基于proe的复合式水田除草器设计与运动仿真分析

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1、基于Pro/E的复合式水田除草器设计与运动仿真分析本文运用Pro/E软件设计了一种由指辊和刀辊组合的新型复合式水田除草器，工作时可对杂草进行拉拔、埋压等复合式机械作用。应用Pro/E软件中的运动仿真模块对除草关键部件进行了运动学仿真，得到了机具前进速度一定时指辊的指齿顶点在3种不同转速下工作的运动轨迹，通过对运动轨迹的分析可优化除草部件的最佳转速范围。稻田草害是水稻产量下降和品质降低的主要原因，据统计全国每年由草害引起的产量损失率在15%以上。化学除草以快速、高效、经济等优点是目前应用最广泛的一种除草方式，然而随着除草剂的大面积使用，出现了很多负面问题，如杂草的抗药性、作物药害和生态环

2、境污染等。因此，近年来机械除草、农业防除和生物防治等非化学除草技术得到了更多的研究和应用。机械除草是一种绿色的除草方式，不仅能够控制草害，而且通过除草部件与土壤的作用能够促进水稻根系对肥料的吸收，有利于水稻中后期的生长。常用的水田除草器主要有刮刀式、齿爪式和辊轮式等，主要通过切割、拉拔或埋压等机械作用完成杂草的去除工作。目前国内外水田除草器大多采用单一的机械作业方式，如日本和同产业MSJ-4型步进式水稻田间除草机，行间除草部件采用单一随动的除草辊；日本生研机构与井关和久保田公司合作开发的一种高精度水田除草机行间除草部件采用单一的旋转耙齿，然而单一的机械作用方式，除草效果很难满足要求。因

3、此，本研究设计了一种由指辊和刀辊组合的新型复合式水田除草器。采用传统的设计方法，需要制造多个物理样机，设计周期长、成本高，而虚拟样机设计可以很好地简化这一过程。Pro/ENGINEER是一款基于特征的全参数化建模软件，目前有80多个专用模块，功能强大。利用Pro/E可方便的设计除草器各零部件的三维立体模型并进行整体装配，运用其机构运动仿真模块能够进行各零部件运动干涉检查及除草部件工作时作用点的运动轨迹、位置和速度分析。1复合式水田除草器设计1.1总体设计应用Pro/E设计的复合式水田除草器主要包括前滑板、支架、指辊和刀辊4个部分，如图1。除草器总长为750mm，总宽为280mm，满足机

4、插秧稻田标准行距300mm的要求。通过设计的前滑板可上下调节除草深度10～50mm，能适应不同时期除草深度的要求；指辊和刀辊中心距设定为300mm。点击图片查看大图图1复合式除草器三维总体图在应用Pro/E装配及仿真的过程中，指辊和刀辊与支架的轴线间使用可以转动的销钉连接，水田除草器总体框架与Pro/E坐标平面之间采用滑动连接。前滑板与支架使用螺丝固定，方便上下调节。工作时，除草器挂接在水田拖拉机上，通过动力传送系统带动指辊和刀辊沿前进方向顺时针转动。指辊主要通过旋转与前进的综合作用，拉拔、扯断杂草，并将拔出和扯断的杂草向后抛出，然后由布置在其后方的刀辊将这些杂草埋压，同时起到整地的作

5、用。指辊和刀辊自身都做到不漏耕，即2者配合作用的同时，也相当于1次除草过程中作业2次，加强除草效果。1.2关键部件设计1.2.1前滑扳设计除草器工作过程中，前滑板起着重要作用，既要防止产生壅土，又要防止压苗。因此前滑板底面应该前高后低呈弧形，且侧边板应有足够的高度，如图2。此外，两侧由圆弧过度，利用除草器前进时对水面或泥面上产生的侧向分力，冲击稻苗将其分列至除草器两侧，防止稻苗被指辊或刀辊作用，降低伤苗率。点击图片查看大图图2前滑板为满足不同时期，不同除草深度的要求，所设计的前滑板与支架的相对位置可上下调节，挂接在不同的位置，除草器工作的深度不同。当滑板与支架挂接在最上面的孔时，滑板底

6、面与指辊和刀辊的高度差最小，即工作深度最浅，能适应刚插秧不久时第1次中耕除草深度10～20mm的要求；挂接在中间的孔时，能适应第2次中耕除草深度20～30mm的要求；第3阶段除草时，作物的根系发达，残留草根开始蔓延，除草工作深度为40～50mm才能达到除草的目的，此时可以挂接在下孔。1.2.2指辊和刀辊的设计指辊在工作过程中，随着指辊的旋转指齿能除掉较小的草；遇到大草、长草时，指齿通过旋转将其拔出或扯断，并将长草向后抛出。结构如图3，轮毂直径为80mm，指齿的高度为60mm，指齿宽度为25mm。每个轮毂上布置6排指齿，相邻两排指齿交错排列，可增大同一排指齿间距，减少工作阻力，且不漏草。

7、点击图片查看大图图3指辊经过指辊作用后，较小的杂草被掩埋，而拔出和扯断后的大草需要布置在后面的刀辊旋转工作实现杂草的埋压。设计的刀辊轮毂直径为80mm，刀片的高度为70mm，与指齿相比增大了杂草的埋压深度。旋转工作时，刀片与土壤的接触为面接触，对田面产生向下、向后的推力，将具有一定流动性的泥土挤压和推开，对泥的撞击和推压效果好，从而将杂草打断或掩埋。此外，刀辊还能起到碎泥整地，翻松土壤的作用，有利于水稻中后期的生长。为防止刀辊工作时，泥浆粘住辊