果園分級式多功能除草機(jī)

[摘 要] 為了能更加高效地除草，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高資源利用率，本設(shè)計基于現(xiàn)有除草機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將原有的一級機(jī)構(gòu)增加至現(xiàn)設(shè)計的三級機(jī)構(gòu)。三級機(jī)構(gòu)分別為縱向刀片、橫向刀片與滾筒，分別用于實現(xiàn)翻動土壤、雜草粉碎及土壤壓平和還田。通過各項數(shù)據(jù)考證，該機(jī)構(gòu)的設(shè)置合理，功能優(yōu)良，能較好地實現(xiàn)雜草清除，且能實現(xiàn)在多種不同性質(zhì)的土壤上除草。在該機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還能加裝多種裝置實現(xiàn)多方位除草，避免人力返工，保證了果樹的正常生長。

[關(guān)鍵詞] 果園;分級式;多功能;除草機(jī)

[中圖分類號] S224.15 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2019）08-123-2

雜草的存在占用了作物的生長空間，搶奪了作物營養(yǎng)，影響了其產(chǎn)量和質(zhì)量。為減少雜草對作物生長的影響，機(jī)械除草技術(shù)一直是一個主要的研究和發(fā)展方向[1]。歐美及澳大利亞的除草以施用高效除草劑為主，另加入人工智能技術(shù)，如Lee等研究出一種應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)的除草機(jī)器人[2]，可以識別株間雜草，并控制噴頭定點噴藥，可以有效去除雜草并推動除草機(jī)器人的發(fā)展，但施用化學(xué)藥劑會對土壤和作物產(chǎn)生一定影響。日本的美善株式會社研發(fā)的步進(jìn)式水田除草機(jī)的株間除草部件也具有一定特色。株間除草工作由一對隨動轉(zhuǎn)動的傘狀除草盤完成。行間除草部件與洋馬步進(jìn)式除草機(jī)類似[3]，雖然轉(zhuǎn)向靈活，但工作效率較低。但是，在中國，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計了一種株間除草裝置，通過鋼絲軟軸驅(qū)動彈齒除草盤轉(zhuǎn)動，將土壤攪動、翻轉(zhuǎn)并連同雜草翻出地表并將其覆蓋完成除草作業(yè)，除草率可達(dá)70%以上[4]，避免了施用化學(xué)藥劑，不會對土壤和作物產(chǎn)生為害，且除草率和工作效率較高。針對以上情況，本文提出一種分級式多功能除草機(jī)。

1 總體設(shè)計

如圖1所示，果園分級式多功能除草機(jī)由液壓系統(tǒng)與感應(yīng)觸桿1、滾筒2、橫向除草刀3和縱向除草刀4組成。行間除草裝置分三級進(jìn)行，前一級可以補(bǔ)償后一級所遺漏的雜草，最后一級則實現(xiàn)雜草的土壤覆蓋并還田。株間除草則利用液壓系統(tǒng)的傳遞轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)立式除草刀的自動避障功能。該機(jī)構(gòu)除草范圍較大，可以增加土壤透氣性，并將雜草還田，增加了土壤肥力。

2 除草機(jī)構(gòu)

2.1 一級機(jī)構(gòu)——縱向刀片

該設(shè)計的主要思想來源于耕地用的犁。犁在耕地時棘爪高速旋轉(zhuǎn)，以此將土翻起。將此思想應(yīng)用于除草機(jī)，土和草一并翻出，為后面的草粉碎提供了條件。同時，該設(shè)計每兩個棘輪之間留有空隙，一定程度上可以避免因土壤中存有石頭對棘爪造成損害。如圖2所示，縱向除草刀設(shè)計借鑒了耕地的犁，將犁稍加改造就可以實現(xiàn)預(yù)定功能，技術(shù)成熟，成本較低，同時后面的擋板可以避免因翻土導(dǎo)致土壤飛濺而產(chǎn)生事故。對于犁采用的材料需要根據(jù)該除草機(jī)的作業(yè)環(huán)境得出土壤濕度、硬度等參數(shù)，從而選擇合適的材料實現(xiàn)預(yù)定的功能。

2.2 二級機(jī)構(gòu)——橫向刀片

該設(shè)計將已經(jīng)翻出的草進(jìn)行二次粉碎，為后面的還田做準(zhǔn)備。如圖3所示，設(shè)計的刀片位于地下，距離地面小于一級刀片距離地面的最大距離。一方面可以將一級刀片已經(jīng)翻出的草粉碎，另一方面可以將一級刀片未割掉的草進(jìn)行二次切割。二級刀片可以在整個范圍內(nèi)進(jìn)行切割，導(dǎo)致二級刀片無法自動避讓石塊，大大提高了刀片磨損，降低了切割效率。二級刀片設(shè)計比一級刀片高，以降低二級刀片碰到石塊的概率，從而降低二級刀片的加工難度，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。

2.3 三級機(jī)構(gòu)——滾筒

如圖4所示，該滾筒的設(shè)計目的在于將在一級、二級結(jié)構(gòu)中已經(jīng)翻出的土壤壓平，從而將已經(jīng)被粉碎的草埋入土中。三級結(jié)構(gòu)相互配合，從而實現(xiàn)除草、粉碎以及還田三種功能一體的除草模式。

2.4 株間除草

如圖5所示，株間間除草時，立式除草刀在除草機(jī)兩側(cè)除草，斜拉桿保持不動。當(dāng)斜拉桿上的感應(yīng)觸桿碰到樹干時，將信號傳至液壓缸，帶動斜拉桿轉(zhuǎn)動一定角實現(xiàn)自動避讓。當(dāng)觸桿不再與樹干接觸時，斜拉桿恢復(fù)到原位置。

3 結(jié)論

在現(xiàn)今國內(nèi)外除草機(jī)械的研究相對落后、除草機(jī)械行間除草功能不完善以及株間除草功能不具備或者除草率較低的情況下，設(shè)計了一種行間和株間結(jié)合的自行式田間雜草根除粉碎機(jī)。分三級系統(tǒng)有利于清除雜草，同時達(dá)到了還田利用的功效。通過側(cè)翼自動避障立式除草刀，能在不傷及樹干的情況下清除株間雜草。該除草機(jī)能夠有效提升勞動生產(chǎn)率，避免人力返工，保證了果樹的正常生長，對果農(nóng)增收具有較好的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)

[1]馬旭，齊龍.水稻田間機(jī)械除草裝備與技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011（6）：162-168.

[2]Lee W S，Slaughter D C，Giles D K.Robotic Weed Control System for Tomatoes[J].Precision Agriculture，1999（1）：95-113.

[3]株式會社美善.水田除草兼用溝切り機(jī)：日本，2007105006[P].2007-04-26.

[4]みのる産業(yè)株式會社.除草機(jī)：日本，4038538[P].2007-11-16.