耕除草机械设计研究

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摘要：当前，国内外的水田中耕除草机，多是去除行间杂草，关于苗间杂草的去除工作基本上还处于空白状态。本文主要探讨可以同时进行苗间出除草和田间除草的新型水田中耕除草机械。在水田中耕除草过程中，除草机械除了保证较高的锄草率外，还需要保证伤苗率在5%以下，同时需要保证操作灵便，适应性强。

关键词：水田中耕；除草机械；设计

在我国，水稻生产极大的影响着我国粮食安全，水稻的质量对国民身体素质具有很大的影响。当前，我国田间除草作业中，主要使用人工除草和化学药物除草这两种方式，其中化学药剂除草是当前使用最广泛的除草方式，具有省时、省力、经济、高效的特征，但是也带来了很多问题。机械除草是一种全新的全新的除草方式，具有无污染、保证粮食安全、保证人们身体健康等优势。机械除草是农业机械化的重要环节。

1新型水田中耕除草机械关键部件机理研究

1.1苗间除草部件设计。稗草直接生长在稻田中，水稻需要在30天的育秧结束后才能进行栽种。在栽种前，需要先对稻田进行整地作业。因此在水稻移栽后，稗草也是征地后长出的新草。水稻秧苗经过育秧，将会即刻进入返青期。在水稻秧苗移栽1周后，水稻秧苗将会大量生根，并在根部顶端形成一段粗壮根系。水稻的主根将不会继续生长，保持纤细的状态。稗草的次生根并未形成，只有一个纤细的主根。根据水稻秧苗和稗草这个时期的根部差异，使弹齿刀盘和水稻根部或者稗草根据接触时，形成不同的效果。弹齿刀盘的构成包括位于秋行左右两侧的弹齿刀盘，弹齿刀盘将与杂草根部直接结合，使杂草跟随弹尺转动脱离土壤[1]。而水稻根部和弹齿发生接触时，水稻主根将会受到土壤阻力、弹齿阻力以及次生根拉力的作用，另外，水稻次生根为扁平椭圆状，与土壤之间的接触面相对比较大，受到的土壤阻力远远大于受到的主根。水稻的主根相对比较柔软，在力学性质方面，与绳子存在类似的地方，因此只可能产生拉力，受到拉力以外的力作用时，其形状将会发生极大的变化。水稻主根随着弹齿移动后，主根上端将会受到次生根的拉力，产生形变，而主根下端将会向上弯曲，不受弹齿推力作用，进而将根部完整的保留在土层中。稗草由于未进入分栗期，因此只有主根受力，跟随弹齿转动，并最终被打出土层。水稻次生根与弹齿接触时，由于力学性质与弹性体类似，因此将会随弹齿离土，造成伤苗[2]。1.2行间部件整体设计。行间除草部件包括支架、除草笼、弹簧、轴以及限位销钉等部件。行间除草笼通过螺栓和支架在机架上固定，进而达到随机身转动行进的目的；在进行行间除草时，除草笼随着机身转动，并且绕轴滚动旋转。在对除草笼的除草深度进行调整时，可以通过改变限位销钉在支架上的位置来实现。在进行除草机械的设计过程中，可以通过弹簧的设计，将除草笼作业时变为柔性连接，以免在除草的过程中发生除草笼破坏的问题。水稻秧苗之间的行距通常是300mm，为防比行间除草笼发生压伤水稻苗的情况，秋形两侧40mm之内的杂草应当通过苗间除草盘去除干净，因此除草笼的长度最适宜为220mm。行间除草笼随着机械底盘进行移动的过程中，其转动主要是通过泥土施加在除草笼上的摩擦力实现的。在行间除草笼不断转动的过程中，将会把除去的杂草压进泥土中，使其不能在与阳光发生光合作用，进而实现去除水田杂草的目的[3]。

2机具整体设计方案

2.1机具动力底盘选择。在我国，水田作业环境相对比较复杂，地块小的特点、地面凹凸不平等特点，这就决定了水田除草机械不能是大功率、大幅宽的机械，而应当是小质量、小幅宽、低功耗的小型机具。在本文中所介绍的中耕除草机，选择一种两轮式手扶拖拉机作为除草机械机具底盘以及动力装置，这个动力输出底盘具有很多的优点，具体包括以下几点：首先，我国水田地块比较小，因此进行田间除草时，除草机需要不断的转向，进而导致压苗问题发生。而本文介绍的除草机械具有作业幅宽小、转向灵活等特点。两轮底盘可以十分轻便的转向，其压苗现象明显比四轮底盘少。其次，我国水田地面凹凸不平，而且泥土比较松软，使用除草机械作业时，难免会发生下陷的问题。在除草中，除草机械下陷的程度越深，将会产生越高的伤苗率，越不容易进行控制。本文所介绍的除草机械的底盘质量小、下陷小，因此可以降低伤苗率。最后，本文介绍的除草机械底盘体积比较小，因此可以和其他的农具连接，进行相关的作业，实现一机多用、成本降低、存放方便等目的。2.2传动系统设计。本文设计的除草机械可以同时进行苗间和行间除草作业，苗间除草是依靠弹齿除草盘实现的，而行间除草是依靠行间除草笼实现的。进行行间除草时，行间除草笼主要随机具前进时依靠和土壤之间的摩擦力，进而实现旋转前进的目的，因此，行间除草笼作业时不需要对其施加外部动力。但是弹齿除草盘则需要外部动力驱动，才能实现旋转作业。本机具的体传动系统进行设计时，其设计方案为动力经底盘上的皮带轮传出，底盘带轮与除草机带轮相连并减速，小链轮通过轴和带轮相连，其动力传动主要是通过链传动，将链轮的动力传送到链轮，然后通过钢丝软轴，将动力传动到弹齿刀盘，最终完成除草作业[4]。2.3限深部件的设计。限深部件是除草剂的辅助机构，其主要构成部分包括托板、支架、滑座、滑块等。限深部件的具体结构，制成托板的材料是聚氟四乙烯苯，这种材料具有便于清理、不占泥、质量轻等特征。托板中镶有4个直径Smm、长度为200mm的钢条，其主要的作用是增加托板的刚度和强度。支架和梁连接在一起，滑块上设置有进行深度调节的长条孔，主要是通过螺栓和支架连接的。限深部件的主要作用是调节除草深度，与此同时起到支撑除草机械的作用，它需要承受大部分的整机重量。防止因水田泥面不平而造成的载荷过大、破坏传动部件以及除草部件的情况。当除草机械处于非工作状态时，限深部件可以起到支撑除草机械的作用，避免弹齿和地面接触，对弹齿刀盘造成损伤[5]。根据除草时间以及水田泥脚深度的不同，可以通过对限深部件滑块高低的调节，实现除草深度的调整。

3结语

在我国，根据水稻的生态特点以及人多地少的特征，本文设计研制的除草机械，使用手扶拖拉机作为除草机械的底盘，这个动力底盘可以和多种其他的农具连接使用，进而实现多种农业作业，实现便于存放、降低成本、一机多用的目的。行间除草机构是行间除草笼，它主要以滚动的方式前进，完成行间除草作业。苗间除草机构是弹齿刀盘，它主要以旋转的方式前进，完成苗间除草作业。本文研究设计的水田中耕除草机，可以降低伤苗率、灵巧轻便，除草效率高，适合我国的基本情况。

参考文献：

[1]多天宇.驱动式水田中耕除草机的设计与试验研究[D].东北农业大学，2016.

[2]齐龙，赵柳霖，马旭，等.3GY-1920型宽幅水田中耕除草机的设计与试验[J].农业工程学报，2017，33（8）：47-55.

[3]牛春亮，王金武，唐继武，等.稻田株间除草弹齿齿形及安装方式分析与试验[J].农机化研究，2017，39（12）：176-179.

[4]蒋郁，马旭，齐龙，等.基于Pro/E的水田除草机人机工程学设计及试验[J].农机化研究，2017，39（3）：93-97.

[5]邬立岩，齐胜，宋玉秋，等.水田作业机械仿生表面减阻机理的离散元研究[J].沈阳农业大学学报，2017，48（1）：55-62.

作者:张家源 王蔚 李卓霖 徐伟利 谭宏杰 单位:吉林省农业机械研究院