鮮食玉米壟作模式下的除草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

（黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程研究所，黑龍江哈爾濱市，150038） 王玉鑫 吳顯斌

1 除草機(jī)整體結(jié)構(gòu)

玉米壟作模式下的除草機(jī)應(yīng)該既為農(nóng)作物生長創(chuàng)造條件，同時(shí)減少對化學(xué)除草劑的依賴性，最大限度地保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。按照中耕農(nóng)藝的要求，玉米行間除草率應(yīng)在95%以上，同時(shí)傷苗率在5%以下[6-7]。在不傷害玉米苗的同時(shí)，最大限度的清除雜草，并且有效對田壟間的土塊實(shí)行打碎，實(shí)現(xiàn)疏松土質(zhì)的目的。本次研究開發(fā)的除草機(jī)使用模塊化設(shè)計(jì)，通過增減除草部件的單體數(shù)量改變工作幅度，從而實(shí)現(xiàn)與不同功率的拖拉機(jī)配套使用的目的。通過改變傾斜旋轉(zhuǎn)的除草部件的工作角度，實(shí)現(xiàn)平作和壟作共作模式的切換，擴(kuò)大機(jī)器的使用范圍。

除草機(jī)采用三點(diǎn)懸掛機(jī)架，機(jī)架前部有導(dǎo)向限深輪可通過控制其偏轉(zhuǎn)方向來改變整個(gè)機(jī)器的橫向移動(dòng)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整工作部件和玉米秧苗之間的間距，保證工作部件的精確對行。輥籠式除草機(jī)的核心部件是除草輥，設(shè)置在苗帶兩側(cè)，可根據(jù)壟型調(diào)整具體位置。除草輥由除草輥輪轂和多片除草刀組成，通過調(diào)整除草刀片的安裝角度改變除草輥的工作角度，其不同工作模式下的角度示意圖如圖1所示。

圖1 兩種模式下除草輥的工作示意圖

圖1 是平作模式和壟作模式下除草輥的工作模式示意圖，圖中a部件是除草輥輪轂總成，b是除草刀片，c是除草刀片的鎖緊螺旋栓。除草輥在工作時(shí)，除草機(jī)以適宜速度在田壟間行進(jìn)，除草刀片依次入土，除草輥被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。除草刀切線段的回轉(zhuǎn)半徑自軸端處開始逐漸增大，因此除草刀切線段不同位置的線速度是線性變化的。除草輥被動(dòng)滾轉(zhuǎn)的同時(shí)還相對土壤產(chǎn)生切向滑動(dòng)。多個(gè)除草刀在同一區(qū)塊內(nèi)于土壤發(fā)生滾動(dòng)和滑切運(yùn)動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致除草刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的區(qū)域產(chǎn)30mm左右的疏松土塊區(qū)，同時(shí)該區(qū)域的雜草也被切斷或連根拔起。被切下的雜草蘇子和除草輥翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力和機(jī)械自身振動(dòng)的同時(shí)影響下，雜草和土壤完全分開，并且從地底翻出，浮于泥土表面。

2 除草機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

除草機(jī)包含14個(gè)除草刀片，其輥籠直徑為4cm，配套動(dòng)力在11kW至88kW之間。一臺(tái)除草機(jī)可同時(shí)對2～8行玉米進(jìn)行除草，工作幅寬在12～18cm之間，除草行距根據(jù)實(shí)際情況控制在5～11cm。理論上除草機(jī)的深松深度在2.5～3.0cm左右，施肥的開溝深度為1～1.2cm。當(dāng)拖拉機(jī)以8.0km/h的速度行進(jìn)時(shí)，除草機(jī)可達(dá)到最佳工作狀態(tài)。除草機(jī)的除草輥軸線和垂直面之間的夾角為25°，其單側(cè)錐面和地面平行。除草刀以輪轂作為中心，其翻作深度一般在30mm左右，可以通過壓緊裝置進(jìn)行調(diào)整。除草輥的被動(dòng)轉(zhuǎn)速公式為：

公式（1）中的n是除草輥的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，v是帶動(dòng)除草機(jī)的拖拉機(jī)行進(jìn)速度，d0是除草輥的回轉(zhuǎn)直徑，γ是滑動(dòng)修正系數(shù)。通過公式可知，除草輥的真實(shí)旋轉(zhuǎn)速度與除草輥回轉(zhuǎn)直徑、拖拉機(jī)前進(jìn)速度和土壤軟硬程度有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)定，拖拉機(jī)的行進(jìn)速度在5.5km/h～8.0km/h之間。當(dāng)滑動(dòng)修正系數(shù)為1.2，即土壤條件硬度適中時(shí)，為了確保最佳的除草效果，除草輥的回轉(zhuǎn)直徑設(shè)計(jì)為98～400mm。

圖2 除草輥的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

當(dāng)除草機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，除草輥的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示。當(dāng)除草劑工作時(shí)，除草刀片在對土壤進(jìn)行切塊的同時(shí)，也必然受到土壤的反作用力，這一反作用會(huì)導(dǎo)致刀片和土壤之間存在滑移。而當(dāng)除草輥離開土壤時(shí)會(huì)帶動(dòng)土壤以一定速度向上運(yùn)動(dòng)。正是由于除草輥的這一運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，除草機(jī)才能夠?qū)⑼寥廊鏀噭?dòng)，起到良好的挖掘和翻拋?zhàn)饔谩?/p>

3 結(jié)論

在玉米壟作保護(hù)性耕種中，實(shí)現(xiàn)高效精確除草，在除草后盡量保持壟型，并且盡可能提高除草率，這是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。本次研究闡明了玉米壟作田中機(jī)械除草的重要性，并且有針對性地研發(fā)了適用于壟作田的輥籠式除草機(jī)，該除草機(jī)可同時(shí)對多行田壟進(jìn)行除草，除草率可達(dá)95%以上，將雜草根斬?cái)唷⒎龅孛娴耐瑫r(shí)，斷絕了雜草再次重生的可能性。該研究成果不僅對壟作玉米農(nóng)田有作用，還適用于其他棉花、蔬菜等作物的除草、松土等，真正意義上實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。