耕除草機(jī)械設(shè)計(jì)研究

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摘要：當(dāng)前，國內(nèi)外的水田中耕除草機(jī)，多是去除行間雜草，關(guān)于苗間雜草的去除工作基本上還處于空白狀態(tài)。本文主要探討可以同時(shí)進(jìn)行苗間出除草和田間除草的新型水田中耕除草機(jī)械。在水田中耕除草過程中，除草機(jī)械除了保證較高的鋤草率外，還需要保證傷苗率在5%以下，同時(shí)需要保證操作靈便，適應(yīng)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：水田中耕；除草機(jī)械；設(shè)計(jì)

在我國，水稻生產(chǎn)極大的影響著我國糧食安全，水稻的質(zhì)量對(duì)國民身體素質(zhì)具有很大的影響。當(dāng)前，我國田間除草作業(yè)中，主要使用人工除草和化學(xué)藥物除草這兩種方式，其中化學(xué)藥劑除草是當(dāng)前使用最廣泛的除草方式，具有省時(shí)、省力、經(jīng)濟(jì)、高效的特征，但是也帶來了很多問題。機(jī)械除草是一種全新的全新的除草方式，具有無污染、保證糧食安全、保證人們身體健康等優(yōu)勢(shì)。機(jī)械除草是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要環(huán)節(jié)。

1新型水田中耕除草機(jī)械關(guān)鍵部件機(jī)理研究

1.1苗間除草部件設(shè)計(jì)。稗草直接生長在稻田中，水稻需要在30天的育秧結(jié)束后才能進(jìn)行栽種。在栽種前，需要先對(duì)稻田進(jìn)行整地作業(yè)。因此在水稻移栽后，稗草也是征地后長出的新草。水稻秧苗經(jīng)過育秧，將會(huì)即刻進(jìn)入返青期。在水稻秧苗移栽1周后，水稻秧苗將會(huì)大量生根，并在根部頂端形成一段粗壯根系。水稻的主根將不會(huì)繼續(xù)生長，保持纖細(xì)的狀態(tài)。稗草的次生根并未形成，只有一個(gè)纖細(xì)的主根。根據(jù)水稻秧苗和稗草這個(gè)時(shí)期的根部差異，使彈齒刀盤和水稻根部或者稗草根據(jù)接觸時(shí)，形成不同的效果。彈齒刀盤的構(gòu)成包括位于秋行左右兩側(cè)的彈齒刀盤，彈齒刀盤將與雜草根部直接結(jié)合，使雜草跟隨彈尺轉(zhuǎn)動(dòng)脫離土壤[1]。而水稻根部和彈齒發(fā)生接觸時(shí)，水稻主根將會(huì)受到土壤阻力、彈齒阻力以及次生根拉力的作用，另外，水稻次生根為扁平橢圓狀，與土壤之間的接觸面相對(duì)比較大，受到的土壤阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受到的主根。水稻的主根相對(duì)比較柔軟，在力學(xué)性質(zhì)方面，與繩子存在類似的地方，因此只可能產(chǎn)生拉力，受到拉力以外的力作用時(shí)，其形狀將會(huì)發(fā)生極大的變化。水稻主根隨著彈齒移動(dòng)后，主根上端將會(huì)受到次生根的拉力，產(chǎn)生形變，而主根下端將會(huì)向上彎曲，不受彈齒推力作用，進(jìn)而將根部完整的保留在土層中。稗草由于未進(jìn)入分栗期，因此只有主根受力，跟隨彈齒轉(zhuǎn)動(dòng)，并最終被打出土層。水稻次生根與彈齒接觸時(shí)，由于力學(xué)性質(zhì)與彈性體類似，因此將會(huì)隨彈齒離土，造成傷苗[2]。1.2行間部件整體設(shè)計(jì)。行間除草部件包括支架、除草籠、彈簧、軸以及限位銷釘?shù)炔考Ｐ虚g除草籠通過螺栓和支架在機(jī)架上固定，進(jìn)而達(dá)到隨機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)行進(jìn)的目的；在進(jìn)行行間除草時(shí)，除草籠隨著機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)，并且繞軸滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在對(duì)除草籠的除草深度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以通過改變限位銷釘在支架上的位置來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行除草機(jī)械的設(shè)計(jì)過程中，可以通過彈簧的設(shè)計(jì)，將除草籠作業(yè)時(shí)變?yōu)槿嵝赃B接，以免在除草的過程中發(fā)生除草籠破壞的問題。水稻秧苗之間的行距通常是300mm，為防比行間除草籠發(fā)生壓傷水稻苗的情況，秋形兩側(cè)40mm之內(nèi)的雜草應(yīng)當(dāng)通過苗間除草盤去除干凈，因此除草籠的長度最適宜為220mm。行間除草籠隨著機(jī)械底盤進(jìn)行移動(dòng)的過程中，其轉(zhuǎn)動(dòng)主要是通過泥土施加在除草籠上的摩擦力實(shí)現(xiàn)的。在行間除草籠不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，將會(huì)把除去的雜草壓進(jìn)泥土中，使其不能在與陽光發(fā)生光合作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去除水田雜草的目的[3]。

2機(jī)具整體設(shè)計(jì)方案

2.1機(jī)具動(dòng)力底盤選擇。在我國，水田作業(yè)環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，地塊小的特點(diǎn)、地面凹凸不平等特點(diǎn)，這就決定了水田除草機(jī)械不能是大功率、大幅寬的機(jī)械，而應(yīng)當(dāng)是小質(zhì)量、小幅寬、低功耗的小型機(jī)具。在本文中所介紹的中耕除草機(jī)，選擇一種兩輪式手扶拖拉機(jī)作為除草機(jī)械機(jī)具底盤以及動(dòng)力裝置，這個(gè)動(dòng)力輸出底盤具有很多的優(yōu)點(diǎn)，具體包括以下幾點(diǎn)：首先，我國水田地塊比較小，因此進(jìn)行田間除草時(shí)，除草機(jī)需要不斷的轉(zhuǎn)向，進(jìn)而導(dǎo)致壓苗問題發(fā)生。而本文介紹的除草機(jī)械具有作業(yè)幅寬小、轉(zhuǎn)向靈活等特點(diǎn)。兩輪底盤可以十分輕便的轉(zhuǎn)向，其壓苗現(xiàn)象明顯比四輪底盤少。其次，我國水田地面凹凸不平，而且泥土比較松軟，使用除草機(jī)械作業(yè)時(shí)，難免會(huì)發(fā)生下陷的問題。在除草中，除草機(jī)械下陷的程度越深，將會(huì)產(chǎn)生越高的傷苗率，越不容易進(jìn)行控制。本文所介紹的除草機(jī)械的底盤質(zhì)量小、下陷小，因此可以降低傷苗率。最后，本文介紹的除草機(jī)械底盤體積比較小，因此可以和其他的農(nóng)具連接，進(jìn)行相關(guān)的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、成本降低、存放方便等目的。2.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的除草機(jī)械可以同時(shí)進(jìn)行苗間和行間除草作業(yè)，苗間除草是依靠彈齒除草盤實(shí)現(xiàn)的，而行間除草是依靠行間除草籠實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行行間除草時(shí)，行間除草籠主要隨機(jī)具前進(jìn)時(shí)依靠和土壤之間的摩擦力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的目的，因此，行間除草籠作業(yè)時(shí)不需要對(duì)其施加外部動(dòng)力。但是彈齒除草盤則需要外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)作業(yè)。本機(jī)具的體傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)方案為動(dòng)力經(jīng)底盤上的皮帶輪傳出，底盤帶輪與除草機(jī)帶輪相連并減速，小鏈輪通過軸和帶輪相連，其動(dòng)力傳動(dòng)主要是通過鏈傳動(dòng)，將鏈輪的動(dòng)力傳送到鏈輪，然后通過鋼絲軟軸，將動(dòng)力傳動(dòng)到彈齒刀盤，最終完成除草作業(yè)[4]。2.3限深部件的設(shè)計(jì)。限深部件是除草劑的輔助機(jī)構(gòu)，其主要構(gòu)成部分包括托板、支架、滑座、滑塊等。限深部件的具體結(jié)構(gòu)，制成托板的材料是聚氟四乙烯苯，這種材料具有便于清理、不占泥、質(zhì)量輕等特征。托板中鑲有4個(gè)直徑Smm、長度為200mm的鋼條，其主要的作用是增加托板的剛度和強(qiáng)度。支架和梁連接在一起，滑塊上設(shè)置有進(jìn)行深度調(diào)節(jié)的長條孔，主要是通過螺栓和支架連接的。限深部件的主要作用是調(diào)節(jié)除草深度，與此同時(shí)起到支撐除草機(jī)械的作用，它需要承受大部分的整機(jī)重量。防止因水田泥面不平而造成的載荷過大、破壞傳動(dòng)部件以及除草部件的情況。當(dāng)除草機(jī)械處于非工作狀態(tài)時(shí)，限深部件可以起到支撐除草機(jī)械的作用，避免彈齒和地面接觸，對(duì)彈齒刀盤造成損傷[5]。根據(jù)除草時(shí)間以及水田泥腳深度的不同，可以通過對(duì)限深部件滑塊高低的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)除草深度的調(diào)整。

3結(jié)語

在我國，根據(jù)水稻的生態(tài)特點(diǎn)以及人多地少的特征，本文設(shè)計(jì)研制的除草機(jī)械，使用手扶拖拉機(jī)作為除草機(jī)械的底盤，這個(gè)動(dòng)力底盤可以和多種其他的農(nóng)具連接使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多種農(nóng)業(yè)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)便于存放、降低成本、一機(jī)多用的目的。行間除草機(jī)構(gòu)是行間除草籠，它主要以滾動(dòng)的方式前進(jìn)，完成行間除草作業(yè)。苗間除草機(jī)構(gòu)是彈齒刀盤，它主要以旋轉(zhuǎn)的方式前進(jìn)，完成苗間除草作業(yè)。本文研究設(shè)計(jì)的水田中耕除草機(jī)，可以降低傷苗率、靈巧輕便，除草效率高，適合我國的基本情況。

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作者:張家源 王蔚 李卓霖 徐偉利 譚宏杰 單位:吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院