王金峰 王金武 閆東偉 唐 漢 周文琪

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030)

3SCJ-2型水田行間除草機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王金峰 王金武 閆東偉 唐 漢 周文琪

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院， 哈爾濱 150030)

為減少除草劑對(duì)稻米品質(zhì)的影響和解決人工除草勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種水田行間除草機(jī)。除草機(jī)采用主、被動(dòng)除草輪旋轉(zhuǎn)將雜草埋壓和挑出。建立關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)對(duì)水稻秧苗和雜草根系特點(diǎn)進(jìn)行分析，得出主動(dòng)除草輪半徑、寬度、轉(zhuǎn)速、耙齒等結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算公式，得出被動(dòng)除草輪和限深板結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)；建立主動(dòng)除草輪、被動(dòng)除草輪、機(jī)架和限深板的力學(xué)模型，推導(dǎo)出主動(dòng)除草輪的驅(qū)動(dòng)力矩。根據(jù)結(jié)構(gòu)模型、力學(xué)模型的分析結(jié)果和農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)要求，確定了主動(dòng)除草輪半徑為0.15 m，被動(dòng)除草輪半徑為0.1 m，主動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)速為0.6 r/s，耙齒數(shù)量為6，耙齒長(zhǎng)度為0.12 m，驅(qū)動(dòng)力矩為27 N·m。 對(duì)設(shè)計(jì)的水田行間除草機(jī)進(jìn)行田間試驗(yàn)和性能檢測(cè)，結(jié)果表明，除草率為78%，達(dá)到農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)的要求。

水田； 行間除草機(jī)； 除草輪； 設(shè)計(jì)； 試驗(yàn)

引言

在水稻種植過(guò)程中，減少除草劑和農(nóng)藥的使用量，是提高水稻品質(zhì)和保證水稻安全的主要途徑。為減少除草劑的使用，采用機(jī)械除草是最省時(shí)省力的方式[1]。

對(duì)于機(jī)械除草技術(shù)的研究，日本處于領(lǐng)先水平，除草機(jī)具可分為乘坐式和步進(jìn)式：乘坐式除草機(jī)工作時(shí)通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的耘鋤或耙齒除去行間雜草，沿機(jī)具前進(jìn)方向左右擺動(dòng)的梳齒或驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)的株間除草器除去株間雜草；步進(jìn)式除草機(jī)通過(guò)行走輪或行間隨動(dòng)除草輪除去行間雜草，通過(guò)株間對(duì)轉(zhuǎn)式除草器完成株間雜草的去除工作[2-8]。中國(guó)在機(jī)械除草方面起步較晚，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制并通過(guò)行間隨動(dòng)除草輥除去行間雜草，驅(qū)動(dòng)鋼絲軟軸帶動(dòng)彈齒爪盤(pán)除去株間雜草的除草機(jī)[9]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了靠耙齒式除草輪的高速旋轉(zhuǎn)除掉行間雜草的除草機(jī)[10-11]。目前，中國(guó)的一些中小企業(yè)也進(jìn)行除草機(jī)的研制，主要形式是驅(qū)動(dòng)行走除草輪除去行間雜草，但除草效果并不理想。

中國(guó)和日本的土質(zhì)不同，中國(guó)不同省份和地區(qū)的土質(zhì)差別也很大[12]，另外，中國(guó)水田邊緣處不具有除草機(jī)轉(zhuǎn)向的區(qū)域，日本的乘坐式除草機(jī)和寬幅步進(jìn)式除草機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的壓苗現(xiàn)象，因此，日本的水田除草機(jī)并不適合在中國(guó)各地區(qū)作業(yè)，而結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕的單行和雙行除草機(jī)更適合在中國(guó)作業(yè)。隨著優(yōu)質(zhì)米需求量的日益增加，水稻種植戶對(duì)水田除草機(jī)的需求也增加，亟需研制適合中國(guó)不同地區(qū)和不同土壤作業(yè)的水田除草機(jī)具[13]。本文以黑龍江省黑土為作業(yè)對(duì)象，進(jìn)行水田除草機(jī)主要參數(shù)的確定，設(shè)計(jì)適合黑龍江省作業(yè)的除草機(jī)具。

1 除草的農(nóng)藝要求

黑龍江省種植水稻為一季稻，根據(jù)積溫不同，種植時(shí)間略有不同。第三、四積溫帶在5月10日左右，氣溫12℃以上時(shí)進(jìn)行插秧，插秧后返青期長(zhǎng)，可在插秧后10～20 d進(jìn)行除草作業(yè)；第一、二積溫帶可在5月中下旬，氣溫15℃以上時(shí)進(jìn)行插秧，插秧后氣溫高，光照足，雜草生長(zhǎng)迅速，最佳除草時(shí)間為插秧后7～20 d。除草時(shí)，泥土深度0.18～0.20 m，返青后控水，泥漿層深度0.02～0.05 m，水稻行間間距0.3 m，株間間距0.12 m，行間除草作業(yè)速度低于0.67 m/s，除草率大于75%[14]。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

雙行水田除草機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于水田行間除草作業(yè)的輕簡(jiǎn)化農(nóng)業(yè)機(jī)械，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，可以單手拉起，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、主變速箱、側(cè)傳動(dòng)箱、主動(dòng)除草輪、被動(dòng)除草輪、限深板和機(jī)架等組成。其中主動(dòng)除草輪和被動(dòng)除草輪為主要工作部件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙行水田除草機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure diagram of double row weeding machine for paddy field1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱 3.提拉手柄 4.主變速箱 5.側(cè)傳動(dòng)箱 6.機(jī)架 7.扶手 8.上鏈輪 9.張緊機(jī)構(gòu) 10.被動(dòng)除草輪 11.連接板 12.主動(dòng)除草輪 13.下鏈輪 14.限深板 15.支撐板 16.菱形軸承座

發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱與主變速箱連接，主變速箱的左右兩側(cè)分別安裝側(cè)傳動(dòng)箱，側(cè)傳動(dòng)箱由等齒數(shù)的上鏈輪和下鏈輪通過(guò)鏈條構(gòu)成。主動(dòng)除草輪一端與下鏈輪輪軸通過(guò)螺栓連接，另一端與菱形軸承座鉸接，菱形軸承座安裝在連接板上，連接板與焊接在側(cè)傳動(dòng)箱上的支撐板固結(jié)。被動(dòng)除草輪和限深板兩端分別與連接板和機(jī)架連接。主變速箱、側(cè)傳動(dòng)箱、提拉手柄、扶手均與機(jī)架連接。

工作時(shí)，除草機(jī)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱和蝸輪蝸桿主變速箱將動(dòng)力傳到側(cè)傳動(dòng)箱，經(jīng)側(cè)傳動(dòng)箱的鏈傳動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)除草輪工作。轉(zhuǎn)動(dòng)張緊輪的調(diào)節(jié)螺母可調(diào)節(jié)傳動(dòng)鏈條的松緊程度。主動(dòng)除草輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)除去行間雜草，并帶動(dòng)除草機(jī)行走，被動(dòng)除草輪在泥土摩擦力的作業(yè)下轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步除去行間雜草。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵部件工作機(jī)理

水稻秧苗根系由主根和次生根組成，形成橢圓狀的粗壯根系，受到外力時(shí)變形較小，插秧7～20 d根部深度0.07～0.15 m，寬度0.1～0.2 m；雜草沒(méi)有分蘗，根系只有主根，插秧7～20 d根部深度僅有0.03～0.05 m[9]。圖2中的水稻秧苗和雜草為插秧后7～10 d時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)可進(jìn)行除草作業(yè)。如圖2所示，雙行除草機(jī)關(guān)鍵部件包括主動(dòng)除草輪、被動(dòng)除草輪和限深板。主動(dòng)除草輪的除草耙齒入土和出土?xí)r，能夠壓實(shí)和挑動(dòng)土壤，將行間雜草埋壓于土壤之中或挑出于土壤之外，使雜草無(wú)法光合作用或扎根，達(dá)到除草目的。被動(dòng)除草輪的除草耙齒作用與主動(dòng)除草輪除草耙齒相同，具有輔助除草和限制主動(dòng)除草輪工作位置作用。限深板能夠碾壓雜草，限制主動(dòng)除草輪位置，具有防止機(jī)具下陷和保持機(jī)具行走穩(wěn)定的作用[15-18]。在除草作業(yè)時(shí)，增加了水稻苗側(cè)土壤的疏松程度，有利于滲水和透氣，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育。

圖2 關(guān)鍵部件工作狀態(tài)Fig.2 Working state of key components1.雜草 2.水稻秧苗 3.被碾壓的雜草 4.限深板 5.被埋壓的雜草 6.除草耙齒 7.主動(dòng)除草輪 8.被動(dòng)除草輪 9.被挑出的雜草

3.2 主動(dòng)除草輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主動(dòng)除草輪由耙齒、除草輪軸和輪盤(pán)鉚接而成，如圖3所示。由于主動(dòng)除草輪承擔(dān)大部分的除草作業(yè)，為獲得較好的除草效果，本文對(duì)主動(dòng)除草輪的半徑、寬度、轉(zhuǎn)速以及除草耙齒長(zhǎng)度、數(shù)量、安裝位置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖3 主動(dòng)除草輪實(shí)物圖Fig.3 Photo of driving weeding wheel1.耙齒 2.除草輪軸 3.輪盤(pán)

3.2.1 主動(dòng)除草輪半徑

主動(dòng)除草輪動(dòng)力由鏈傳動(dòng)傳遞，設(shè)計(jì)的主動(dòng)除草輪半徑既要保證有效除去雜草，又要防止側(cè)傳動(dòng)箱底部與泥土接觸而增大阻力，如圖4所示。

圖4 主動(dòng)除草輪結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of driving weeding wheel

設(shè)計(jì)主動(dòng)除草輪回轉(zhuǎn)軸線與側(cè)傳動(dòng)箱底部距離為a，限深板和被動(dòng)除草輪限定主動(dòng)除草輪除草深度，并使側(cè)傳動(dòng)箱底部與泥面的距離為c，主動(dòng)除草輪泥面以下部分長(zhǎng)度為h，則主動(dòng)除草輪無(wú)滑轉(zhuǎn)時(shí)的滾動(dòng)半徑rw為

rw=a+c+h

(1)

為保證傳動(dòng)平穩(wěn)，鏈輪直徑不宜過(guò)小，設(shè)計(jì)a為0.05 m，c為0.01～0.02 m。根據(jù)雜草根系的長(zhǎng)度0.03～0.05 m，為有效除去雜草，減小滑轉(zhuǎn)，主動(dòng)除草輪在泥面以下部分長(zhǎng)度應(yīng)大于雜草根系的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)h為0.07～0.08 m，由式(1)確定rw為0.13～0.15 m。

3.2.2 耙齒長(zhǎng)度、數(shù)量和安裝位置

主動(dòng)除草輪在田間作業(yè)時(shí)，為減少磨損與功率消耗，保證作業(yè)質(zhì)量，應(yīng)該使主動(dòng)除草輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)，但由于泥土條件變化，主動(dòng)除草輪不可避免地會(huì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)[19]。主動(dòng)除草輪的滑轉(zhuǎn)程度用滑轉(zhuǎn)率δ表示，為

(2)

其中

vl=rwω

(3)

v=rω

(4)

式中vl——主動(dòng)除草輪的理論速度，m/sv——主動(dòng)除草輪的實(shí)際速度(主動(dòng)除草輪輪心平移的速度)，m/s

ω——主動(dòng)除草輪角速度，rad/s

r——主動(dòng)除草輪滾動(dòng)半徑，m

S——主動(dòng)除草輪旋轉(zhuǎn)一周機(jī)具行走距離

由式(2)～(4)可得

S=2πrw(1-δ)

(5)

如圖4所示，若作業(yè)時(shí)不漏除草，除草輪所有耙齒長(zhǎng)度之和應(yīng)大于或等于除草輪旋轉(zhuǎn)一周機(jī)具行走距離，即

bZ≥2πrw(1-δ)

(6)

式中b——耙齒長(zhǎng)度，mZ——耙齒數(shù)量

為保證主動(dòng)除草輪在工作時(shí)不被泥土堵住，耙齒不能太多，由式(6)可知，耙齒多，耙齒長(zhǎng)度可以變短，但滑轉(zhuǎn)率會(huì)增加；耙齒少，除草機(jī)工作平穩(wěn)性變差。綜合考慮，選取耙齒數(shù)量Z為6，耙齒長(zhǎng)度b為

(7)

為保證整片耙齒完全工作，耙齒入土?xí)r應(yīng)與泥面完全貼合，如圖4所示AB段的耙齒。耙齒和輪盤(pán)鉚接而成，設(shè)計(jì)時(shí)要確定耙齒和輪盤(pán)的位置，即確定OC和BC的長(zhǎng)度。

在△OAC中，lOC=a+c。由

(8)

(9)

得

(10)

3.2.3 主動(dòng)除草輪的寬度和轉(zhuǎn)速

水稻秧苗行距0.3 m，插秧7～10 d除草期間，水稻秧苗的根系寬度為0.1 m。為減少除草機(jī)在緩苗后對(duì)水稻秧苗的損傷，同時(shí)考慮主變速箱和側(cè)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)寬度，主動(dòng)除草輪的設(shè)計(jì)寬度為0.15～0.18 m。

主動(dòng)除草輪的動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，為選擇發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型和主變速箱的傳動(dòng)比，需要確定除草輪的轉(zhuǎn)速，根據(jù)農(nóng)藝要求，除草機(jī)的作業(yè)速度(主動(dòng)除草輪輪心平移的速度)v低于0.67 m/s，由式(4)、(5)可知主動(dòng)除草輪的角速度ω為

(11)

主動(dòng)除草輪的轉(zhuǎn)速n為

(12)

3.3 被動(dòng)除草輪和限深板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

被動(dòng)除草輪是靠泥土對(duì)耙齒的摩擦力驅(qū)動(dòng)除草輪旋轉(zhuǎn)，具有輔助除草和限制主動(dòng)除草輪工作位置的作用，其結(jié)構(gòu)與主動(dòng)除草輪相似。工作時(shí)，被動(dòng)除草輪回轉(zhuǎn)軸線與主動(dòng)除草輪回轉(zhuǎn)軸線在同一平面上，并與泥面平行，在泥面以下的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度l與雜草長(zhǎng)度相等。被動(dòng)除草輪(無(wú)滑轉(zhuǎn)、無(wú)滑移)的滾動(dòng)半徑rv為

rv=a+c+l

(13)

被動(dòng)除草輪寬度與主動(dòng)除草輪寬度相同，被動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)速與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)，被動(dòng)除草輪耙齒的數(shù)量和安裝角度設(shè)計(jì)方法與主動(dòng)除草輪相似，耙齒長(zhǎng)度在保證滾動(dòng)半徑rv以及入土?xí)r與泥面完全貼合的前提下，可適當(dāng)調(diào)整。

限深板能夠碾壓雜草，限制主動(dòng)除草輪位置，起到防止機(jī)具下陷和保持機(jī)具行走穩(wěn)定的作用。限深板底面與泥面接觸，限深板上面與主動(dòng)除草輪和被動(dòng)除草輪回轉(zhuǎn)軸線在同一平面即可。限深板寬度與主動(dòng)除草輪寬度相同。為減小除草機(jī)的工作阻力，限深板設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和限深板的寬度相同，與泥面接觸長(zhǎng)度為限深板長(zhǎng)度的1/2即可。

4 除草機(jī)受力分析

除草機(jī)與泥土接觸的部件為主動(dòng)除草輪、被動(dòng)除草輪和限深板。為選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和主變速箱的類(lèi)型，還需要確定除草機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，因此，本文將對(duì)主動(dòng)除草輪、被動(dòng)除草輪、機(jī)架和限深板(發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱、主變速箱、側(cè)傳動(dòng)箱、機(jī)架、限深板作為一個(gè)整體為研究對(duì)象，簡(jiǎn)稱(chēng)“機(jī)架和限深板”)進(jìn)行受力分析，如圖5所示。

圖5 關(guān)鍵部件受力分析Fig.5 Force analysis of key components

設(shè)除草機(jī)前行走方向與x軸正方向相同，被動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O1與主動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O2的距離為d1，限深板質(zhì)心點(diǎn)與主動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O2的距離為d2，機(jī)架(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱、主變速箱、側(cè)傳動(dòng)箱和機(jī)架)的重力為G，鉸鏈點(diǎn)O1、O2和限深板質(zhì)心所分配的重力分別為0.1G、0.5G和0.4G，如圖5a所示。

主動(dòng)除草輪和被動(dòng)除草輪入土部分受到泥土法向力的作用，同時(shí)受到泥土摩擦力的作用。法向力和摩擦力隨泥土性能、除草輪形狀和位置不同而變化，合力作用點(diǎn)的位置也可能變化[19]。由于耙齒對(duì)泥面的垂直擠壓發(fā)生在第四象限，可以確定合力作用點(diǎn)是在第四象限某處。假設(shè)圖5b的A點(diǎn)和圖5c的B是合力的作用點(diǎn)，將此力分解為水平分力R和垂直分力N。

如圖5c所示，當(dāng)主動(dòng)除草輪做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，力的平衡方程為

∑Fx=R2-F2=0

(14)

∑Fy=N2-W2-G2=0

(15)

∑MO2=N2kc2+R2h2-Md=0

(16)

式中R2——泥土合力對(duì)主動(dòng)除草輪的作用力在x軸方向分力，N

F2——主動(dòng)除草輪牽引的機(jī)架對(duì)主動(dòng)除草輪的作用力，N

N2——泥土合力對(duì)主動(dòng)除草輪的作用力在y軸方向分力，N

Md——驅(qū)動(dòng)力矩，N·m

W2——機(jī)架和限深板對(duì)鉸鏈點(diǎn)O2的載荷，N

G2——主動(dòng)除草輪的重力，N

kc2——合力作用點(diǎn)B與y軸的距離，mm

h2——合力作用點(diǎn)B與x軸的距離，mm

如圖5b所示，當(dāng)被動(dòng)除草輪做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，力的平衡方程為

∑Fx=F1-R1=0

(17)

∑Fy=N1-W1-G1=0

(18)

∑MO1=N1kc1-R1h1=0

(19)

式中R1——泥土合力對(duì)被動(dòng)除草輪的作用力在x軸方向分力，NF1——機(jī)架和限深板對(duì)被動(dòng)除草輪的拉力，N

N1——泥土合力對(duì)被動(dòng)除草輪的作用力在y軸方向分力，N

W1——機(jī)架和限深板對(duì)鉸鏈點(diǎn)O1的載荷，N

G1——被動(dòng)除草輪的重力，N

kc1——合力作用點(diǎn)A與y軸的距離，mm

h1——合力作用點(diǎn)A與x軸的距離，mm

如圖5a所示，當(dāng)機(jī)架和限深板做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，力的平衡方程為

∑Fx=F′2-F′1-Fd=0

(20)

∑Fy=W′1+W′2+Nd-G3-G=0

(21)

∑MO2=0.1Gd1+Ndd2+M′d-

W′1d1-Fdd3-(G3+0.4G)d2=0

(22)

式中F′1——被動(dòng)除草輪對(duì)機(jī)架的拉力，NF′2——主動(dòng)除草輪牽引機(jī)架的作用力，N

Fd——泥土對(duì)限深板的摩擦力，N

W′1——被動(dòng)除草輪對(duì)鉸鏈點(diǎn)O1的載荷，N

W′2——主動(dòng)除草輪對(duì)鉸鏈點(diǎn)O2的載荷，N

Nd——泥土對(duì)限深板的載荷，N

G3——限深板重力，N

G——機(jī)架重力，N

M′d——驅(qū)動(dòng)力矩對(duì)鉸鏈點(diǎn)O2的反作用力矩，N·m

式(14)～(22)中，W1=W′1，W2=W′2，F(xiàn)1=F′1，F(xiàn)2=F′2，R1=fr1N1，R2=fr2N2，F(xiàn)d=μN(yùn)d，fr1和fr2為滾動(dòng)摩擦因數(shù)，μ為滑動(dòng)摩擦因數(shù)。

選取R2最大時(shí)，設(shè)計(jì)除草機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩。

假設(shè)fr1=fr2=μ=1，則R1=N1，R2=N2，F(xiàn)d=Nd，將式(15)代入式(16)得

Md=(W2+G2)(kc2+h2)

(23)

由式(20)、(21)、(14)、(17)、(15)、(18)得

Fd=F′2-F′1=F2-F1=R2-R1=

N2-N1=G2+W2-(G1+W1)

(24)

Nd=G+G3-W′1-W′2=

G+G3-W1-W2

(25)

由于Fd=Nd，由式(24)、(25)解得

(26)

將式(26)代入式(23)得

(27)

(28)

式中，G+G1+G2+G3為除草機(jī)整機(jī)重力。

5 除草機(jī)主要參數(shù)確定

設(shè)計(jì)主動(dòng)除草輪回轉(zhuǎn)軸線與側(cè)傳動(dòng)箱底部距離a為0.05 m，側(cè)傳動(dòng)箱底部與泥面距離c為0.02 m，主動(dòng)除草輪泥面以下部分長(zhǎng)度h為0.08 m，由式(1)可知，主動(dòng)除草輪無(wú)滑轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)半徑rw為0.15 m。被動(dòng)除草輪泥面以下部分長(zhǎng)度l為0.03 m，由式(13)可知，被動(dòng)除草輪無(wú)滑轉(zhuǎn)、無(wú)滑移時(shí)的滾動(dòng)半徑rv為0.1 m。

由于農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間作業(yè)時(shí)的行走輪滑轉(zhuǎn)率為3%～8%，水田作業(yè)機(jī)具主動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率會(huì)超過(guò)15%，以致浪費(fèi)動(dòng)力[20-26]。設(shè)計(jì)最大滑轉(zhuǎn)率δ為20%，耙齒數(shù)量Z為6，由式(7)、(10)得出主動(dòng)除草輪耙齒長(zhǎng)度b為0.12 m，耙齒安裝位置OC長(zhǎng)度為0.08 m，BC長(zhǎng)度為0.01 m。

雙行除草機(jī)要求結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，可以單手拉起，設(shè)計(jì)整機(jī)質(zhì)量為26 kg，由式(28)可知，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力矩Mdmax為27 N·m。

除草機(jī)由1.25 kW單缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速120 r/s，發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱傳動(dòng)比為1∶20，將農(nóng)藝要求的最大作業(yè)速度代入式(12)，確定主動(dòng)除草輪的轉(zhuǎn)速，從而確定主變速箱的傳動(dòng)比為1∶7.2。主變速箱采用RV40蝸輪蝸桿減速器，傳動(dòng)比可選擇1∶7.5，1∶10，1∶20，…，1∶100，主變速箱選擇1∶7.5的傳動(dòng)比，蝸輪輸出力矩小于27 N·m，不滿足設(shè)計(jì)要求，主變速箱選擇傳動(dòng)比1∶10，蝸輪輸出力矩滿足設(shè)計(jì)要求。選擇傳動(dòng)比1∶10的RV40蝸輪蝸桿減速器為主變速箱，除草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下工作時(shí)，主動(dòng)除草輪的轉(zhuǎn)速n為0.6 r/s，由式(12)可知，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率δ為3%～20%，除草機(jī)的作業(yè)速度v為0.45～0.55 m/s，滿足農(nóng)藝要求。

根據(jù)主動(dòng)除草輪和被動(dòng)除草輪的半徑，設(shè)計(jì)主動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O2與被動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O1的距離d1為0.28 m，限深板質(zhì)心處與主動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O2的距離d2為0.28 m，則被動(dòng)除草輪鉸鏈點(diǎn)O1處分配的機(jī)架重力和限深板質(zhì)心處分配的機(jī)架重力應(yīng)該相等。如圖5a所示，由于機(jī)架鉸鏈點(diǎn)O2處受到驅(qū)動(dòng)力矩的反作用力矩M′d，使得機(jī)架在行走時(shí)有繞鉸鏈點(diǎn)O2向被動(dòng)除草輪方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證限深板質(zhì)心處分配的重力多一些，用于平衡M′d，即機(jī)架(包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱、主變速箱、側(cè)傳動(dòng)箱和機(jī)架)的重心應(yīng)在機(jī)架鉸鏈點(diǎn)O2與限深板質(zhì)心之間。設(shè)計(jì)限深板質(zhì)心處分配的重力為Gx，則M′d=Gxd2，求出Gx為96 N，約為0.4G。

雙行除草機(jī)采用鋁合金材料，設(shè)計(jì)整機(jī)質(zhì)量為26 kg，主動(dòng)除草輪質(zhì)量0.9 kg，被動(dòng)除草輪質(zhì)量0.6 kg，限深板質(zhì)量0.5 kg，機(jī)架質(zhì)量22 kg(發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱質(zhì)量約8 kg，主變速箱RV40質(zhì)量3 kg，側(cè)傳動(dòng)箱和機(jī)架質(zhì)量10 kg)。

6 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2016年5月25日，在黑龍江省哈爾濱市新鄉(xiāng)試驗(yàn)田進(jìn)行田間試驗(yàn)，同時(shí)黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站對(duì)3SCJ-2型水田除草機(jī)除草效果進(jìn)行田間檢測(cè)，如圖6所示。

圖6 雙行水田除草機(jī)田間作業(yè)性能檢測(cè)Fig.6 Performance test of double row paddy field weeding machine in field

試驗(yàn)田塊面積約為0.1 hm2，泥漿層深度為0.03 m，泥土層深度0.15～0.18 m，水稻秧苗的平均高度為0.2 m，行距為0.3 m，株距為0.12 m。雜草的平均高度為0.04～0.06 m。試驗(yàn)時(shí)選取田塊尺寸為1 m×1 m的區(qū)域?yàn)闇y(cè)試區(qū)域，各測(cè)試區(qū)域在田內(nèi)均勻分布。

除草作業(yè)速度和主動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)速是影響除草效果的重要指標(biāo)，而除草機(jī)是通過(guò)主動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)除草機(jī)行走，田間試驗(yàn)時(shí)除草作業(yè)速度和主動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)速是同一個(gè)指標(biāo)。除草率為已除雜草占雜草總數(shù)的百分比(測(cè)試區(qū)域內(nèi)雜草根莖被拉斷、翻埋、飄起均為已除雜草，雜草根與泥面連接，可以繼續(xù)生長(zhǎng)的雜草為未除雜草)，除草前統(tǒng)計(jì)各測(cè)區(qū)雜草的數(shù)量，除草試驗(yàn)完成后，用細(xì)繩將測(cè)試區(qū)圍住，統(tǒng)計(jì)已除雜草和未除雜草數(shù)量，每組數(shù)據(jù)采集3次，取平均值。通過(guò)測(cè)試區(qū)域的試驗(yàn)指標(biāo)估計(jì)整體指標(biāo)[9]。田間試驗(yàn)選擇除草作業(yè)速度為試驗(yàn)因子，選擇除草率作為評(píng)價(jià)水田除草機(jī)除草效果的性能指標(biāo)，分析除草作業(yè)速度對(duì)除草率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同除草作業(yè)速度下的除草率

根據(jù)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用Design-Expert得出除草率的方差分析結(jié)果如表2所示。

表2 除草作業(yè)速度對(duì)除草率影響的方差分析

由表2可知，顯著性P值小于0.05，說(shuō)明模型顯著。在該情況下，x是有效的模型項(xiàng)。擬合出除草作業(yè)速度對(duì)除草率影響的回歸方程為

y=-12.6x+84.71

(29)

由圖7可知，除草率隨除草作業(yè)速度的增加有減小的趨勢(shì)。除草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱、主變速箱和側(cè)傳動(dòng)箱傳動(dòng)比已確定，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于離合器結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)始工作，所以離合器結(jié)合時(shí)的速度是除草最低作業(yè)速度，該速度為0.35 m/s；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下工作時(shí)，除草作業(yè)速度為0.50 m/s；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率工作時(shí)，除草作業(yè)速度為0.55 m/s。田間試驗(yàn)結(jié)果表明：除草機(jī)的除草率為78.0%～80.5%。除草作業(yè)前后效果如圖8所示。

圖7 除草作業(yè)速度對(duì)除草率的影響Fig.7 Influence of forward velocity on weeding rate for weeding machine

圖8 除草作業(yè)前后對(duì)比Fig.8 Weeding contrast before and after operation in field1.除草前 2.除草后

黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站對(duì)3SCJ-2型水田除草機(jī)除草效果進(jìn)行田間檢測(cè)結(jié)果如表3所示。檢測(cè)結(jié)果表明，除草率達(dá)到農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)的要求。除草作業(yè)時(shí)，還應(yīng)注意如下問(wèn)題：

(1)除草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升到離合器結(jié)合轉(zhuǎn)速以上時(shí)開(kāi)始工作，開(kāi)、停、快、慢均由油門(mén)控制。除草作業(yè)時(shí)，一般油門(mén)控制在80%左右；行走到地頭時(shí)不需要控制除草機(jī)轉(zhuǎn)向，只需關(guān)閉油門(mén)，拉起提拉手柄，人工實(shí)現(xiàn)除草機(jī)轉(zhuǎn)向。

表3 雙行水田除草機(jī)田間作業(yè)性能檢測(cè)結(jié)果

(2)除草機(jī)的除草位置通過(guò)扶手來(lái)調(diào)整，當(dāng)苗行不直時(shí)，可按壓扶手，翹起限深板，同時(shí)移動(dòng)扶手位置，使得苗行重新對(duì)正。

(3)由于除草輪寬度為0.18 m，在除草作業(yè)時(shí)，通過(guò)調(diào)整除草機(jī)扶手，不會(huì)出現(xiàn)傷苗現(xiàn)象，但水稻秧苗株間附近的雜草無(wú)法除去。

(4)在水稻生長(zhǎng)周期內(nèi)，需要進(jìn)行3次除草，插秧后7～10 d進(jìn)行第1次除草，插秧后14 d進(jìn)行第2次除草。本文設(shè)計(jì)的行間除草機(jī)可以滿足前兩次的除草要求，每次除草率為78%，已經(jīng)達(dá)到農(nóng)藝的技術(shù)指標(biāo)，可以大大減小人工除草的勞動(dòng)強(qiáng)度。在行間除草作業(yè)后，一般采用人工除去株間雜草。

7 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了除草機(jī)主動(dòng)除草輪，通過(guò)對(duì)水稻秧苗、雜草根系特點(diǎn)的分析和結(jié)構(gòu)要求，確定了主動(dòng)除草輪半徑、寬度、轉(zhuǎn)速和耙齒結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

(2)通過(guò)對(duì)除草機(jī)受力分析，推導(dǎo)出主動(dòng)除草輪驅(qū)動(dòng)力矩的簡(jiǎn)化公式，為除草機(jī)的動(dòng)力分配、發(fā)動(dòng)機(jī)和主變速箱的選擇奠定了理論基礎(chǔ)。

(3)根據(jù)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算公式、受力分析結(jié)果和農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)要求，確定了主動(dòng)除草輪半徑為0.15 m，被動(dòng)除草輪半徑為0.1 m，主動(dòng)除草輪轉(zhuǎn)速為0.6 r/s，耙齒數(shù)量為6，耙齒長(zhǎng)度為0.12 m，驅(qū)動(dòng)力矩為27 N·m；選擇了發(fā)動(dòng)機(jī)為1.25 kW單缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的齒輪變速箱傳動(dòng)比為1∶20，選擇RV40蝸輪蝸桿減速器為主變速箱。

(4)由田間試驗(yàn)和性能檢測(cè)結(jié)果可知，3SCJ-2型除草機(jī)作業(yè)質(zhì)量良好，達(dá)到農(nóng)藝技術(shù)指標(biāo)的要求，可較好地完成行間除草作業(yè)。

1 胡煉，林潮興，楊偉偉，等.株間除草裝置的除草和避苗狀態(tài)切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，45(3)：305-309. HU Lian,LIN Chaoxing,YANG Weiwei,et al.Design of switch controlling system between the state of weeding and avoiding for intra-row weed mechanical control device[J].Journal of Shenyang Agricultural University,2014,45(3):305-309.(in Chinese)

2 西脇健太郎，大谷隆二，中山壯一.機(jī)械除草と除草剤の部分散布を組み合わせたハイブリッド除草機(jī)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)誌，2010，72(1)：86-92.

3 臼井智彥，伊藤勝浩，大里達(dá)朗．水稲栽培における固定式タイン型除草機(jī)の除草効果[J].東北雑草研究會(huì)，2009(9)：38-41.

4 HWANG J B, PARK S T, SONG S B.Variation of weed occurrence and rice yield by using the cultivating weeder for three years in paddy rice[J].Korean Journal of Weed Science,2007,27(4):334-340.

5 REMESAN R, ROOPESH M S, REMYA N, et al. Wet land paddy weeding—a comprehensive comparative study from south India[J].Agricultural Engineering International: the CIGR Journal,2007,9:1-21.

6 TAJUDDIN A A.Development of a power weeder for low landrice[J].Journal of the Institution of Engineers (India),2009,90(6):15-17.

7 TILLETT N D, HAGUE T,GRUNDY A C,et al. Mechanical within-row weed control for transplanted crops using computer vision[J].Biosystems Engineering,2007,99(2):171-178.

8 汪貞，席運(yùn)官.國(guó)內(nèi)外有機(jī)水稻發(fā)展現(xiàn)狀及有機(jī)稻米品質(zhì)研究[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，30(1)：103-107． WANG Zhen,XI Yunguan.The development status of organic rice at home and abroad and study on the quality of organic rice[J].Agricultural Shanghai,2014,30(1):103-107.(in Chinese)

9 陶桂香，王金武，周文琪，等.水田株間除草機(jī)械除草機(jī)理研究與關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(11)：58-63.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20151109&flag=1&journal_id=jcsam. DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2015.11.009. TAO Guixiang,WANG Jinwu,ZHOU Wenqi,et al.Herbicidal mechanism and key components design for paddy weeding device[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015,46(11):58-63.(in Chinese)

10 馬旭，齊龍，梁柏，等.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(shì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(6)：162-168. MA Xu,QI Long,LIANG Bai,et al.Present status and prospects of mechanical weeding equipment and technology in paddy field[J].Transactions of the CSAE, 2011, 27(6): 162-168.(in Chinese)

11 齊龍，梁仲維，馬旭，等.耙壓式除草輪與水田土壤作用的流固耦合仿真分析及驗(yàn)證[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(5)：29-36. QI Long,LIANG Zhongwei,MA Xu,et al.Validation and analysis of fluid-structure interaction between rotary harrow weeding roll and paddy soil[J]. Transactions of the CSAE,2015,31(5):29-36.(in Chinese)

12 王金武，唐漢，王金峰，等.指夾式玉米精量排種器導(dǎo)種投送運(yùn)移機(jī)理分析與試驗(yàn)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(1)：29-37，46.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20170105&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.005. WANG Jinwu,TANG Han,WANG Jinfeng,et al.Analysis and experiment of guiding and dropping migratory mechanism on pickup finger precision feed metering device for corn[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2017,48(1):29-37,46.(in Chinese)

13 胡煉，羅錫文，林潮興，等.1PJ-4.0型水田激光平地機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45(4)：146-151.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20140423&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2014.04.023. HU Lian,LUO Xiwen,LIN Chaoxing,et al.Development of 1PJ-4.0 laser leveler installed on a wheeled tractor for paddy field[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2014,45(4):146-151.(in Chinese)

14 曹萌萌，李俏，張立友，等.黑龍江省積溫時(shí)空變化及積溫帶的重新劃分[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2014，35(5)：492-496. CAO Mengmeng,LI Qiao,ZHANG Liyou,et al.Accumulated temperature variation and accumulated temperature rezone in Heilongjiang province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2014,35(5):492-496.(in Chinese)

15 陳振歆，王金武，牛春亮，等.彈齒式苗間除草裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(6)：81-86. CHEN Zhenxin, WANG Jinwu, NIU Chunliang,et al.Design and experiment of key components of trash cultivator’s working in paddy rice seeding linges[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Engineering,2010,41(6):81-86.(in Chinese)

16 張春建，王金武，趙佳樂(lè)，等.水田行間除草裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43(2)：49-53. ZHANG Chunjian,WANG Jinwu,ZHAO Jiale,et al.Design and experimental research on device of weeding between seedlings from paddy fields[J]. Journal of Northeast Agricultural University,2012,43(2):49-53.(in Chinese)

17 魏從梅，王金武，張影微.水田除草關(guān)鍵部件扭矩測(cè)試試驗(yàn)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43(5)：87-91. WEI Congmei,WANG Jinwu,ZHANG Yingwei.Study on torque measurement of key components of weed in paddy field[J].Journal of Northeast Agricultural University,2012,43(5):87-91.(in Chinese)

18 王金武，牛春亮，張春建，等.3ZS-150型水稻中耕除草機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42(2)：75-79. WANG Jinwu,NIU Chunliang,ZHANG Chunjian,et al.Design and experiment of 3ZS-150 paddy weeding-cultivating machine[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2011,42(2):75-79.(in Chinese)

19 李西秦，劉冰，齊勁峰.車(chē)輪動(dòng)力半徑與滑轉(zhuǎn)率的研究[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2003(2)：17-20.

20 吳崇友，張敏，金誠(chéng)謙，等.2BYS-6型水田中耕除草機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40(7)：51-54. WU Chongyou,ZHANG Min,JIN Chengqian,et al.Design and experiment of 2BYS-6 type paddy weeding-cultivating machine[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2009,40(7):51-54.(in Chinese)

21 丁啟朔，葛雙洋，任駿，等.水稻土深松阻力與土壤擾動(dòng)效果研究[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(1)：47-56，63.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20170107&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.007. DING Qishuo,GE Shuangyang,REN Jun,et al.Characteristics of subsoiler traction and soil disturbance in paddy soil[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2017,48(1):47-56，63.(in Chinese)

22 張朋舉，張紋，陳樹(shù)人，等.八爪式株間機(jī)械除草裝置虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(4)：56-59. ZHANG Pengjun,ZHANG Wen,CHEN Shuren,et al.Design and kinetic simulation for eight claw intra-row mechanical weeding device[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2010,41(4):56-59.(in Chinese)23 孫中興，唐力偉，汪偉，等.考慮土壤滑轉(zhuǎn)流動(dòng)的柔性履帶應(yīng)力分布研究[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(1)：317-324.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20170142&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.042. SUN Zhongxing,TANG Liwei,WANG Wei,et al.Flexible track stress distribution considering slip subsidence[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2017,48(1):317-324.(in Chinese)

24 陸華忠，羅錫文.水田驅(qū)動(dòng)葉輪輪葉下土壤流動(dòng)特性與動(dòng)力性能研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(7)：50-53. LU Huazhong,LUO Xiwen.Rule and dynamic performance under a paddy-field wheel lug[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2010,41(7):50-53.(in Chinese)

25 郭俊，姬長(zhǎng)英，CHAUDHRY Arslan，等.稻麥秸稈旋耕作業(yè)中受力與位移分析[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016，47(10)：11-18.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20161002&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.10.002. GUO Jun,JI Changying,CHAUDHRY Arslan,et al.Stress and displacement analyses of rice and wheat straws in rotary tillage process[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2016,47(10):11-18.(in Chinese)

26 陳子文，張春龍，李偉，等.株間鋤草機(jī)器人刀苗信息優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(9)：62-67.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150909&flag=1&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2015.09.009. CHEN Ziwen,ZHANG Chunlong,LI Wei,et al.Design and experiment on hoe-crop-positioning optimization system for intra-row weeding robot[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2015,46(9):62-67. (in Chinese)

Design and Experiment of 3SCJ-2 Type Row Weeding Machine for Paddy Field

WANG Jinfeng WANG Jinwu YAN Dongwei TANG Han ZHOU Wenqi

(CollegeofEngineering,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

With the improvement of people’s living standard, the requirement of rice quality becomes increasingly high. In the process of rice planting, the using amount of herbicide should be reduced. In order to reduce the using amount of herbicide, the mechanical weeding is the most time-saving and force-saving way. Japan is in the leading level for mechanical weeding technology, but the soil conditions are different between Japan and China, even in China, the soil is different for different provinces and areas. In addition, the edges of paddy field do not have steering areas for weeders in China. Therefore, single row and double row weeding machines with compact structure and light weight are more suitable for operation in China. The weeds were buried and picked out though the rotation of driving and driven weeding wheel for double row paddy field weeding machine. Structure model of driving weeding wheel was established, the design formulas of the structure parameters of the radius, width, speed, rake tooth and so on were developed for driving weeding wheel, and the design principles of the structural parameters for driven weeding wheel and limit deep plate were obtained through the analysis of characteristics of rice seedlings, grass root and structural requirements, which provided references for design of driven weeding wheel and limit deep plate. The mechanical models for driving weeding wheel, driven weeding wheel and the frame and limit deep plate were established, the driving moment of driving weeding wheel was deduced. According to the analysis of the structure model, mechanical model and agronomic technical parameters, the relevant parameters were determined as: the radius of driving weeding wheel was 0.15 m, the radius of driven weeding wheel was 0.1 m, the rotation speed of driving weeding wheel was 0.6 r/s, the number of rake tooth was 6, the length of rake tooth was 0.12 m, the driving moment was 27 N·m, the engine was 1.25 kW with single cylinder two stroke, the main-gear box was RV40 worm gear reducer. The field test and performance experiment were carried out for the developed double row paddy field weeding machine, the results showed that the weeding quality was good for double row paddy field weeding machine, which can meet the needs of agricultural technical indicators.

paddy field； inter-row weeding machine； weeding wheel； design； test

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.009

2017-02-07

2017-04-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51205056)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300909-04)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)骨干項(xiàng)目(16XG09)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)青年才俊項(xiàng)目(14QC34)

王金峰(1981—)，男，副教授，主要從事田間機(jī)械研究，E-mail： jinfeng_w@126.com

王金武(1968—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事田間機(jī)械及機(jī)械可靠性研究，E-mail： jinwuw@163.com

S224.1+5

A

1000-1298(2017)06-0071-08