蔬菜设施小型除草机的研制

秦 贵 张艳红

蔬菜设施小型除草机的研制

秦 贵 张艳红

设施蔬菜种植已成为北京农业的重要组成部分，而日光温室蔬菜种植管理过程中垄间除草已成为难题。小型电动除草机是应密云县设施农业的要求而进行研制的，在研制过程中，综合分析了设施垄间除草的实际情况，确定了设计总体方案，并对关键零部件进行了设计计算和选择。

除草机;农业机械;研制;设施蔬菜

京郊设施农业发展迅速，尤其是设施蔬菜种植已成为北京农业的重要组成部分，在农村经济中占有重要的地位。为了全面了解北京市设施蔬菜种植农业机械化应用状况，果类蔬菜产业北京市创新团队设施设备功能研究室采取会议座谈、园区实地调查等多种形式，对北京市果类蔬菜产业创新团队综合试验站、规模化设施农业蔬菜种植小区、设施蔬菜种植户进行了设施蔬菜种植机械化应用现状及需求调研。在对密云等综合试验站进行调研时，种植户对日光温室蔬菜种植管理过程中垄间除草问题反应强烈，垄间除草约占每茬蔬菜种植管理用工量的25%，并且除草劳动强度大，迫切需要小型的除草设备。

果类蔬菜产业北京市创新团队设施设备功能研究室应调研需求、密云综合试验点的需要，进行了小型除草设备的网络调研，由于我国设施农业起步较晚，日光温室在除草环节上很少有小型设备供选择，技术研发组根据密云综合试验站实际种植状况，量身定做研制开发出小型除草设备。

1 设计要求

人工步行操作，方便提携。除草宽度30～50 cm，除草深度2～3 cm，垄沟除草。作业效率≥267 m2·h－1，是人工效率的1.5倍。批量生产，整机造价≤600元。

2 总体方案设计

2.1 设计依据

密云综合试验站以日光温室种植茄果类蔬菜为主，日光温室结构是砖混后墙和侧墙，镀锌钢管龙骨。温室长度为70 m，跨度为8.5 m，脊高一般在3.0 m左右。栽培茄果类蔬菜时需要起垄定植，垄高10～15 cm;垄面宽60～70 cm;垄沟宽30～50 cm。根据日光温室平面种植及茄果类蔬菜种植要求，拟定小型除草机的作业路线图(图1)。

图1 日光温室平面种植及拟定除草作业路线示意图

2.2 设计方案

2.2.1 以柴油机、汽油机为动力驱动设计方案分析 拟定以汽油机或柴油机为动力，通过减速后带动除草轮除草。但由于日光温室一般在茄果类蔬菜幼苗生长前期除草，除草机燃烧汽油或柴油排放的尾气会对幼苗产生不良影响，故该方案未予采纳。

2.2.2 以蓄电池、电机为动力驱动设计方案分析

以电能为动力取用方便，清洁无污染。若采用蓄电池为除草机提供动力，使用方便，但蓄电池一次投入成本高，使用寿命短，折旧费用大，增加了除草作业环节的投入。

密云综合试验站电力供应充沛，各日光温室均有380 V、220 V交流电供应，根据实际情况结合用户意见，笔者确定以交流电机为动力进行总体方案设计。

除草机工作原理是通过交流电动机驱动，减速箱减速，再通过链传动带动除草轮除草。为使除草机结构布置紧凑，采用交流电机与除草轮前后平行布置，交流电机在除草轮的后上方，单侧通过链轮传动将动力传送到除草轮，并在除草轮后设置限深装置和阻力装置，用以限制除草轮除草入土深度及行走速度;行走地轮放置在交流电机的下方，利用机器操作者的推力，有利于在实际工作中根据不同的地面情况调整机器的前进速度。总体方案结构布置见图2。

图2 总体结构布置示意图

3 关键零部件的设计和选择

3.1 基本参数的确定

参阅《农业机械设计手册》中旋耕机的相关资料。

S——除草切土节距，根据除草要求，S=2 cm;

Vm——机组行进速度，一般为操作者工作时的步行速度，取Vm=0.36 m·s－1;

z——除草轮除草刀数量，设z=6;

n——除草轮转速，带入相关参数求得 n=180 r·min－1

3.2 除草轮的设计计算

3.2.1 除草轮的宽度、直径及除草刀的布置 根据试验站茄果类蔬菜种植农艺，除草宽度为30～50 cm，故除草轮的宽度B=30 cm;根据结构位置拟定除草轮直径D=24 cm。

为减小除草机工作阻力，除草刀片沿除草轮圆柱面成螺旋线安装，并保证相邻的除草刀片顺序入土，以保持机具工作的稳定性 (图3、4)。

图3 除草轮刀片布置示意图

图4 除草轮刀片布置展开图

3.2.2 除草轮功率计算 参照农业机械旋耕机的设计理论，除草轮消耗功率P:

d——耕深，根据设计要求 d=2～3 cm，取d=2.5 cm;

Vm——机组前进速度，Vm=0.36 m·s－1;

B——耕幅，即除草轮宽度B=0.3 m;

Kλ——旋耕比阻，由 《农业机械设计手册》

表4－3－4可得，Kλ=16×1×0.95×1×0.71=10.8(N·m－2);

3.2.3 除草轮阻力计算

由于除草刀是螺旋式顺序入土，阻力装置克服除草轮阻力129.2N即可。

3.2.4 除草轮刀轴设计

除草轮刀轴采用实心轴，根据公式:

式中:T——所传递的扭矩，T=15.5 Nm

τp——许用扭转剪应力，查表可知τp=25 MPa

则除草轮刀轴直径 d≥14.7 mm，取 d=20 mm。

3.3 电机选择

除草轮消耗功率为292 W，电机输出效率按80%计算，则要求电机供功率365 W;根据除草机实际工作状态和使用的方便性，选用YU80系列，功率370 W，转速1400 r·min－1的二相交流异步电动机。

3.4 减速传动设计

电机输出转速 n＇=1400 r·min－1，除草轮转速 n=180 r·min－1，则总减速比 i=7.8∶1，故采用两级减速设计。

3.4.1 一级减速机选用 根据电机功率和需要传动的扭矩，查表选用ZDY型减速机，传动比选择i1=4.21，其中心距为80 mm，该减速机完全满足使用要求。

③链传动中心距设计:为使除草机结构紧凑，不设链传动张紧装置，其中心距应小于25 p(317.5 mm)初定中心距，当传动比小于4时，

根据实际结构可调整设计中心距离。

4 结语

小型电动除草机主要是应密云综合试验站的要求研制开发而成，并进行了样机制作和生产试验，在生产试验中收到了预期效果。

Manufacture of Small Weeding Machine

QIN Gui， ZHANG Yan-hong(Agriculture Machinery Testing Appraisal and Extension Station of Beijing， Beijing100079，China)

Facility vegetable planting has become an important part of Beijing agriculture.How to cut grass between ridges becomes difficulty during the processing of vegetable management in solar greenhouse.To meet the requirement of facility agriculture in Miyun county，a mini type electric weeding machine was manufactured.We analyzed the actual situation in weeding between ridges，defined a general designing program，selected and calculated the key spare parts.

Weeding machine;Agriculture mechanization;Manufacture;Facility vegetable

秦贵，高级工程师，副站长，北京市农业机械试验鉴定推广站，丰台区南方庄甲60号，100079，电话:010－67697339，E-mail:qinguiyx@163.com

张艳红，北京市农业机械试验鉴定推广站

2010-08-24;接受日期: 2010-09-26

果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队项目