鮮食玉米壟作模式下的除草機結構設計研究

（黑龍江省農墾科學院農業工程研究所，黑龍江哈爾濱市，150038） 王玉鑫 吳顯斌

1 除草機整體結構

玉米壟作模式下的除草機應該既為農作物生長創造條件，同時減少對化學除草劑的依賴性，最大限度地保護農業生態環境。按照中耕農藝的要求，玉米行間除草率應在95%以上，同時傷苗率在5%以下[6-7]。在不傷害玉米苗的同時，最大限度的清除雜草，并且有效對田壟間的土塊實行打碎，實現疏松土質的目的。本次研究開發的除草機使用模塊化設計，通過增減除草部件的單體數量改變工作幅度，從而實現與不同功率的拖拉機配套使用的目的。通過改變傾斜旋轉的除草部件的工作角度，實現平作和壟作共作模式的切換，擴大機器的使用范圍。

除草機采用三點懸掛機架，機架前部有導向限深輪可通過控制其偏轉方向來改變整個機器的橫向移動，從而動態調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。輥籠式除草機的核心部件是除草輥，設置在苗帶兩側，可根據壟型調整具體位置。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，除草機以適宜速度在田壟間行進，除草刀片依次入土，除草輥被動旋轉。除草刀切線段的回轉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。除草輥被動滾轉的同時還相對土壤產生切向滑動。多個除草刀在同一區塊內于土壤發生滾動和滑切運動，這會導致除草刀運動經過的區域產30mm左右的疏松土塊區，同時該區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運動，在離心力和機械自身振動的同時影響下，雜草和土壤完全分開，并且從地底翻出，浮于泥土表面。

2 除草機主要設計參數

除草機包含14個除草刀片，其輥籠直徑為4cm，配套動力在11kW至88kW之間。一臺除草機可同時對2～8行玉米進行除草，工作幅寬在12～18cm之間，除草行距根據實際情況控制在5～11cm。理論上除草機的深松深度在2.5～3.0cm左右，施肥的開溝深度為1～1.2cm。當拖拉機以8.0km/h的速度行進時，除草機可達到最佳工作狀態。除草機的除草輥軸線和垂直面之間的夾角為25°，其單側錐面和地面平行。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行調整。除草輥的被動轉速公式為：

公式（1）中的n是除草輥的被動旋轉轉速，v是帶動除草機的拖拉機行進速度，d0是除草輥的回轉直徑，γ是滑動修正系數。通過公式可知，除草輥的真實旋轉速度與除草輥回轉直徑、拖拉機前進速度和土壤軟硬程度有關。根據現有規定，拖拉機的行進速度在5.5km/h～8.0km/h之間。當滑動修正系數為1.2，即土壤條件硬度適中時，為了確保最佳的除草效果，除草輥的回轉直徑設計為98～400mm。

圖2 除草輥的運動軌跡示意圖

當除草機在運動時，除草輥的運動軌跡如圖2所示。當除草劑工作時，除草刀片在對土壤進行切塊的同時，也必然受到土壤的反作用力，這一反作用會導致刀片和土壤之間存在滑移。而當除草輥離開土壤時會帶動土壤以一定速度向上運動。正是由于除草輥的這一運動特點，除草機才能夠將土壤全面攪動，起到良好的挖掘和翻拋作用。

3 結論

在玉米壟作保護性耕種中，實現高效精確除草，在除草后盡量保持壟型，并且盡可能提高除草率，這是農業發展的重點方向。本次研究闡明了玉米壟作田中機械除草的重要性，并且有針對性地研發了適用于壟作田的輥籠式除草機，該除草機可同時對多行田壟進行除草，除草率可達95%以上，將雜草根斬斷、翻出地面的同時，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，真正意義上實現了一機多用。