有机水稻除草机苗间除草装置的设计与仿真

　　摘要当前水田除草剂苗间除草装置虽然除草效率比较高，但是伤苗率也比较高。文章针对机械除草装置进行相关调查分析研究，结合除草装置的工作原理、除草原理，对弹齿盘进行仔细研究，进行改进设计、仿真试验，从中探究提高除草率和降低伤苗率的除草装置设计。

　　关键词水田除草;除草装置;仿真试验

　　1苗间除草装置的设计

　　1.1除草装置的总体结构

　　关于水田除草机苗间除草装置的设计，主要的组成结构有9个：分别是苗间除草弹齿盘、软轴传动管、从动链轮座、球铰联轴器、从动链轮、主动链轮、换向装置、液压悬挂系统以及安装架。

　　农业论文投稿刊物：中国农机化学报(双月刊)杂志创刊于1957年，是农业部南京农业机械化研究所主办的我国农机化工作的指导性和权威性刊物。

　　1.2除草装置的工作原理

　　水田秧苗苗间除草装置的工作原理：通过软轴来带动除草弹齿盘进行旋转，然后再通过弹齿盘的转动来将秧苗苗间的杂草根部带出。在带出杂草根部过程中，旋转所带出的泥土会将杂草覆盖，从而达到除草的目的。由于水田的除草作业一般都会在秧苗移栽完第7d才进行，此时水田中的秧苗生长情况要比杂草的生长情况好，所以这个时候可以用弹齿盘来将杂草除去，又不会将秧苗带出。虽然在除草过程中，始终会伴随着伤苗的现象，但是秧苗在之后的正常生长当中可以自行恢复，不会对秧苗的正常生长造成不良的影响。

　　水田苗间除草装置的动力传递过程主要是，通过拖拉机来进行动力输出，然后通过万向节传动轴来将原输出的动力传递到除草机的换向器当中，然后再通过换向器来将动力进行垂直换向。动力在换向过程中，可以通过换向器的左右输出轴来进行动力输出，然后再通过主动链轮将动力传递到被动链轮，被动链轮轴就会通过万向节的作用来将动力传递到钢丝软轴当中。此时，钢丝软轴的动力就会驱动苗间除草弹齿盘进行转动，使得弹齿盘能够在垂直于前进方向的平面内进行转动，从而达到除草。

　　在除草装置运作过程中，要了解机械部件的连接顺序，动力是由拖拉机进行输出的，然后再传递到换向器，再通过换向器的作用来将动力传递到链轮，然后再传递到软轴支撑座。软轴支撑座上的小舟就可以通过和联轴器和钢丝软轴之间的共同作用来将动力传递到除草机的弹齿盘中，从而完成动力的传递。一般情况下，弹齿盘的转速和方向都会和拖拉机输入轴的输入值相对应。在整个动力传递过程中，除草机的动力都是靠拖拉机的动力输出轴进行传递，在除草作业过程中，如果需要改变弹齿盘的转速时，可以通过调整拖拉机的动力输出轴的转速来实现，从而得到作业人员需要的作业转速，保证除草作业的正常进行。

　　1.3关键部件设计

　　秧苗的根部主要有主根和次生根，其中主根比较柔软，只能够承受得到拉力的作用力，所以当除草弹齿盘在运作过程中，秧苗的主根就会随着弹齿进行转动，当达到一定的位置时，秧苗的次生根就会给主根产生拉力的作用，从而使得秧苗的主根下端就会向上弯曲，从而起到避开弹齿推力作用的目的，所以当弹齿盘在运转过程中，弹齿会划离土壤，而秧苗的主根也不会受到伤害，可以保持完整。而秧苗的次生根一般都是一段椭圆形的粗壮根系，其力学的性质和弹性体相类似，当次生根受到外力影响的时候，会发生较小的形变，所以当弹齿盘和秧苗的次生根之间发生接触的时候，秧苗次生根就会受到弹齿的推力作用以及土壤的阻力，此时次生根就会随着弹齿而脱离土壤，从而对秧苗造成了伤害，但是在最佳的时间内，此时杂草，主要是稗草，还没有进入到分蘖期，所以除草过程中，稗草的主根就会受到影响，会随着弹齿的转动而被打出到土壤之外，从而起到了除草的目的。

　　第一，弹齿盘主要有3个部件组成，分别是套筒、轮毂、弹齿，为了减少在除草过程中对秧苗造成过大的伤害，提高除草的效率，在进行弹齿盘设计的时候，一般都会选用圆弧形的，并且具有一定倾斜角的弹齿盘，这样才能保证弹齿盘在工作过程中，可以通过旋转的作用来将杂草甩出土壤，还可以保证弹齿盘和秧苗之间实现不完全接触，减少对秧苗的伤害，提高除草效率。

　　第二，在进行换向器设计的时候，可以使用螺旋伞齿来进行换向，从而将传动的比例控制在1∶1，而通过拖拉机动力输出轴所传出的速度可以通过伞齿来进行垂直方向的换向，并且在换向器两侧进行输出。一般情况下，在进行除草装置设计的时候，应当将齿轮箱的尺寸设计为190mm×190mm×192mm，两端的动力输出轴直径应当控制在25mm。

　　第三，在进行链传动部件设计的时候，工作人员要结合弹齿盘所需要的转速以及拖拉机动力轴的转速大小来进行设计计算，然后通过计算来保证链轮的传统比例在1∶1当中。

　　第四，在进行钢丝软轴传动设计的时候，因为钢丝软轴是苗间除草部件当中重要的动力传递部件，所以在选择钢丝软轴的时候，要保证软轴能够在最小弯曲角度下都能够进行工作。在满足水田除草作业的相关要求前提下，工作人员要尽量减少软轴的弯曲次数。但是当前的除草装置设计主要的技术则是钢丝软轴传动，并且通过球铰联轴器的配合来实现开展除草作业。通过钢丝软轴进行传动，就可以简化除草装置传动系统的构造，而球铰联轴器则可以适用于不同的地形和行距，从而更好地扩大除草装置的使用范围。

　　2苗间除草装置的仿真试验

　　2.1仿真试验的条件

　　结合实际的水田环境进行模拟，并且进行秧苗的插秧工作，至于杂草，则主要采用人工播撒的方法，主要是稗草，在完成水田杂草环境模拟之后，则需要使用设计好的除草装置进行仿真实验。在试验过程中，除草装置的弹齿个数、弹齿盘角速度作为参数进行变量，其中选取除草率和伤苗率来作为评价指标，对每组试验数据进行3次的采集，然后取其中的平均值。除草率的计算方式是：作业前的杂草数量-作业后的杂草数量)/作业前的杂草数量×100%(1)而伤苗率的计算方式则是：(作业后伤苗数量+埋苗的数量)/作业前的秧苗总数×100%(2)

　　2.2仿真试验的结果

　　在试验过程中，采用了角速度为21rad/s的弹齿盘，然后计算出当弹齿数量分别是3，4，5，6，7，8时的除草率以及伤苗率，当弹齿盘的角速度在为21rad/s的时候，弹齿数量越多，其除草率就越高，但是伤苗率也越高。但是弹齿盘的角速度也会影响除草率和伤苗率，弹齿盘角速度不断增加的时候，其伤苗率和除草率都在不断地上升，所以不管是弹齿盘角速度还是弹齿个数，当其在增加的时候，伤苗率和除草率都在不断地增加，通过实验，得知当弹齿个数在5，弹齿盘角速度在25rad/s的时候，所得到的除草率以及伤苗率都是符合相关要求的。因此，在进行除草装置设计的时候，可以选择角速度为25rad/s、弹齿数量为5的弹齿盘作为最佳的弹齿盘最佳设计。

　　3结束语

　　总而言之，为了提高水田秧苗的生长速度，加强对水田除草装置的合理设计十分重要，在进行苗间除草装置设计的时候，既要提高除草率，又要降低伤苗率，这样才能达到最佳的除草效果。

　　参考文献

　　[1]蒋郁,马旭,齐龙,鹿芳媛,梁仲维,崔宏伟,郑文汉.基于Pro/E的水田除草机人机工程学设计及试验[J].农机化研究,2017,39(03):93-97.

　　[2]齐龙,梁仲维,蒋郁,马旭,武涛,芦玉龙,赵柳霖.轻型水田除草机的设计及试验[J].吉林大学学报(工学版),2016,46(03):1004-1012.

　　作者：王深研