秦 貴 張艷紅

蔬菜設(shè)施小型除草機(jī)的研制

秦 貴 張艷紅

設(shè)施蔬菜種植已成為北京農(nóng)業(yè)的重要組成部分，而日光溫室蔬菜種植管理過程中壟間除草已成為難題。小型電動除草機(jī)是應(yīng)密云縣設(shè)施農(nóng)業(yè)的要求而進(jìn)行研制的，在研制過程中，綜合分析了設(shè)施壟間除草的實(shí)際情況，確定了設(shè)計總體方案，并對關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計計算和選擇。

除草機(jī);農(nóng)業(yè)機(jī)械;研制;設(shè)施蔬菜

京郊設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是設(shè)施蔬菜種植已成為北京農(nóng)業(yè)的重要組成部分，在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。為了全面了解北京市設(shè)施蔬菜種植農(nóng)業(yè)機(jī)械化應(yīng)用狀況，果類蔬菜產(chǎn)業(yè)北京市創(chuàng)新團(tuán)隊設(shè)施設(shè)備功能研究室采取會議座談、園區(qū)實(shí)地調(diào)查等多種形式，對北京市果類蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊綜合試驗(yàn)站、規(guī)?；O(shè)施農(nóng)業(yè)蔬菜種植小區(qū)、設(shè)施蔬菜種植戶進(jìn)行了設(shè)施蔬菜種植機(jī)械化應(yīng)用現(xiàn)狀及需求調(diào)研。在對密云等綜合試驗(yàn)站進(jìn)行調(diào)研時，種植戶對日光溫室蔬菜種植管理過程中壟間除草問題反應(yīng)強(qiáng)烈，壟間除草約占每茬蔬菜種植管理用工量的25%，并且除草勞動強(qiáng)度大，迫切需要小型的除草設(shè)備。

果類蔬菜產(chǎn)業(yè)北京市創(chuàng)新團(tuán)隊設(shè)施設(shè)備功能研究室應(yīng)調(diào)研需求、密云綜合試驗(yàn)點(diǎn)的需要，進(jìn)行了小型除草設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，由于我國設(shè)施農(nóng)業(yè)起步較晚，日光溫室在除草環(huán)節(jié)上很少有小型設(shè)備供選擇，技術(shù)研發(fā)組根據(jù)密云綜合試驗(yàn)站實(shí)際種植狀況，量身定做研制開發(fā)出小型除草設(shè)備。

1 設(shè)計要求

人工步行操作，方便提攜。除草寬度30～50 cm，除草深度2～3 cm，壟溝除草。作業(yè)效率≥267 m2·h－1，是人工效率的1.5倍。批量生產(chǎn)，整機(jī)造價≤600元。

2 總體方案設(shè)計

2.1 設(shè)計依據(jù)

密云綜合試驗(yàn)站以日光溫室種植茄果類蔬菜為主，日光溫室結(jié)構(gòu)是磚混后墻和側(cè)墻，鍍鋅鋼管龍骨。溫室長度為70 m，跨度為8.5 m，脊高一般在3.0 m左右。栽培茄果類蔬菜時需要起壟定植，壟高10～15 cm;壟面寬60～70 cm;壟溝寬30～50 cm。根據(jù)日光溫室平面種植及茄果類蔬菜種植要求，擬定小型除草機(jī)的作業(yè)路線圖(圖1)。

圖1 日光溫室平面種植及擬定除草作業(yè)路線示意圖

2.2 設(shè)計方案

2.2.1 以柴油機(jī)、汽油機(jī)為動力驅(qū)動設(shè)計方案分析 擬定以汽油機(jī)或柴油機(jī)為動力，通過減速后帶動除草輪除草。但由于日光溫室一般在茄果類蔬菜幼苗生長前期除草，除草機(jī)燃燒汽油或柴油排放的尾氣會對幼苗產(chǎn)生不良影響，故該方案未予采納。

2.2.2 以蓄電池、電機(jī)為動力驅(qū)動設(shè)計方案分析

以電能為動力取用方便，清潔無污染。若采用蓄電池為除草機(jī)提供動力，使用方便，但蓄電池一次投入成本高，使用壽命短，折舊費(fèi)用大，增加了除草作業(yè)環(huán)節(jié)的投入。

密云綜合試驗(yàn)站電力供應(yīng)充沛，各日光溫室均有380 V、220 V交流電供應(yīng)，根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合用戶意見，筆者確定以交流電機(jī)為動力進(jìn)行總體方案設(shè)計。

除草機(jī)工作原理是通過交流電動機(jī)驅(qū)動，減速箱減速，再通過鏈傳動帶動除草輪除草。為使除草機(jī)結(jié)構(gòu)布置緊湊，采用交流電機(jī)與除草輪前后平行布置，交流電機(jī)在除草輪的后上方，單側(cè)通過鏈輪傳動將動力傳送到除草輪，并在除草輪后設(shè)置限深裝置和阻力裝置，用以限制除草輪除草入土深度及行走速度;行走地輪放置在交流電機(jī)的下方，利用機(jī)器操作者的推力，有利于在實(shí)際工作中根據(jù)不同的地面情況調(diào)整機(jī)器的前進(jìn)速度。總體方案結(jié)構(gòu)布置見圖2。

圖2 總體結(jié)構(gòu)布置示意圖

3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計和選擇

3.1 基本參數(shù)的確定

參閱《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》中旋耕機(jī)的相關(guān)資料。

S——除草切土節(jié)距，根據(jù)除草要求，S=2 cm;

Vm——機(jī)組行進(jìn)速度，一般為操作者工作時的步行速度，取Vm=0.36 m·s－1;

z——除草輪除草刀數(shù)量，設(shè)z=6;

n——除草輪轉(zhuǎn)速，帶入相關(guān)參數(shù)求得 n=180 r·min－1

3.2 除草輪的設(shè)計計算

3.2.1 除草輪的寬度、直徑及除草刀的布置 根據(jù)試驗(yàn)站茄果類蔬菜種植農(nóng)藝，除草寬度為30～50 cm，故除草輪的寬度B=30 cm;根據(jù)結(jié)構(gòu)位置擬定除草輪直徑D=24 cm。

為減小除草機(jī)工作阻力，除草刀片沿除草輪圓柱面成螺旋線安裝，并保證相鄰的除草刀片順序入土，以保持機(jī)具工作的穩(wěn)定性 (圖3、4)。

圖3 除草輪刀片布置示意圖

圖4 除草輪刀片布置展開圖

3.2.2 除草輪功率計算 參照農(nóng)業(yè)機(jī)械旋耕機(jī)的設(shè)計理論，除草輪消耗功率P:

d——耕深，根據(jù)設(shè)計要求 d=2～3 cm，取d=2.5 cm;

Vm——機(jī)組前進(jìn)速度，Vm=0.36 m·s－1;

B——耕幅，即除草輪寬度B=0.3 m;

Kλ——旋耕比阻，由 《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》

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

3.2.3 除草輪阻力計算

由于除草刀是螺旋式順序入土，阻力裝置克服除草輪阻力129.2N即可。

3.2.4 除草輪刀軸設(shè)計

除草輪刀軸采用實(shí)心軸，根據(jù)公式:

式中:T——所傳遞的扭矩，T=15.5 Nm

τp——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表可知τp=25 MPa

則除草輪刀軸直徑 d≥14.7 mm，取 d=20 mm。

3.3 電機(jī)選擇

除草輪消耗功率為292 W，電機(jī)輸出效率按80%計算，則要求電機(jī)供功率365 W;根據(jù)除草機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)和使用的方便性，選用YU80系列，功率370 W，轉(zhuǎn)速1400 r·min－1的二相交流異步電動機(jī)。

3.4 減速傳動設(shè)計

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 n＇=1400 r·min－1，除草輪轉(zhuǎn)速 n=180 r·min－1，則總減速比 i=7.8∶1，故采用兩級減速設(shè)計。

3.4.1 一級減速機(jī)選用 根據(jù)電機(jī)功率和需要傳動的扭矩，查表選用ZDY型減速機(jī)，傳動比選擇i1=4.21，其中心距為80 mm，該減速機(jī)完全滿足使用要求。

③鏈傳動中心距設(shè)計:為使除草機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，不設(shè)鏈傳動張緊裝置，其中心距應(yīng)小于25 p(317.5 mm)初定中心距，當(dāng)傳動比小于4時，

根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)可調(diào)整設(shè)計中心距離。

4 結(jié)語

小型電動除草機(jī)主要是應(yīng)密云綜合試驗(yàn)站的要求研制開發(fā)而成，并進(jìn)行了樣機(jī)制作和生產(chǎn)試驗(yàn)，在生產(chǎn)試驗(yàn)中收到了預(yù)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

秦貴，高級工程師，副站長，北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站，豐臺區(qū)南方莊甲60號，100079，電話:010－67697339，E-mail:qinguiyx@163.com

張艷紅，北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站

2010-08-24;接受日期: 2010-09-26

果類蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市創(chuàng)新團(tuán)隊項目