高明宇

(哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150070)

0 引言

稻田雜草是影響水稻生長(zhǎng)的重要有害因素，有機(jī)稻田的除草是水稻種植生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一?，F(xiàn)有的除草方式主要分為人工除草、生物除草、化學(xué)除草、機(jī)械除草四大類(lèi)，由于化學(xué)除草引起土壤環(huán)境破壞以及草種抗藥性的原因，已被有機(jī)稻田所禁止；人工除草效果最為理想，但由于成本高、效率低，難以在大面積稻田展開(kāi)；生物除草是指在稻田中應(yīng)用蝦蟹除草、養(yǎng)鴨除草等方式，其除草效果不穩(wěn)定，資金投入量大，規(guī)模受到限制；機(jī)械除草在消滅雜草、疏松土壤方面優(yōu)勢(shì)明顯，除草效率高且成本低，但作業(yè)過(guò)程中存在一定傷秧的情況，由于人工、化學(xué)、生物除草均存在較大的局限性，所以采用機(jī)械除草的方式可以滿足有機(jī)稻生產(chǎn)的需要。機(jī)械除草方式不僅順應(yīng)了當(dāng)前有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)構(gòu)原理

目前，市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)的水田除草機(jī)普遍無(wú)苗間除草裝置，其原因主要是苗間除草裝置對(duì)稻苗有一定傷害，故苗間除草且不傷稻苗成為研究難點(diǎn)。本研究所設(shè)計(jì)的苗間除草工作部件解決了這個(gè)問(wèn)題。

苗間除草機(jī)構(gòu)原理：汽油機(jī)連接蝸輪蝸桿減速器帶動(dòng)鋼絲軟軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軟軸另一端帶動(dòng)彈齒法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)，彈齒法蘭與彈齒焊合在一起，彈齒旋轉(zhuǎn)旋入土壤，把苗間雜草從根部挑出，完成除草作業(yè)。水田除草作業(yè)一般選擇在插秧7～15天這段期間，在這期間稻苗的根系比雜草根深，長(zhǎng)勢(shì)比雜草發(fā)達(dá)，故在除草的過(guò)程中不會(huì)將稻苗帶出土壤，但也會(huì)有稍許傷苗現(xiàn)象出現(xiàn)。除草機(jī)苗間除草機(jī)構(gòu)如圖1所示。

1.軟軸連接軸；2.升降連接板；3.軸承座；4.彈齒法蘭；5.彈齒

避苗機(jī)構(gòu)原理：該機(jī)構(gòu)利用凸輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)、彈簧回彈的原理，通過(guò)苗間除草機(jī)構(gòu)的升降與快速回位實(shí)現(xiàn)避苗功能。作業(yè)時(shí)，減速器的輸出軸與避苗機(jī)構(gòu)的凸輪通過(guò)鏈輪鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪每轉(zhuǎn)動(dòng)至凸點(diǎn)與滑塊接觸點(diǎn)接觸時(shí)，滑塊便沿滑道上升，除草部件的連接板與滑塊焊接，彈齒法蘭與連接板通過(guò)螺栓連接，故帶動(dòng)除草機(jī)構(gòu)上提；凸輪轉(zhuǎn)過(guò)滑塊接觸點(diǎn)的同時(shí)，滑塊達(dá)到上止點(diǎn)，彈簧預(yù)緊力達(dá)到最大，在彈簧的作用下滑塊帶動(dòng)除草機(jī)構(gòu)迅速回至下止點(diǎn)位置。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)稻苗的躲避，防止彈齒傷到稻苗根部，同時(shí)快速回彈保證作業(yè)過(guò)程中不漏耕雜草，實(shí)現(xiàn)了提高除草率、降低傷苗率的功能。機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速率由蝸輪蝸桿減速器與升降機(jī)構(gòu)的鏈輪齒比來(lái)調(diào)節(jié)，保證作業(yè)過(guò)程中裝置抬起的位置與稻苗的位置相吻合。該機(jī)構(gòu)如圖2所示，機(jī)具作業(yè)的避苗原理如圖3所示。

1.軸承座版；2.鏈輪；3.軸；4.凸輪；5.升降連接板；6.限位緩沖墊；7.彈簧；8.固定滑道；9.滑塊；10.固定限位塊

圖3 機(jī)具作業(yè)的避苗過(guò)程示意圖

2 田間實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件以及裝備的選取

試驗(yàn)的地點(diǎn)為哈爾濱市農(nóng)業(yè)示范園區(qū)有機(jī)稻試驗(yàn)田，作業(yè)面積1000 m2，試驗(yàn)時(shí)間為插秧后的第15天，秧苗秧齡38天，平均株高125 mm，雜草以稗草為主，除草前稻田灌水，水面高度為8 cm。裝置裝配的機(jī)具為手扶式兩行水田除草機(jī)，工作指標(biāo)為：除草深度 20～40 mm、作業(yè)行數(shù)2行。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)的選定

苗間除草機(jī)構(gòu)的除草效果判定主要是通過(guò)除草率與傷苗率這兩個(gè)因素來(lái)衡量，因此目標(biāo)數(shù)據(jù)確定為除草率與傷苗率，除草率指測(cè)區(qū)內(nèi)除草量與雜草量比值，傷苗率指測(cè)區(qū)內(nèi)傷苗數(shù)與總苗數(shù)的比值。試驗(yàn)參數(shù)選擇機(jī)具前進(jìn)速度、除草彈齒的轉(zhuǎn)速、除草深度為關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)機(jī)具行間除草部件的轉(zhuǎn)速推測(cè)苗間除草部件的轉(zhuǎn)速范圍在150～ 250 r·min-1之間，機(jī)具作業(yè)速度控制在 0.3～0.6 m·s-1的試驗(yàn)范圍，作業(yè)時(shí)雜草根系長(zhǎng)度在20～35 mm，因此除草深度選擇在20～45 mm，保證其根除苗間雜草。

2.3 裝置試驗(yàn)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算

除草率取水田內(nèi)苗間雜草和稻苗兩側(cè)50 mm的雜草為樣本區(qū)域，區(qū)域內(nèi)除草數(shù)與原有雜草數(shù)量的比值即為除草率，除草數(shù)可由除草前后的雜草數(shù)量差得到。傷苗率是樣本區(qū)域內(nèi)除草后損傷秧苗數(shù)與除草前秧苗數(shù)量的比值，損傷秧苗指彈齒拋出的、折斷的、掩埋的秧苗，其數(shù)值可由除草前后秧苗數(shù)量差得到。

2.4 試驗(yàn)研究、結(jié)果與分析

機(jī)具作業(yè)速度、除草深度、彈齒盤(pán)轉(zhuǎn)速會(huì)直接影響除草效果以及秧苗損傷情況，本試驗(yàn)把彈齒盤(pán)轉(zhuǎn)速、機(jī)具前進(jìn)速度、除草深度三個(gè)因素各平均取5個(gè)數(shù)值，所得到的除草率、傷苗率數(shù)值如表1所示。

表1 參數(shù)組合方案

從表中可以看出，第三組方案為最優(yōu)組合，即機(jī)具作業(yè)速度0.46 m·s-1,彈齒盤(pán)轉(zhuǎn)速200 r·min-1,除草深度3.2 cm。

3 結(jié)論

在裝置田間作業(yè)的過(guò)程中，機(jī)具作業(yè)速度、彈齒盤(pán)轉(zhuǎn)速、除草深度均對(duì)除草效果及秧苗損傷有顯著影響；避苗機(jī)構(gòu)對(duì)降低傷苗率有顯著作用，對(duì)除草率影響不大；通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，機(jī)具作業(yè)速度0.46 m·s-1,彈齒盤(pán)轉(zhuǎn)速200 r·min-1,除草深度3.2 cm的工作參數(shù)組合為作業(yè)最優(yōu)組合，在此工作參數(shù)下的除草率為78%，傷苗率為2.3%。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，本裝置作業(yè)效果良好，具有推廣價(jià)值。