鲜食玉米垄作模式下的除草机结构设计研究

（黑龙江省农垦科学院农业工程研究所，黑龙江哈尔滨市，150038） 王玉鑫 吴显斌

1 除草机整体结构

玉米垄作模式下的除草机应该既为农作物生长创造条件，同时减少对化学除草剂的依赖性，最大限度地保护农业生态环境。按照中耕农艺的要求，玉米行间除草率应在95%以上，同时伤苗率在5%以下[6-7]。在不伤害玉米苗的同时，最大限度的清除杂草，并且有效对田垄间的土块实行打碎，实现疏松土质的目的。本次研究开发的除草机使用模块化设计，通过增减除草部件的单体数量改变工作幅度，从而实现与不同功率的拖拉机配套使用的目的。通过改变倾斜旋转的除草部件的工作角度，实现平作和垄作共作模式的切换，扩大机器的使用范围。

除草机采用三点悬挂机架，机架前部有导向限深轮可通过控制其偏转方向来改变整个机器的横向移动，从而动态调整工作部件和玉米秧苗之间的间距，保证工作部件的精确对行。辊笼式除草机的核心部件是除草辊，设置在苗带两侧，可根据垄型调整具体位置。除草辊由除草辊轮毂和多片除草刀组成，通过调整除草刀片的安装角度改变除草辊的工作角度，其不同工作模式下的角度示意图如图1所示。

图1 两种模式下除草辊的工作示意图

图1 是平作模式和垄作模式下除草辊的工作模式示意图，图中a部件是除草辊轮毂总成，b是除草刀片，c是除草刀片的锁紧螺旋栓。除草辊在工作时，除草机以适宜速度在田垄间行进，除草刀片依次入土，除草辊被动旋转。除草刀切线段的回转半径自轴端处开始逐渐增大，因此除草刀切线段不同位置的线速度是线性变化的。除草辊被动滚转的同时还相对土壤产生切向滑动。多个除草刀在同一区块内于土壤发生滚动和滑切运动，这会导致除草刀运动经过的区域产30mm左右的疏松土块区，同时该区域的杂草也被切断或连根拔起。被切下的杂草苏子和除草辊翻转运动，在离心力和机械自身振动的同时影响下，杂草和土壤完全分开，并且从地底翻出，浮于泥土表面。

2 除草机主要设计参数

除草机包含14个除草刀片，其辊笼直径为4cm，配套动力在11kW至88kW之间。一台除草机可同时对2～8行玉米进行除草，工作幅宽在12～18cm之间，除草行距根据实际情况控制在5～11cm。理论上除草机的深松深度在2.5～3.0cm左右，施肥的开沟深度为1～1.2cm。当拖拉机以8.0km/h的速度行进时，除草机可达到最佳工作状态。除草机的除草辊轴线和垂直面之间的夹角为25°，其单侧锥面和地面平行。除草刀以轮毂作为中心，其翻作深度一般在30mm左右，可以通过压紧装置进行调整。除草辊的被动转速公式为：

公式（1）中的n是除草辊的被动旋转转速，v是带动除草机的拖拉机行进速度，d0是除草辊的回转直径，γ是滑动修正系数。通过公式可知，除草辊的真实旋转速度与除草辊回转直径、拖拉机前进速度和土壤软硬程度有关。根据现有规定，拖拉机的行进速度在5.5km/h～8.0km/h之间。当滑动修正系数为1.2，即土壤条件硬度适中时，为了确保最佳的除草效果，除草辊的回转直径设计为98～400mm。

图2 除草辊的运动轨迹示意图

当除草机在运动时，除草辊的运动轨迹如图2所示。当除草剂工作时，除草刀片在对土壤进行切块的同时，也必然受到土壤的反作用力，这一反作用会导致刀片和土壤之间存在滑移。而当除草辊离开土壤时会带动土壤以一定速度向上运动。正是由于除草辊的这一运动特点，除草机才能够将土壤全面搅动，起到良好的挖掘和翻抛作用。

3 结论

在玉米垄作保护性耕种中，实现高效精确除草，在除草后尽量保持垄型，并且尽可能提高除草率，这是农业发展的重点方向。本次研究阐明了玉米垄作田中机械除草的重要性，并且有针对性地研发了适用于垄作田的辊笼式除草机，该除草机可同时对多行田垄进行除草，除草率可达95%以上，将杂草根斩断、翻出地面的同时，断绝了杂草再次重生的可能性。该研究成果不仅对垄作玉米农田有作用，还适用于其他棉花、蔬菜等作物的除草、松土等，真正意义上实现了一机多用。