复合式水稻田除草机的设计与试验

复合式水稻田除草机的设计与试验

赵柳霖;齐龙;马旭;郑文汉;林少敏;王聪;陈彬

【摘要】为了有效灭除行、株间杂草,减少伤苗率,降低化学除草剂的投入量,研制了一种复合式水稻田除草机.该机与12 kW水田拖拉机后悬挂配套,分别配备行间机械除草部件与株间除草剂喷施系统,通过机械除草部件对土壤及杂草的剪切、翻耕作用以及喷施选择性除草剂共同完成除草作业.田间试验结果表明:除草效果最佳组合为机具前进速度为0.6m/s,除草轮入土深度为6cm.由综合试验结果可知:该机平均除草率为86.7%,单位面积雾滴沉积数为35.1滴/cm2,符合机械除草与喷雾除草作业质量的要求.

【期刊名称】《农机化研究》

【年(卷),期】2018(040)003

【总页数】5页(P50-54)

【关键词】复合式;水田除草机;试验

【作者】赵柳霖;齐龙;马旭;郑文汉;林少敏;王聪;陈彬

【作者单位】华南农业大学工程学院,广州 510642;华南农业大学工程学院,广州510642;华南农业大学工程学院,广州 510642;华南农业大学工程学院,广州510642;华南农业大学工程学院,广州 510642;华南农业大学工程学院,广州510642;华南农业大学工程学院,广州 510642

【正文语种】中文

【中图分类】S224.1+4

0 引言

水稻是我国最主要的粮食作物，而稻田草害则是导致水稻产量下降和品质降低的主要原因之一[1-2]。为实现水稻的高产优质，必须有效地防控草害，目前世界范围

内水田除草方式主要有化学除草与机械除草两种。

欧美等国家水稻种植多采用飞机撒播技术，稻苗无序生长，植保机具难以下田，因此田间杂草防治以飞机喷撒化学除草剂为主，效率高但污染与浪费严重[3]。亚洲

国家的水稻种植方式通常以机械移栽为主，秧苗生长有序，杂草防治多采用除草机机械除草与喷杆式喷雾机喷施除草剂除草。喷雾机以井关JKB18C为代表机型[4]，此外还有小型背负式喷雾器、小型无人机喷药，以及撒施芽前封闭性除草剂等。化学药剂除草方便高效，但普遍存在着较大的浪费与污染。机械除草机代表机型有日本美善SMW型[5]、王金武等研制的有机水稻中耕除草机[6]等步进式水田机械除草机，以及洋马SJVP系列[7]、南京农业机械化研究所研制的2BYS-6型水田中耕除草机[8]等乘坐式水田机械除草机。但由于水田土壤特点、杂草的生长及分布规

律及水稻机械化种植的农艺要求等，导致机械除草多应用于水田行间作业，株间作业则存在着伤苗多、效率低等诸多难以解决的问题。

综上所述，施用化学除草剂是应用较广泛的一种除草方式，具有快速、高效、经济等优点，其主要有撒施芽前封闭性除草剂与喷施选择性除草剂两种方法，但均会带来药剂残留、环境污染等问题。针对此情况，应加强局部对靶低量均匀喷施除草剂技术的研究，有效减少除草剂施用量并提高其利用率。而机械除草则是一种无污染的除草方式，是农业可持续发展的一项关键技术，具有增加氧气、促进作物对养分的吸收等优点[9]；但现有除草机械多应用于稻田行间作业，株间杂草难以有效除去。

因此，为有效灭除行株间杂草、减少伤苗率及降低化学除草剂的投入量，笔者根据水田土壤的特点、杂草生长及分布规律等提出了一种行间机械、株间喷药(除草剂)相结合的联合除草技术，并研制了复合式水稻田除草机，以解决稻田杂草控制的难题。

1 整机结构设计

1.1 整机结构与工作原理

本文研制的复合式水稻田除草机主要由乘坐式插秧机底盘(水田拖拉机)、药液储存箱、后悬挂机架、株间喷雾器及行间除草轮等部件组成，如图1所示。工作前，

根据稻苗生长高度调节除草轮的安装高度，防止机架压苗；同时，调节液压升降系统使机具满足不同机械除草深度以及喷雾效果要求。工作时，机具以一定的速度前进，株间喷雾器对株间杂草进行对靶低量均匀喷施；螺旋刀齿除草轮被动旋转，向下入土剪切杂草并搅动土壤，出土时刀齿带动杂草与泥土翻转，对杂草形成剪切、翻耕、埋压等作用；两者配合完成中耕除草作业。

1.水田拖拉机

2.流量调节器

3.药液存储箱

4.除草剂输送管道

5.平衡调节结构

6.后

悬挂机架 7.株间喷雾器 8.螺旋刀齿除草轮图1 复合式水稻田除草机结构简图Fig.1 Sketch map of combined type paddy weeder

1.2 机架设计

乘坐式插秧机工作时每次插6行秧。为配套插秧机工作，本机设计的复合式水稻

田除草机机架长2.1m，配置7个除草轮，可保证接行时不漏除。机架与拖拉机后悬挂采用轴承套嵌连接并增加限位装置，使其在承重的同时两端可上下浮动从而具有一定的仿形能力，避免因田间地势起伏造成机架壅土；同时，通过平衡调节装置(开体花兰螺丝配合张紧弹簧组成)将机架与后悬挂连接，保持机架两端的平衡稳定，保证除草作业质量；机架背部安装卡扣固定喷雾管道，并在底端安装定型管，用以固定雾喷头及调节喷雾方向等。

2 除草部件设计

2.1 喷雾系统设计

喷雾作业过程中，约有20%～30%以上的细小雾滴会被气流携带向非标靶区域飘

移[10]，造成环境污染、药害等问题，这也是农药利用效率低的重要原因之一。为解决此问题同时提高药液附着率，大型喷雾机械多采用风送喷雾或风幕定向等方法[11]；但此类机械结构较复杂，不适用于复合式水稻田除草机中。本机为简化设计，配合机械除草部件，选用防飘移反射式雾喷嘴，根据杂草与作物的高度差，合理降低喷头安装高度以减少雾滴飘移距离；同时，结合除草剂喷施要求(中、粗雾)，采用低压隔膜泵并加装溢流控制阀以控制其流量及雾化效果，增加雾滴附着率，达到20～40滴/cm2叶面有效雾滴数的要求[12]。喷管采用普通压力药物喷管，并配

有自洁能力的多级过滤装置及回流搅拌装置；选用选择性除草剂氰氟草酯对株间杂草进行对靶均匀喷雾。喷雾系统原理如图2所示。

1.定压回吸装置

2.反射式雾喷头

3.溢流阀

4.液泵

5.过滤器图2 喷雾系统原理图Fig.2 Schematic of spray system

药箱容量Δ采用经验公式计算[13]，即

Δ=0.0015GBLn

(1)

其中，G为单位面积施药量；B为机组有效作业宽幅；L为地块平均长度；n为每

箱药往返作业单程次数。由式(1)可得药箱容量约为80L。

2.2 机械除草机构设计

为实现小功率水田拖拉机联合除草作业，要求除草轮工作阻力小，对土壤破坏能力强。本研究中除草轮为从动式，除草作业时除草轮与拖拉机驱动轮按照一定的轮径比转动，根据除草轮刀齿安装端点的运动轨迹(旋轮线)的特点，计算可得到最佳刀齿宽度。运动轨迹分析如图3所示。