一种新型水田中耕除草机械的设计

一种新型水田中耕除草机械的设计

【摘要】目前国内外水田中耕除草机大部分只针对行间杂草进行去除，对苗间杂草去除的研究基本处于空白状态。所以本文旨在设计一种能够同时进行行间和苗间除草的水田中耕除草机。水田中耕除草机不但要保证较高除草率且伤苗率要小于5%。其次作业时操作灵便，可适应大部分地形。

【关键词】苗间；行间；除草

0.引言

水稻的生产对我国粮食安全起着至关重要的作用，水稻的品质对国民身体素质有着重大影响。目前我国主要以化学药物除草和人工除草两种方式进行田间除草作业。化学药剂除草是目前应用最为广泛的一种除草方式，具有省力、省时、经济、高效的优点。但是化学除草的广泛应用也带来了诸多问题：①在水稻生长过程中，除草剂的广泛使用引发了环境污染、生物多样性减少、杂草群落变迁和杂草抗药性增强等问题；②降低土壤中微生物的数量及一些酶的活性，影响土壤质量和供肥能力；③除草剂在喷洒过程中，其“漂移性”可对田间其些酶的活性，影响土壤质量和供肥能力；机械除草是利用机械工程技术对杂草进行去除的一种全新作业方式。机械除草对减少农作物污染、保证粮食安全、保证广大人民群众的身体健康都具有重大意义。机械除草不但可以避免土壤污染还可以改善土壤结构、增强土壤通透性、增加土壤中的微生物，使土壤能够长期可持续的保持活力。机械除草的作业效率高、劳动强度低，可以解放农村的青壮年劳动力。机械除草是农业机械化的重要一环。为此，本文进行了一种新型的除草机的设计，对机具的传动机构、动力机构、整机结构进行设计及阐述，通过对水田中耕除草机关键部件的工作原理进行分析，完成对关键部件设计。

1.关键部件的机理研究

1.1苗间除草部件设计

稗草直接生民在稻田里，水稻要经过三十天的育秧才可以进行移栽。水稻移栽前，稻田会进行整地作业。因此水稻移栽后，稻田中的稗草是整地后刚刚长出的新草。水稻秧苗经过育秧，立刻进入返青期。水稻秧苗移栽后第七天，水稻秧苗次生根大量生成，在位于根部顶端的分节区域形成一段旱扁平椭圆状的粗壮根系。水稻主根不再生长，较为纤细。稗草的次生根还末形成，故而只有一个纤细的主根。根据此时水稻秋苗和稗草根部结构上的差异，使弹齿刀盘与稗草根部或水稻根部接触时，产生不同的效果。每套弹齿刀盘由位于秋行左右两侧的弹齿刀盘组成，弹齿刀盘采取匀速旋转前进的作业方式，弹齿刀盘与杂草根部直接接触，使杂草随弹齿转动脱离土壤。

水稻主根与弹齿接触时，水稻主根受到弹齿推力、土壤阻力、次生根拉力的作用，水稻次生根受到土壤阻力和主根的拉力作用。水稻次生根呈扁平椭圆状，

与土壤接触面积大，受到的土壤阻力远大于主根对次生根的拉力。水稻主根十分柔软，力学性质与绳子类似，只会产生拉力，且受拉力以外类型的力作用时会产生极大的形变。水稻主根随弹齿转动到一定位置时，主根上端受到来自水稻次生根的拉力作用，使水稻主根产生极大的形变。水稻主根下端向上弯曲，进而不受弹齿推力作用，弹齿独自划离土壤，水稻根部完好的保留在土壤中。稗草由于没有进入分粟期，只有主根受到土壤阻力与弹齿推力作用，稗草主根随弹齿转动，最终被打出土壤。当水稻次生根与弹齿接触时，次生根受到土壤的阻力和弹齿的推力作用。水稻次生根是一段椭圆状的粗壮根系，力学性质类似于弹性体，受到外力时发生形变较小，故而会与弹齿始终保持接触，随弹齿脱离土壤，造成伤苗。

1.2行间部件整体设计

行间除草部件主要由除草笼、支架、轴、弹簧、限位销钉等部件构成。行间除草笼由支架和螺栓固定在机架上，从而达到除草笼随机身转动前进的目的；行间除草笼随机身前进时，除草笼绕轴滚动旋转；通过改变限位销钉在支架上的位置，调节除草笼的除草深度；通过弹簧的设计可以使除草笼在行间除草时为柔性连接，避免除草时除草笼发生损坏。水稻秧苗的行间距为300mm，为防比行间除草笼发生轧苗现象，秋行两侧40mm内的杂草由苗间除草盘去除，所以除草笼长度应为220mm 。行间除草笼随除草机底盘向前移动时，依靠泥土施加于除草笼的摩擦力发生转动。在行间除草笼转动前进过程中，除草笼将行间杂草碾轧入泥土，使其不能进行光合作用，从而达到去除行间杂草的目的。

2.机具整体设计方案

2.1机具动力底盘选择

我国水田作业环境复杂、地面凹凸不平和地块小的特点决定了除草机不应为大幅宽、大功率的机具，而应为小幅宽、小质量、低功耗的小型机具。本文设计的中耕除草机选用一种两轮式手扶拖拉机作为机具底盘及动力装置。此动力输出底盘具各以下优点：①由厂我国水田地块小，田问作业时除草机转向多，会发成压苗现象。因而水田除草机应具有转向灵活、作业幅宽小的特点。两轮底盘转向轻便自如，压苗现象远小于四轮底盘。②水田地面凹凸不平、泥土松软，除草机在作业时会产生下陷。除草机下陷越深，作业中越不易控制、伤苗率越高。本机选用的底盘质量小、下陷小，对降低伤苗率有显著作用。③本机底盘体积小，可以与其他农具相连接进行相关作业，可满足一机多用、存放方便、成本较低的要求。

2.2传动系统设计

本文设计的水田中耕除草机同时进行行间和苗间除草作业，行间除草主要依靠行间除草笼完成，苗间除草主要依靠弹齿除草盘完成。行间除草笼随机具前进时依靠与土壤的摩擦力即可达到旋转前进作业的日的。行间除草笼无需外输动力。弹齿除草盘则需要动力驱动才能达到旋转作业的目的。

本机具体传动系统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，小链轮通过轴与带轮相连，经过链传动由链轮将动力传动到链轮，再经过钢丝软轴传动至弹齿刀盘进行除草作业。

2.3限深部件的设计

限深部件是除草机的辅助机构，主要由托板、滑块、滑座、支架等组成。限深部件的具体结构，托板由聚氟四乙烯苯板制成，此种材料具有质量轻、不沾泥、便于清理等特点。托板内镶有4个长200mm、直径Smm的钢条以增加托板强度和刚度。支架与梁相连，滑块上开有调节深度用的长条孔，通过螺栓与支座连接固定。限深部件主要起到调节除草深度和支撑整机的作用，其承受整机大部分重量。防止因水田泥面不平造成载荷过大，损坏除草部件和传动部件的情况发生。在非工作状态时，限深部件起到支撑作用，防止弹齿与地面接触，损坏弹齿刀盘。根据除草时间和水田泥脚深度的不同，限深部件可通过调节滑块高低来调整除草深度。

3.结论

针对国内人多地少的耕地现状及水稻的生态特点，本文研制的水田中耕除草机采用步进式手扶拖拉机作底盘，该动力底盘和不同农具配套使用，可实现多种不同作业，从而达到降低成本、便于存放、一机多用的目的。苗间除草机构为弹齿刀盘，弹齿刀盘以旋转前进的方式完成苗间除草作业。行间除草机构为除草笼，除草笼以滚动前进的方式完成行间除草作业。本文设计的手扶式水田中耕除草机，能在保证极低伤苗率的前提下有效去除行间和苗间杂草，且机身灵小方便，适用于我国水稻生产环境。[科]

【参考文献】

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