蔬菜設施小型除草機的研制

秦 貴 張艷紅

蔬菜設施小型除草機的研制

秦 貴 張艷紅

設施蔬菜種植已成為北京農業的重要組成部分，而日光溫室蔬菜種植管理過程中壟間除草已成為難題。小型電動除草機是應密云縣設施農業的要求而進行研制的，在研制過程中，綜合分析了設施壟間除草的實際情況，確定了設計總體方案，并對關鍵零部件進行了設計計算和選擇。

除草機;農業機械;研制;設施蔬菜

京郊設施農業發展迅速，尤其是設施蔬菜種植已成為北京農業的重要組成部分，在農村經濟中占有重要的地位。為了全面了解北京市設施蔬菜種植農業機械化應用狀況，果類蔬菜產業北京市創新團隊設施設備功能研究室采取會議座談、園區實地調查等多種形式，對北京市果類蔬菜產業創新團隊綜合試驗站、規模化設施農業蔬菜種植小區、設施蔬菜種植戶進行了設施蔬菜種植機械化應用現狀及需求調研。在對密云等綜合試驗站進行調研時，種植戶對日光溫室蔬菜種植管理過程中壟間除草問題反應強烈，壟間除草約占每茬蔬菜種植管理用工量的25%，并且除草勞動強度大，迫切需要小型的除草設備。

果類蔬菜產業北京市創新團隊設施設備功能研究室應調研需求、密云綜合試驗點的需要，進行了小型除草設備的網絡調研，由于我國設施農業起步較晚，日光溫室在除草環節上很少有小型設備供選擇，技術研發組根據密云綜合試驗站實際種植狀況，量身定做研制開發出小型除草設備。

1 設計要求

人工步行操作，方便提攜。除草寬度30～50 cm，除草深度2～3 cm，壟溝除草。作業效率≥267 m2·h－1，是人工效率的1.5倍。批量生產，整機造價≤600元。

2 總體方案設計

2.1 設計依據

密云綜合試驗站以日光溫室種植茄果類蔬菜為主，日光溫室結構是磚混后墻和側墻，鍍鋅鋼管龍骨。溫室長度為70 m，跨度為8.5 m，脊高一般在3.0 m左右。栽培茄果類蔬菜時需要起壟定植，壟高10～15 cm;壟面寬60～70 cm;壟溝寬30～50 cm。根據日光溫室平面種植及茄果類蔬菜種植要求，擬定小型除草機的作業路線圖(圖1)。

圖1 日光溫室平面種植及擬定除草作業路線示意圖

2.2 設計方案

2.2.1 以柴油機、汽油機為動力驅動設計方案分析 擬定以汽油機或柴油機為動力，通過減速后帶動除草輪除草。但由于日光溫室一般在茄果類蔬菜幼苗生長前期除草，除草機燃燒汽油或柴油排放的尾氣會對幼苗產生不良影響，故該方案未予采納。

2.2.2 以蓄電池、電機為動力驅動設計方案分析

以電能為動力取用方便，清潔無污染。若采用蓄電池為除草機提供動力，使用方便，但蓄電池一次投入成本高，使用壽命短，折舊費用大，增加了除草作業環節的投入。

密云綜合試驗站電力供應充沛，各日光溫室均有380 V、220 V交流電供應，根據實際情況結合用戶意見，筆者確定以交流電機為動力進行總體方案設計。

除草機工作原理是通過交流電動機驅動，減速箱減速，再通過鏈傳動帶動除草輪除草。為使除草機結構布置緊湊，采用交流電機與除草輪前后平行布置，交流電機在除草輪的后上方，單側通過鏈輪傳動將動力傳送到除草輪，并在除草輪后設置限深裝置和阻力裝置，用以限制除草輪除草入土深度及行走速度;行走地輪放置在交流電機的下方，利用機器操作者的推力，有利于在實際工作中根據不同的地面情況調整機器的前進速度。總體方案結構布置見圖2。

圖2 總體結構布置示意圖

3 關鍵零部件的設計和選擇

3.1 基本參數的確定

參閱《農業機械設計手冊》中旋耕機的相關資料。

S——除草切土節距，根據除草要求，S=2 cm;

Vm——機組行進速度，一般為操作者工作時的步行速度，取Vm=0.36 m·s－1;

z——除草輪除草刀數量，設z=6;

n——除草輪轉速，帶入相關參數求得 n=180 r·min－1

3.2 除草輪的設計計算

3.2.1 除草輪的寬度、直徑及除草刀的布置 根據試驗站茄果類蔬菜種植農藝，除草寬度為30～50 cm，故除草輪的寬度B=30 cm;根據結構位置擬定除草輪直徑D=24 cm。

為減小除草機工作阻力，除草刀片沿除草輪圓柱面成螺旋線安裝，并保證相鄰的除草刀片順序入土，以保持機具工作的穩定性 (圖3、4)。

圖3 除草輪刀片布置示意圖

圖4 除草輪刀片布置展開圖

3.2.2 除草輪功率計算 參照農業機械旋耕機的設計理論，除草輪消耗功率P:

d——耕深，根據設計要求 d=2～3 cm，取d=2.5 cm;

Vm——機組前進速度，Vm=0.36 m·s－1;

B——耕幅，即除草輪寬度B=0.3 m;

Kλ——旋耕比阻，由 《農業機械設計手冊》

表4－3－4可得，Kλ=16×1×0.95×1×0.71=10.8(N·m－2);

3.2.3 除草輪阻力計算

由于除草刀是螺旋式順序入土，阻力裝置克服除草輪阻力129.2N即可。

3.2.4 除草輪刀軸設計

除草輪刀軸采用實心軸，根據公式:

式中:T——所傳遞的扭矩，T=15.5 Nm

τp——許用扭轉剪應力，查表可知τp=25 MPa

則除草輪刀軸直徑 d≥14.7 mm，取 d=20 mm。

3.3 電機選擇

除草輪消耗功率為292 W，電機輸出效率按80%計算，則要求電機供功率365 W;根據除草機實際工作狀態和使用的方便性，選用YU80系列，功率370 W，轉速1400 r·min－1的二相交流異步電動機。

3.4 減速傳動設計

電機輸出轉速 n＇=1400 r·min－1，除草輪轉速 n=180 r·min－1，則總減速比 i=7.8∶1，故采用兩級減速設計。

3.4.1 一級減速機選用 根據電機功率和需要傳動的扭矩，查表選用ZDY型減速機，傳動比選擇i1=4.21，其中心距為80 mm，該減速機完全滿足使用要求。

③鏈傳動中心距設計:為使除草機結構緊湊，不設鏈傳動張緊裝置，其中心距應小于25 p(317.5 mm)初定中心距，當傳動比小于4時，

根據實際結構可調整設計中心距離。

4 結語

小型電動除草機主要是應密云綜合試驗站的要求研制開發而成，并進行了樣機制作和生產試驗，在生產試驗中收到了預期效果。

Manufacture of Small Weeding Machine

QIN Gui， ZHANG Yan-hong(Agriculture Machinery Testing Appraisal and Extension Station of Beijing， Beijing100079，China)

Facility vegetable planting has become an important part of Beijing agriculture.How to cut grass between ridges becomes difficulty during the processing of vegetable management in solar greenhouse.To meet the requirement of facility agriculture in Miyun county，a mini type electric weeding machine was manufactured.We analyzed the actual situation in weeding between ridges，defined a general designing program，selected and calculated the key spare parts.

Weeding machine;Agriculture mechanization;Manufacture;Facility vegetable

秦貴，高級工程師，副站長，北京市農業機械試驗鑒定推廣站，豐臺區南方莊甲60號，100079，電話:010－67697339，E-mail:qinguiyx@163.com

張艷紅，北京市農業機械試驗鑒定推廣站

2010-08-24;接受日期: 2010-09-26

果類蔬菜產業技術體系北京市創新團隊項目