赵鹏 除草机械研究综述.doc

新疆农业大学
专业文献综述

题 目:
除草机械研究综述

姓 名:
赵鹏

学 院:
机械交通学院

专 业:
机械设计制造及其自动化

班 级:
机制084班

学 号:
083731409

成 绩：

指导教师:
张学军 职称: 教授

2012年1月20日
新疆农业大学教务处制

目 录
摘要 ……………………………………………………………………………… 1
前言 …………………………………………………………………………… 2
1 除草方式的发展及现状……………………………………………………………2
2 除草机的发展现状 …………………………………………………………………………… 3
2.11 3 ZCS － 式中耕除草机的设计………………………………………………………… 4
2.1.1 3 ZCS － 7 型复式中耕除草机的设计原理及机构 ………………………………… 4
2.1.2 关键部件除草单体、旋转轴和弹齿设计……………………………… 5
2.1.3试验结果 ………………………………………………………………… 5
2.2 果树中耕除草机的开发研制…………………………………………………… 6
2.2.1 果树中耕除草机研制目的…………………………………… 6
2.2.2 果树中耕除草机结构与特征 ……………………………… 7
2.2.3 引进果树中耕除草的效果………………………………… 7
2.3 蔬菜设施小型除草机的研制……………………………………………………………8
2.3.1 总体方案设计……………………………………………………8
2.3.2 关键零部件的设计和选择 ………………………………………………… 9
3. 总结……………………………………………………………………………9
4. 参考文献 ……………………………………………………………………… 10

除草机械研究综述
作者：赵鹏 指导教师：张学军
摘要：本文整理归纳了除草机械的开发、研究、应运及部分除草机械工作原理、工作特点、推广普及等方面的研究内容，概括了现在市场上应运广泛便捷的除草机械，包括了果园除草机械，浅耕除草机械，复式中耕除草机，蔬菜设施小型除草机等各领域广泛使用，对于除草机械的发展和研制具有指导意义。依靠劳动密集型的高质量生产技术毕竟有其限度, 确立有效地利用机械的省力型生产体系才是重要的课题。[1]

关键词：除草机械、果园除草、蔬菜除草、发展和研制、

Weeding machinery research and reviewed in this paper
Author: zhaopeng guide teacher: ZhangXue-jun

Abstract: this paper summarized the mechanical weeding up research, development, and The Times and part of the mechanical work principle, work weeding characteristic, the popularization of research contents, summarized The Times on the market now widely convenient weeding machines, including the orchard weeding machines, JianGeng weeding machines, double entry machine weeding machines, vegetables facilities small weeding machines in the areas widely used, for the development and the development of mechanical weeding has guiding significance. Rely on labor-intensive high quality production technology, after all, has its limits, establish effective use of the mechanical energy type is important topic of production system
Keywords: weeding machines, orchard weeding, JianGeng weeding, the development and the development

前言:我国的东北、西部及新疆地区是粮食主产区，这些地区耕地集中连片，特别适合集约化、规模化和大机械化作业。但是由于我国农业机械化发展长期积累的各种矛盾，仍在制约粮食种植水平和产量的提高，主要存在农业装备技术水平低、农业劳动生产率低、粮食生产成本居高不下和种粮收益不高等问题，严重影响了农民种粮的积极性，种植规模小。长期以来，大量的耕种主要靠小四轮拖拉机作动力，配套的农机装备技术含量不高，不能满足先进的农艺技术要求，导致土地产出率低。小型机械由于动力有限、耕幅窄和作业速度低等因素，完成一项作业机具需要多次进地，土壤有害压实严重，造成土壤板结，水土流失加剧[2]。农业作业项目中的中耕作业对农作物的生长及产量的提高有着至关重要的作用，其中的除草一项更为关键。另外，相应的深松、施肥和覆土项目也起着重要的作用。为此，设计研发除草机械有着十分重要的意义，必定会推动我国粮食生产登上新台阶，推动农业机械现代化和新农村。
1．除草方式的发展及现状
我国有着世界上最多的农业人口，而且农业人口占到了我国总人口的大部分，国家始终将三农问题视为国之首要，因此发展农业机械，发展生产力在我们这样一个农业大国显得尤为迫切，除草作为农业生产中最基本而又不可或缺的操作方式，对提高作物产量有着直接的影响，随着现代农业的发展，锄禾日当午，汗滴禾下土的传统劳作方式不仅耗费人力而且效率低下显然已经满足不了生产的需求，除草方式也由人工操作发展到后来的化学制剂除草，但是化学制剂有不可避免的会产生化学残留，在人们对食物质量要求越来越高的今天，绿色环保越来越被人们所关注，因此更为环保的机械式除草得到了人们的认可并迅速发展[3].。
2．除草机的发展现状
由于采用机械式除草措施，对农作物生长有很好的促进作用，同时有利于保护生态环境，减少化学除草对农作物的农药残留，提高作物的有机质含量，但与此同时怎样处理好在保证除草效率的前提下使得农作物的受损率控制在一个可接受的范围之内也是除草机械需要解决的一个难题，同时对于不同的农作物以及不同的作物生长环境也都要设计出相应的合理的除草机械，下面我们就介绍几种常见的除草机械。
2．1 3 ZCS － 7 型复式中耕除草机的设计[4]

2．1．1 3 ZCS － 7 型复式中耕除草机的设计原理及机构
设计按照大豆和玉米等农作物中耕垄作技术要求进行。要求保证耕深稳定、变异系数小、除草率高、伤苗率低、垄沟和垄侧松土效果好，侧深施肥达到技术要求以及深松深度的要求。该机在机架前部安装深松铲，在深松铲后部安装了具有抖动作用的侧深施肥的施肥开沟器，然后安装垂直旋转螺旋梳齿式除草单体，最后安装的是具有随行仿形的覆土单体。该机的优点是动力消耗少和除草效果好，可根据作业要求进行中耕、施肥、深松、除草和覆土等联合作业。由于采用机械式除草措施，对农作物生长有很好的促进作用，同时有利于保护生态环境，减少化学除草对农作物的农药残留，提高作物的有机质含量。该机的研制是保护性耕作技术推广实施中出现的新技术，填补了我国中耕机械的空白，是我国北方地区实施保护性耕作的关键配套机具。该机具与56kW 以上的拖拉机配套使用。其结构设计实现了一机多用，提高了各部分的通用性能，减少了机具的进地次数，降低了作业成本，对农作物增收效果十分明显[10]。
复式中耕除草机结构示意图如图1 所示。机具与56kW 以上的拖拉机配套使用。作业时，地轮把动力通过链条传递到中间轴，再由中间轴传递到排肥轴上，带动排肥轴施肥。肥料通过撒肥管到侧深施肥开沟器，实现垄侧深施肥;然后，再由中间轴通过不同传动比的齿轮传递给除草装置，带动垂直旋转的螺旋梳齿式除草装置工作，并根据需要选择相应的传动比，
以达到弹齿的圆周线速度。在机架和除草装置之间安装深松铲，可根据作业要求完成深松作业，在机具的后部连接覆土装置，将除草后的苗床进行覆土。该机整体结构主要有垂直旋转的螺旋梳齿式除草装置、四连杆连接随行仿形覆土装置和双横梁机架等3 部分。垂直旋转的弹齿式除草装置为对称式结构，即每行为两组对置旋转的垂直弹齿除草装置，以满足大豆
垄上双条播的农艺技术要求。四连杆连接随行仿形覆土装置通过四连杆连接达到仿形效果，同时连接在单元除草装置，从而保证除草梳齿入土除草深度及覆土高度均匀一致。

1. 覆土铲2. 覆土铲支架3. 仿形单体4. 张紧弹簧5. 四连杆6. 仿型机构悬挂架7. 肥箱8. 排肥轮9. 肥箱支架10. 机架
11. 中间轴12. 地轮13. 地轮支架14. 排肥开沟器15. 深松铲库16. 深松铲柄17. 除草单体齿轮箱18. 梳齿滚19. 吊杆20. 仿形轮
21. 梳齿22. 调整螺杆23. 仿形论支架
图1 复式中耕除草机结构示意
机具主要技术参数如下:
外形尺寸/mm: 5 600 × 2 300 × 1 850
工作幅宽/mm: 4 900
除草行距/mm: 700(可调)
深松深度/mm: 250 ～ 300(理论)
施肥开沟宽度/mm: 100 ～ 120(理论)
作业速度/ km·h － 1 : 5. 5 ～ 6
工作行数/ 行: 7
刀轴转速/ r·min － 1 : 240
配套动力: 56kW 以上拖拉机
旋转直径/mm: 350
梳齿间距/mm: 20
单元梳齿数/ 个: 8
2．1．2 关键部件除草单体旋转轴和弹齿设计
除草单体采用垂直旋转螺旋梳齿式结构，如图2所示。通过地轮由链条传动，根据拖拉机的作业速度(要求5. 5 ～ 6km/ h)，选择传动比为3:1，设计链轮。其工作原理如图3 所示。两个相对转动的梳齿滚安装在机架上，工作时在苗行两侧相对旋转，可将出生的草芽除掉，并疏松表土。
1. 安装方梁2. 套管3. 调整丝杠4. 齿轮箱5. 传动锥齿轮6. 梳齿滚7. 梳齿8. 定位螺钉

图2 螺旋梳齿式除草器结构图
1，4. 梳齿滚2. 传动齿轮3. 地轮
图3 螺旋梳齿式除草器原理图
梳齿数目计算公式为Z = ZH + H/ a － 1式中ZH—一个螺距内的齿数(常取ZH = 7 ～ 10);
a—齿迹距(根据农艺要求确定，常取a = 50 ～70mm);H/ a—应取整数。
梳齿滚的转速取决于梳齿回转直径d 及其线速度υx。一般梳齿回转直径d = 280 ～ 350mm，选取d =350mm;υx一般不大于4m/ s，选取υx = 3m/ s，过大时冲击力大，导致伤苗率增大。梳齿数目选取8，采用类似螺旋线对称排列如图3 所示。梳齿滚采用35mm 无缝钢管，梳齿滚共有14 根。
2．1．3试验结果
1) 该机实现多项作业一机完成，能够完全满足中耕、深松、侧深施肥、除草和覆土的农艺要求。
2) 该机可以实现一机多用，采用螺旋梳齿式除草器，结构合理简单，抖动式施肥装置防堵效果显著。
3) 增加了土壤保墒能力。深松、施肥、覆土和除草等联合作业减少了投入成本与作业工序。但机具前后长度增加，在作业过程中转弯半径增加，需要拖拉机增加配重，因此需要进一步优化整机结构，减少机具前后长度。
2．2果树中耕除草机的开发研制
2．2．1果树中耕除草机研制目的
果树中耕除草机的研制是以提高树冠下的中耕及除草作业效率为目的而开发的。根
据此目的, 在实现果树栽培省力化的同时, 又可以不使用除草剂或大幅度降低其使用量而
有助于改善地力和减轻环境负担。果园除草机和中耕机的开发研究是由生研机构􀀁农业机械化研究所 于1979年开始的, 已开发出多种实用型技术。就除草机而言, 开发出旋转式割草旋刀边接触树干边转动, 可除草至树干的干周除草机。同时, 开发了同样功能的拖拉机型和步行型, 步行型已经上市销售。关于中耕机, 研制出自动调节耕耘部偏移量、回避树干的耕耘回避方式, 与干周除草机具备同样功能的小型除草机安装在耕耘部的除草机兼用方式。
2．2．2果树中耕除草机结构与特征
果树中耕除草机是一种安装在拖拉机后部三链环的液压驱动式偏移型作业机械它是以有效地进行过去拖拉机装备型作业机械作业较困难的树干周边地表管理为目的而开发的为了有效地进行果树树冠下的置树中耕除草机的一大特征, 适用20ps级拖拉机如图所示为所制的机械构造。拖拉机右后轮旁的作业部通过主架和支撑臂连接拖拉机。根据果园实际情况需要改变作业部的偏移量, 为此, 主架通过液压汽缸伸缩构造而成。根据这一特征, 作业部可经中心线在175—215之间范围进行偏移量调节。而且, 在进行树列间中部作业时, 向后180度旋转支撑臂, 可与装配型作业机同样使用周割草机, 可进一步减少树干周围的除草残留量。
作业部分割草用的锤型割草机与中耕用的上切旋转两类。锤型割草机通过液压马达驱动, 可降低作业部整体高度42cm, 使其顺利进入枝下作业, 作业幅度为70cm。上切旋转动力为同样的液压式, 行进方向与车轮反向旋转进行中耕作业。除以这种方式为除草目的中耕以外, 也可以使施放在树冠下的肥料得到有效的松土吸收, 最大耕深约5cm.而不损伤树根。作业部整体高度为44cm, 作业幅度同样为70cm。割草高度与耕深的调节通过作业部手柄设置作业最低高度, 可在作业中用开关控制液压汽缸, 简单地调节割草高度和耕深参数。同时, 作业部的结构无需任何工具可从支撑臂装卸。辅助干周割草机为作业幅度30cm的旋转式割草机。它安装在两作业部上, 通过这样的组合, 作业幅度最大达100cm。干周割草机由弹簧牵引在作业部外侧, 所以, 它的构造为干周割草机的机盖一碰到树干等障碍物则
回避到拖拉机侧。这种结构作业可减少树列中部的割草残留量。
在树枝伸展的果园中如确保拖拉机通道的话, 该果树中耕除草机可进行作业部偏移量调节, 一直到树冠下的树干处机械化除草作业。使用干周割草机可对树干和树干之间进行机械化除草, 并能减少除草剂的使用量和手工作业。而且, 树列端部回行时, 作业部在拖拉机右后轮侧, 所以, 作业部辨认性能良好, 能够顺利地进行旋转方向。这种构造可与主架的连接部作为支点,以180向后转动支撑臂。通过向后转动支撑臂, 可作为拖拉机车幅内的作业机械使用。支点由一根螺栓固定, 所以, 一个人就可简单地旋动支撑臂。而且, 该螺栓也具备量栓功能,偏移作业时起到防止作业机械本体重大损坏的安全装置作用。
2．2．3引进果树中耕除草的效果
果树中耕除草机最大特征是能够有效地进行树冠下的地面管理作业。同时, 用简单的
操作方法即在作业部进行除草机或中耕机的更换。所以, 很容易对应不同的栽培方式进行
除草树冠下清耕等管理作业。树冠下作业效率高, 残留面积少, 即使进行铲草等收尾作业, 与以往相比, 也能够大幅度节省劳力, 而且在除草剂兼用的情况下, 既能大量减少使用量, 又可提高作业效率。进一步利用中耕机把施放于树冠下的有机物和肥料翻松吸收, 可达到资材有效利用的目的。也就是说, 不仅提高作业效率和资材的有效利用, 同时也降低了生产成本, 减轻了对环境的负担。果树产业环境面临严峻问题。但是, 水果是丰富、健康的饮食生活所不可欠缺的物质, 必须在调节好生产者与消费者以及环境之间的关系上来谋求水果业
的发展[11]。
2．3蔬菜设施小型除草机的研制
2．3．1总体方案设计
综合试验站以日光温室种植茄果类蔬菜为主，日光温室结构是砖混后墙和侧墙， 镀锌钢
管龙骨。温室长度为70 m， 跨度为8. 5 m， 脊高一般在3. 0 m 左右。栽培茄果类蔬菜时需要起垄定植，垄高10 ～ 15 cm; 垄面宽60 ～ 70 cm; 垄沟宽30 ～ 50 cm。根据日光温室平面种植及茄果类蔬菜种植要求， 拟定小型除草机的作业路线图
以柴油机、汽油机为动力驱动设计方案分析拟定以汽油机或柴油机为动力， 通过减速后
带动除草轮除草。但由于日光温室一般在茄果类蔬菜幼苗生长前期除草，除草机燃烧汽油或柴油排放的尾气会对幼苗产生不良影响， 故该方案未予采纳。
以蓄电池、电机为动力驱动设计方案分析以电能为动力取用方便， 清洁无污染。若采用
蓄电池为除草机提供动力， 使用方便， 但蓄电池一次投入成本高， 使用寿命短， 折旧费用大， 增加了除草作业环节的投入[7]。综合试验站电力供应充沛， 各日光温室均有380 V、220 V 交流电供应，根据实际情况结合用户意见，确定以交流电机为动力进行总体方案设计。除草机工作原理是通过交流电动机驱动， 减速箱减速，再通过链传动带动除草轮除草。为使除草机结构布置紧凑，采用交流电机与除草轮前后平行布置，交流电机在除草轮的后上方， 单侧通过链轮传动将动力传送到除草轮， 并在除草轮后设置限深装置和阻力装置，用以限制除草轮除草入土深度及行走速度; 行走地轮放置在交流电机的下方，利用机器操作者的推力， 有利于在实际工作中根据不同的地面情况调整机器的前进速度。
2．3．2关键零部件的设计和选择
参阅《农业机械设计手册》中旋耕机的相关
资料。
根据公式: S =6 000 Vm/nz
S———除草切土节距，根据除草要求，S = 2 cm;
Vm———机组行进速度，一般为操作者工作时的步行速度，取Vm = 0. 36 m·s － 1 ;
z———除草轮除草刀数量，设z = 6;
n———除草轮转速，带入相关参数求得n = 180r·min － 1
除草轮的设计计算:除草轮的宽度、直径及除草刀的布置根据试验站茄果类蔬菜种植农艺，除草宽度为30 ～50 cm，故除草轮的宽度B = 30 cm; 根据结构位置拟定除草轮直径D = 24 cm。为减小除草机工作阻力，除草刀片沿除草轮圆柱面成螺旋线安装，并保证相邻的除草刀片顺序入土，以保持机具工作的稳定性( 图3、4) 。

图3 除草轮刀片布置示意图

图4 除草轮刀片布置展开图
除草轮功率计算参照农业机械旋耕机的
设计理论，除草轮消耗功率P:P = 0. 1 × KdVmB
d———耕深，根据设计要求d = 2 ～ 3 cm， 取d = 2. 5 cm;
Vm———机组前进速度，Vm = 0. 36 m·s － 1 ;
B———耕幅，即除草轮宽度B = 0. 3 m;
Kλ———旋耕比阻， 由《农业机械设计手册》表4 － 3 － 4 可得， = 16 × 1 × 0. 95 × 1 × 0. 71 =10. 8 ( N·m － 2 ) ;则P = 0. 1 × dVmB = 0. 1 × 10. 8 × 2. 5 ×0. 36 × 0. 3 = 0. 292 ( kW)
除草轮阻力计算
根据公式P = Tn/9550,式中P = 0. 292 kW; n =180 r·min － 1则T = 9550P\n = 9550 × 0. 292180 = 15. 5 ( Nm)
根据公式T = FD\2,式中D = 24 cm = 0. 24 m 则F = 2T\D = 2 × 15. 50. 24 = 129. 2( N)
由于除草刀是螺旋式顺序入土， 阻力装置克服除草轮阻力129. 2N 即可。
除草轮刀轴设计:除草轮刀轴采用实心轴，根据公式:

式中: T———所传递的扭矩，T = 15. 5 Nm
τp———许用扭转剪应力，查表可知τp = 25 MPa则d = 17. 2 × = 14. 7 ( mm)
则除草轮刀轴直径d≥14. 7 mm， 取d = 20mm。
电机选择:除草轮消耗功率为292 W，电机输出效率按80 % 计算，则要求电机供功率365 W; 根据除草机实际工作状态和使用的方便性， 选用YU80 系列，功率370 W，转速1 400 r·min － 1 的二相交流异步电动机
减速传动设计:电机输出转速n＇ = 1 400 r·min － 1 ， 除草轮转速n = 180 r·min － 1 ，则总减速比i = 7. 8 ∶ 1，故采用两级减速设计。
一级减速机选用根据电机功率和需要传动的扭矩，查表选用ZDY 型减速机， 传动比选择
i1 = 4. 21，其中心距为80 mm，该减速机完全满足使用要求。
二级减速链传动设计根据小链轮转速i小=n电/i1= 1400/4. 21 = 332. 5 r·min － 1 以及传递的功率
P = 292 W， 由《机械设计手册》第三卷图13 －2 － 1 查得可选用8A 型单排链传动， 其节距p =
12. 7 mm。
二级减速传动比i2 = i/i1= 7. 8/4. 21 = 1. 85
1) 小链轮设计: 根据小链轮轴直径， 选小链轮齿数z小= 13， 则小链轮节圆直径为
2) 大链轮设计: 根据小链轮齿数z小= 13，二级减速传动比i2 = 1. 85， 则大链轮齿数z小= z小×i2 = 13 × 1. 85 = 24; 则大链轮节圆直径为
3)链传动中心距设计: 为使除草机结构紧凑，不设链传动张紧装置， 其中心距应小于25 p
( 317. 5 mm) 初定中心距，当传动比小于4 时，a0 = 0. 2z1( i2 + 1 ) p = 0. 2 × 13 × ( 1. 85 +1) × 12. 7 = 94. 1 ( mm)
以节距计的初定中心距
链条节数
查表k = 3. 07
链条长度L = Lp × p = 34 × 12. 7 = 431. 8 ( mm)
计算中心距ac = p ( 2Lp － z1 － z2) ka =96. 43 ( mm)
查表ka = 0. 244 93
实际中心距a = ac － Δa = ac － 0. 003ac =96. 43 × 0. 997 = 96. 14 ( mm)
根据实际结构可调整设计中心距离。
3． 总结
除草机的发展历经无数人的努力已经越来越先进，但还是依然不能满足现实的最佳要求，没有最好只有更好，我们依然需要沿着前人的足迹不断发展创新，使得除草机械向着更加科学、更加便捷、更加人性化的方向发展。希望以上所罗列的几种除草机械能够对大家有所启发。

参考文献
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