栅条式水田行间除草装置运动学分析与试验研究

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1、2015年5月农机化研究第5期栅条式水田行间除草装置运动学分析与试验研究刘永军，王金武，陶桂香，张春凤(东北农业大学工程学院，哈尔滨150030)摘要:为解决化学药剂控制水田杂草所带来的环境污染及杂草抗药性增强等危害，设计了一种栅条式水田行间除草装置。同时，对其工作原理进行了阐述，通过运动学分析，推导了栅条的运动轨迹方程，并在试验台上进行试验研究。试验结果表明，该装置可一次性完成对杂草的压、翻、埋等作业，且在栅条个数为10个、栅条宽度为30mm、除草深度为50mm时，除草效果最佳，除草率可达81%，满足水田作业除草性能的要

2、求。关键词:栅条;行间除草;运动学分析中图分类号:S224．1文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)05－0155－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.034草笼与支架通过中心轴连接在一起，支架通过销轴与0引言机架固定在一起，支架与机架之间通过安装预紧弹水稻作为中国的主要粮食作物，在全国粮食生产簧，形成仿形柔性连接，以防田地过硬物对栅条的损中占有举足轻重的地位。杂草是农业生态系统的重坏。要组成部分，直接与农作物争夺养分、水分、光照和空间，进而造成作物产量下降、品质降低。因此

3、，杂草的控制对保障水稻的产量与品质有着重大的意义。目前，国内稻田除草方式主要为化学除草。化学除草具有高效、省时、省力、经济的特点，其广泛使用对现代农业的发展起到了促进作用;但残留物引起的环境污染问题却越来越严重，与农业可持续发展宗旨相违背。机械除草因其具有效率高、污染小等特点，近年来逐步成为除草作业的主要发展趋势。目前，国1．轴套2．中心轴3．栅条4．销轴5．机架6．支架内尚没有成熟的水田中耕除草机械，传统的驱动式水7．弹簧8．除草圆盘田行间除草机由于幅宽较大、转弯困难，压苗现象严图1栅条式行间除草装置结构示意图重。为此，

4、设计了一种栅条式水田行间除草装置，可Fig．1Structureofgridinter－rowweedcontroldevice一次性完成对杂草的碾压、翻滚、埋覆等作业，压苗现1．2工作原理象减轻，除草效果较好。机具作业时，除草笼随机架中心轴匀速滚动前进。栅条在入土至出土过程中，3种方式可达到除草1机具结构与工作原理目的:一是栅条转动入土过程中，将杂草压入泥土中;1．1机具结构二是栅条离开泥土时，由于栅条具有一定宽度，将部栅条式水田行间除草装置主要由栅条、中心轴、分生长杂草的泥土翻离地面;三是随着栅条的转动，销轴、轴套、除

5、草圆盘、支架、机架及弹簧等部件组成，被翻离地面的泥土在重力和离心力的作用下脱离栅其结构如图1所示。栅条均匀焊接在两侧除草圆盘之条，将杂草埋覆，使其不能进行光合作用，枯萎而死。间，除草圆盘与轴套固定，共同形成了行间除草笼;除1．3关键部件设计该除草装置适用于水稻机器插秧，秧苗行距为收稿日期:2014－05－20基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(20112325110006);300mm的稻田。栅条是该除草装置的关键作业部件，黑龙江省博士后项目(LBH－Z13030)采用厚度为2mm的冷轧钢板，焊接于半径为90mm

6、的作者简介:刘永军(1986－)，男，河北魏县人，硕士研究生，(E－mail)除草圆盘上。为了防止产生压苗现象，栅条长度设计liuyongjun819@126．com。通讯作者:王金武(1970－)，男，黑龙江庆安人，教授，博士生导师。为200mm。·155·2015年5月农机化研究第5期当栅条与泥浆表面接触时，两者之间存在一定的{vx=vmsinωt夹角即入土角λ，如图2所示。该角度过大或过小都v=vcosωt(5)ym会增大栅条在入土方向上的投影面积，从而增大泥浆式中vx—A点在x轴方向的相对分速度(m/s);对栅条的

7、阻力。vy—A点在y轴方向的相对分速度(m/s)。A点的绝对速度为22v=槡(v0－vx)+vy(6)式中v—A点的绝对运动速度(m/s)。在1个周期内，栅条上任意点A的绝对运动轨迹函数方程为dS=vdt(7)ttS=∫vdt=槡2v0∫槡1－sinωtdt002πＲ0≤t≤(8)图2入土角几何示意图vmFig．2Geometricdiagramofpenetratingangle从图2中的几何关系容易得到α=π－λ－θＲ－Hθ=arccos(1){Ｒα=λ式中λ—栅条入土角(°);Ｒ—除草笼半径(mm);H—除草深度(m

8、m);θ—栅条泥浆接触点和圆心连线与水平面的夹角(°)。因此，有图3栅条运动示意图Ｒ－Hπ－arccosFig．3DiagramofgridmovementＲλ=(2)2．2除草条件分析2设杂草高度为ac，将杂草压入泥土中的有效长度2运动学分析为ab，如图4所示。当相邻两个栅条中的第一个恰好2．1栅条运