通型和快速型。
普通型插秧采用分置式曲柄連桿機構。此類型獨輪乘坐式插秧機，插秧行數多為 6 行，作業幅寬 1． 8m，配套 2． 94kW 左右，作業效率 0． 13 ～0． 20 hm2/ h。
快速型插秧機采用回轉式插秧機構，取秧深度 8～ 16mm、適應泥腳深度 10 ～ 30cm，作業效率提高至0． 2 ～ 0． 4hm2/ h。其他參數與普通型類似，多數產品為 6 行或 8 行。
由于其舒適性優于手扶式，價格遠低于高速乘坐式，外加政府購機補貼，有一定性價比，因而一度成為國內重要產品機型。前期吉林延吉公司的“春苗”2ZT系列、濰坊禾田農業裝備公司的福禾 2Z － 6300 型等較優; 后期出現配備 3． 68 kW 柴油機的液壓過梗機型，動力強勁、操作靈活、過梗輕松。例如，濰坊泰山廠生產的 2Z － 6300BG2 型乘坐式液壓過梗型水稻插秧機等，屬同類產品中的差異化產品; 濰坊濰佳農業裝備公司生產的濰佳牌 2ZK － 630/8300 型插秧機，采用先進的非圓齒輪行星輪系雙分插機構，分插頻率提高較大，振動相對減少［12 －14］; 還有針對特殊泥田的、適應深泥腳設計的插秧機產品等［15］。
1． 1． 2 手扶步進式插秧機手扶步進式插秧機多采用兩輪汽油機驅動，并配有仿形平衡浮板、曲柄搖桿式插秧機構，4 行 300mm行距居多; 也有適合丘陵山區作業的 2 行手扶式等機型，配備單缸小型汽油機。其具有轉彎半徑小、作業靈活、適應性強等優點; 田角地頭均可栽插，一人即可完成作業，適于小田塊作業，且具有適宜農時，整地后不需沉淀等特點。
目前，國內較先進的當屬碧浪、松原豐谷農機等的 2ZF －430 型手扶插秧機，特點是具有左右平衡功能\\( TBS 液壓系統\\) ，整機水田通過性、適應性較高，精密切塊技術確保了插秧均勻度，液壓升降自動仿形裝置控制了插秧深度，可避免壅塞。
另外，利用變形橢圓齒輪具有非勻速傳動且傳動比調節范圍大特點，設計出的具有變形橢圓齒輪傳動后插旋轉式分插機構的手扶步進式插秧機，可形成尾部具有環扣的靜軌跡，其插秧穴口更小、更有利于保證秧苗的直立性［16 －18］。
近年來，新產品出現較快: 如江蘇隆慶公司的新洋 2ZS － 4A 型，采用星輥式 2 段秧苗移送機構、膠帶送秧機構新技術，作業輕便、效率高; 宇成公司的禾緣2ZS － 466A 型等，采用前置式往復滑桿、凸輪聯動縱向送秧機構，具有秧苗送給精準的特點。這些產品插秧效率相差不大，但技術偏重卻不盡相同。
1． 1． 3 乘坐式高速插秧機乘坐式高速插秧機產品整體特點是作業效率高，舒適性、可靠性及自動化程度均最高。近年來，多數產品開始出現差異化改進: 如加裝彌霧機，節省動力，提高效率; 部分產品配置有直播、除草、開溝、施肥、施藥、鋪紙及免耕等部件，實現了復合作業，一機多用;甚至出現了搭載旋耕機的槍管式水稻直播機等產品［19］。
目前，國內產品主要有以下幾類代表機型: ①碧浪 2ZG630A 型乘坐式高速插秧機。配備動力最大13． 4kW，旋轉式強制插秧，插秧深度 10 ～ 40mm，采用靜液壓無級傳動變速裝置\\( HST\\) ，液壓助力轉向，作業效率為 0． 2 ～ 0． 53hm2/ h。②雷沃谷神 2Z － 6G 型等雷沃 2Z 系列乘坐式高速插秧機。該類產品采用電啟動汽油機動力，配備 HMT\\( 液壓機械無極變速裝置\\) 變速箱［20 － 21］，操作簡單、構造先進、送秧膠帶較長，送秧可靠，作業效率為 0． 33 ～ 0． 6hm2/ h \\( 部分 已停產\\) 。
③科利亞 2ZK － 6 型乘坐式高速插秧機。特點是轉向靈活、性能穩定、噪聲小、仿形效果好、秧苗適應性強及維護保養簡單，作業效率 0． 27 ～ 0． 53hm2/ h。④富來威 2ZG －6DK 型。采用 TBS 自動平衡裝置，具有插秧效果好、穩定性高及田間作業快捷高效等特點。
由上述產品特點不難看出，國內乘坐式高速插秧機產品實力正在完善。技術型產品的涌現，更是針對我國農業情況，兼顧了產品的適應性、舒適性、經濟性等因素，在提高生產效率的同時，正成為國內插秧機產品的主力機型。
1． 2 國外水稻插秧機產品現狀國外插秧機產品研究起源早、技術強，配套研發成熟，機型先進豐富。以鄰國日本為例，早在 20 世紀80 年代中期，便研制出具有旋轉行星齒輪式分插機構的高速插秧機。其為現代乘坐式高速插秧機雛形，理論分插頻率可達 440 次/min; 同一時期又開發出，適合寒冷復種地區的具有旋轉滑道機構的缽苗乘坐式高速插秧機，分插頻率可達 360 次/min 等。目前，對于分插機構的參數優化，則可利用“試湊法”和基于運動學目標函數優化方法等來提高分插機構優化設計效率，提高分插頻率，進一步提高栽插效率。
發展至今，國外手扶步進式和乘坐式高速插秧機技術實力突出。手扶式主要產品有: 久保田的 SPW －48C 型，井關的 PC6 型，東洋的 PF455S 型等。這 3 類機型分別配備了 2． 57kW、3． 2kW、2． 3kW 動力，采用曲柄搖桿式、曲軸式等插植方式，多配置有準確插秧的插植爪、振擺傳感式自動水平裝置、取苗量和插植深淺調節裝置等，行距均為固定 300mm。
而其乘坐式高速插秧機產品主要有久保田的 SPU－ 68C、SPD － 8 型，前者為 7． 7kW 功率，水冷 4 沖程 2氣缸 OHC 汽油發動機，作業效率 0． 53 hm2/ h 的 6 行機，后者為 14． 7kW 的水冷柴油發動機，旋轉式強制插秧，0． 8 hm2/ h 效率的 8 行機。井關的 PG6 型為 7 /9． 9kW\\( 額定 / 最大\\) 的風冷 OHV 汽油機 \\( 連續作業無高溫\\) 動力，單回轉臂雙插秧爪機構的 6 行機。洋馬的VP6、VP8D 型，采用 7． 7kW 風冷汽油機動力，機械仿形旋轉式插植系統的 6 行機; 配備 14． 7kW 動力，回轉插秧機構，速度感應型方向盤的 8 行機。東洋的 P600型，則是采用自動液壓仿形裝置，多見配合軟盤、雙膜育苗的毯狀秧苗的機型等。上述產品的配置參數較接近，技術特點卻不盡相同，性能和質量等多方面領先于國內產品。
2 水稻插秧機存在的問題
由于需要滿足不同地區的耕種環境、氣候特征、農藝特點及購買需求等情況，插秧機產品逐漸形成了現在的分類。但不同種類產品仍然各自包含一些問題，機插質量有高有低，適用特征明顯，就單一產品的適用性、實用性等還不能完全滿足不同層次實際生產的需求。
2． 1 獨輪乘坐式插秧機問題獨輪乘坐式插秧機雖然結構緊湊、乘坐舒適，但由于其獨輪驅動加拖板底盤設計，可靠性較低，表現出適應性較差、過埂能力弱及不具備仿形功能的缺點; 且田地預整不足時，易出現漂秧漏秧現象，需進行人工補插，增加了額外勞動; 而很難體現插秧機高速插秧優勢，容易出現壅泥下陷、轉彎半徑大等問題。
這些問題造成插秧質量不穩定，影響插秧機性能的提高和推廣應用，故該類產品較適于平原大面積地區。
2． 2 手扶步進式插秧機問題手扶步進式插秧機相較于獨輪乘坐式，其舒適性不足、勞動強度更大，相較于乘坐式高速插秧機，其插秧效率、功能性、操作穩定性均有明顯差距。特別是行走時人工換擋、換擋需停車、排氣筒位置不高、發動機前置等問題，一旦輪子下陷，發動機極易進水，過水渠時更可能損壞發動機。長期作業時，其插植機構易出現松動磨損等情況，需及時調整維護，避免更大損壞及影響作業質量。由于該類產品部分易損件生產工藝要求高，故更換麻煩，價格高。
2． 3 乘坐式高速插秧機問題乘坐式高速插秧機具有技術水平高和可靠性好等特點，同樣具有價格昂貴、油耗大和使用維護成本高等缺陷。特別是國外品牌產品，價格一般在 10 ～ 20萬元不等。中央、省級財政累計補貼近 50% 以后，仍高達數萬元，一定程度上限制了其推廣。
由于該類產品栽插行數較多、效率高、單次負載秧苗較多、機身較重、為了保證完成多工況施肥除草等復合操作，發動機幾乎是滿負荷運轉，僅通過變速機構調速，油耗較大。另外，部分產品操作面板、無極變速桿和升降操縱桿等桿件眾多，操作復雜，熟練操作周期長。
3 影響機插質量的其他原因
3． 1 田地耕茬不凈，水層不適由于大田耕茬不凈、存在雜草浮渣等，機插位置及深度難于實時調整，容易造成秧針或勾秧爪的沖擊卡頓損傷，影響機插質量。
田間無水層或水層太深。田間沒有水層，既加大插秧機運行時阻力、降低機械作業效率，又不能利用水層清洗秧爪，容易出現分離針和送秧器帶泥帶秧現象，增加了漏插機率; 田面間水位太大，不僅影響移栽深度、增加漂秧，又因插秧機運行時水面起浪頭，沖擊已栽插的秧苗，增加了邊行例苗和漂秧。
3． 2 大田耕整不適度，育秧不規范大田耕整應適度，田塊應精耕細耙，做到平整，使田塊高低相差不超過 3cm 左右。另外，田泥塊應盡量上爛下實，保證插秧機作業時不陷機、不顫泥，力求插秧時達到寸水棵棵到。
育秧不規范。一方面農民集中育秧時習慣于濕潤育秧、旱育秧等，企圖增收; 而與農機相結合的機插秧大都未經集中培育、比例少，機插秧品質不齊。另一方面，床土質量不達標。蓋籽土薄厚\\( 床土厚度要求30mm 左右\\) 或粗細不宜，易造成表土板結、芽谷缺氧，1低不一，以及均勻度和整齊度較差等后果［26］。另外，育秧播種芽質差，揭膜過早或過遲，造成出苗不整齊或秧苗竄高嚴重; 受傷彎曲、秧齡太長、秧苗密度不均等因素也是導致機插質量不高的重要原因。
4 水稻插秧機發展趨勢
4． 1 國外水稻插秧機產品發展趨勢應用新概念、新技術、先進研發生產理念與以往成熟農耕應用相融合，強調“控制、自適應、可選擇”特點的功能強大、性能穩定、選擇豐富的插秧機產品正逐漸成為國外水稻插秧機產品發展的新方向。
1\\) 高性能復合式插秧機。在保證產品穩定性的同時，配置同步測深施肥、噴霧、耙地等裝置，減少作業流程。如一次作業完成機械化整地和插秧的帶有原位松土破茬刀組的插秧機。
2\\) 傳統農機及新技術融入高速插秧機。如加裝激光平地、太陽能光伏分布式發電照明裝置、懸臂式噴霧、播種器、旋耕機，以及用以檢測異物的振動隔離激光測距掃描器等機型。
3\\) 帶精確導航與定位的精細控制插秧機產品。
伴隨世界精準農業應用越來越廣，基于工程創新與信息管理概念研發的高速插秧機產品已經成為產品研究前沿。
4\\) 具有智能自適應能力的插秧機。如轉彎時自動減速，能根據行駛情況及栽插狀態自行調速，或具有行駛速度變論域自適應模糊 PID 控制算法控制系統的插秧機等。
4． 2 國內水稻插秧機產品發展趨勢進一步注重實際栽插質量及生產效率，采用更先進的關鍵結構，通過結構、原理等優化提高秧苗適應性，具有較高自動化程度的插秧機產品，將是未來國內水稻插秧機產品的發展趨勢。
1\\) 作業質量及效率進一步提高。 如利用 Solid-works、ADAMS、ANSYS 等軟件，進行關鍵部件等的虛擬樣機分析; 對秧爪運動仿形結構、軌跡等進行優化，以提高機插質量; 保證秧苗立苗直、不松散及定位、定量準確，取秧精度更高等。
2\\) 乘坐式插秧機普遍采用高速插秧結構。由傳統分秧機構—曲柄搖桿式、搖臂導桿式和轉臂滑道式，向高速分秧機構—旋轉滑道式、齒輪\\( 偏心、橢圓\\) 行 星 式、差 速 式 和 偏 心 鏈 輪 式 轉 變 和 應用。
3\\) 提高插秧機對秧苗的適應性。優化插植軌跡，設置鉤秧針活動量、改進送秧裝置、實現細微調節的精確插秧，不傷秧、不漏秧，擴大對栽插秧苗的冗余。
4\\) 提高插秧機的自動化程度，操作維護簡易化，插秧機輕量化，并保證機具的可靠性、適應性和操作靈活性等。
4． 3 水稻插秧機產品總體發展趨勢總體而言，插秧機經典產品將會更加完善，而在產品研發與更替中被保留; 使用方便、低維護、機電控制可靠及安全保護考慮周到的產品，將會在發展趨勢中被保留，而成為一段時間內，不變的研究方向。直到新的農藝要求、水稻品種變化或秧苗培育方式的改變，水稻插秧機產品的研究與發展趨勢隨之也會改變。
1\\) 設計合理、使用方便的經典產品。 傳統機型中，動力及作業效率較為恒定，而重在機插質量的插秧機產品，將進一步從生產技術及配套零件成本上優化，并逐漸成為經典產品。
2\\) 低維護、低保養成本的產品。 結構上結實耐用，如承重件多用整體式結構; 易損件采用低成本更換式或作結構加強，以降低維護率等。
3\\) 具有更加精簡可靠的電控系統的產品。除了更符合部分農戶的操作習慣外，更能防止因控制系統故障而引發的意外情況，也有利于提高其工況適應能力。
4\\) 附加更多的應急安全自保裝置的產品。如: 防止燒機油、發動機進水或秧爪卡頓，防失控自斷電保護，增設推秧板急停按鈕等。
5 結語
縱觀近代插秧機研究現狀及其發展趨勢，無論是國內還是國外，皆應根據各自實際的水稻品種、土壤狀況、氣候條件、耕作習慣、灌溉及病蟲害防治等因素，綜合考慮實際生產需求后，研發實際配套的插秧機產品。只有產品研發與改進優化緊緊圍繞滿足實際作物生產需求、人工操作意見及發揮機械高效、穩定、省力等優點的宗旨，才能最大程度上符合未來農耕對插秧機產品的需求。
參考文獻:
［1］ 路陽． 插秧機的研究現狀及發展趨勢［J］． 農機化研究2009，31\\( 7\\) : 250 － 252．
［2］ 楊祥田，王旭輝，曾孝元，等． 早稻缽形毯狀秧苗機插效果試驗［J］． 中國稻米，2012，18\\( 2\\) : 61 －63．
［3］ 張金平，王軍平，蔣宏偉． 水稻缽苗機插育秧盤: 中國，ZL 201210006834［P］． 2012 － 07 － 04．
［4］ 水稻缽苗機插技術實現稻作技術更新換代［J］． 農業科技與信息，2013\\( 11\\) : 14．
［5］ 趙勻． 栽植機械機構創新優化設計平臺的建設及應用［R］． 北京: 中國機械工業聯合會，2012．
