水田除草机用可避苗株间除草装置的设计与试验

高明宇

(哈尔滨市农业科学院,哈尔滨 150070)

0 引言

水稻生产过程中，稻田杂草与水稻争夺生长空间、肥料养分、光照、水、热等资源，影响水稻的生长发育，是造成水稻产量下降和品质降低的主要原因之一，每年由草害引起的水稻产量损失率在15%以上。因此，在水稻的生产过程中，科学有效地控制草害是确保水稻健康生长，实现高产、优质的必不可少的关键环节之一。化学药剂除草是目前应用最广泛的一种除草方式，它具有快速、高效、经济等优点。然而20 世纪80 年代以来，世界范围内除草剂的大面积使用，带来了诸多负面问题，如杂草的抗药性、作物药害、生态环境污染等。

随着现代农业的发展，以及人们环境保护意识的加强和对食品质量安全问题的重视，除草剂减量防除技术逐渐发展起来，人工除草劳动强度大、作业效率低、束缚劳动力。机械除草、农业防除和生物防治等非化学除草技术得到了越来越多的研究和应用。在水稻田间非化学除草和非人工除草的防治技术中，机械除草技术发展迅速，并有相应的水稻田间除草装备在农业生产中应用。

目前，我国自行研制的机械只能除去行间草，带有株间除草功能的作业机械除草率低、伤苗率高，不能满足生产需要。开发一种作业效率高，操作方便的新型除草机是当前的一项迫切工作。

1 整机结构与工作原理

机具由汽油机、蜗轮蜗杆减速器、传动机构、行间除草部件、株间除草部件、机架等几大部分组成。其中，汽油机与蜗轮蜗杆减速器通过螺栓连接，由涨紧离合器传动动力；减速器伸出三个输出轴传动动力，分别通过传动轴与行间除草部件连接，通过软轴与株间除草部件连接，通过链轮链条与顶轮轮轴连接。其结构如图1所示。

1.扶手；2.汽油机；3.蜗轮蜗杆减速器；4.链条；5.传动轴；6.行间除草部件；7.前挡泥板；8.株间除草部件；9.固定连接架；10.顶轮；11.软轴轴管；12.机具支架

机具作业时，汽油机连接蜗轮蜗杆减速器传递动力，分别传到传动轴、软轴，带动行间除草部件、株间除草部件进行工作。其中行间除草部件为梳齿结构的耕耘锄，株间除草部件为弧形弹齿。在株间除草过程中，弧型齿可以在保证除草率的情况下在一定程度上降低对秧苗的损伤；行间耕耘锄能够将行间杂草拔除和翻埋于田里, 达到行间除草的目的。行间除草部件的结构如图2所示。

图2 行间除草部件结构示意图

株间除草主要是根据移栽水稻田杂草与稻株根系深浅差异，控制除草部件工作深度，除去杂草而不损伤稻苗。水田株间除草装置的动力传递过程主要是通过拖拉机来进行动力输出，然后通过蜗轮蜗杆减速器将动力传递到钢丝软轴当中。此时，钢丝软轴的动力就会驱动苗间除草弹齿盘进行转动，使得弹齿盘能够在垂直于前进方向的平面内进行转动，从而达到株间除草的目的。株间除草部件的结构如图3所示。

图3 株间除草部件结构示意图

2 带有避苗功能的株间除草装置的结构设计

该装置由轴承座板、链轮、轴、升降连接板、限位缓冲垫、弹簧、固定滑道、滑动顶块、固定限位块组成。工作时，动力通过链条链轮传动使顶轮转动，顶轮每转动至其凸点与滑动顶块接触时，滑动顶块沿滑道上升，由于滑块与除草部件连接板焊接，故带动株间除草部件上提，躲避稻苗，达到除草不伤苗的目的。顶轮转过接触点时，在滑块上的弹簧预紧力的作用下，滑块迅速回至下止点位，保证部件不漏耕。整个作业过程可达到株间除草的高除草率，且不伤苗的作业效果。滑动顶块与固定限位块材质选择65Mn,保证其工作时的强度与耐磨性，限位缓冲垫材质为橡胶与尼龙双层组合，增强缓震与回弹效果。装置结构如图4所示。

1.轴承座板；2.链轮；3.轴；4.升降连接板；5.限位缓冲垫；6.弹簧；7.固定滑道；8.滑动顶块；9.固定限位块

3 田间试验

3.1 试验条件

机具作业时工作指标为 :中耕深度20～40 mm，作业速度0.4 m·s-1，工作幅宽700 mm，作业行数2行。株距15 cm时减速器链轮和座板链轮的齿数比调整为3∶2，株距20 cm时减速器链轮和座板链轮的齿数比调整为2∶1。作业时将顶轮与滑块调至接触位置，弧形齿与稻苗相接触临界位置。

试验地点为哈尔滨市农业示范园区有机水稻田，作业面积1000 m2，时间为2020年6月13日，试验在插秧后15天进行。秧龄为38天，平均株高125 mm左右，杂草以稗草为主。除草前稻田灌水，水面高度为8 cm。

3.2 实验结果

本次田间试验主要以除草率和伤苗率为作业质量评价指标，除草率指测区内除草量与杂草量比值，伤苗率指测区内伤苗数与总苗数的比值，经过试验数据得知，除草率为77.86%(其中株间除草率能达到58.47%)，伤苗率在4.08%。

4 结论

本机具在传统手扶式水稻除草机的基础上，通过对株间除草装置的加装，实现了水田全覆盖除草；株间除草部件的升降式避苗装置，解决了水稻田株间除草不伤苗的难题，顶轮、滑块、滑道等零部件结构紧凑，装配简单；通过弹簧实现的快速回位可防止作业时漏耕。装置通过田间试验结果验证，作业效果良好，机械结构设计合理。