毕业设计(论文)-水田除草机苗间除草装置的设计与仿真.docx
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1、水田除草机苗间除草装置的设计与仿真水田除草机苗间除草装置的设计仿真摘 要长期以来在水田苗间的除草都依靠化学除草剂或人力完成,即使借助某些专用工具,仍然劳动强度大,工作效率底,而且使得土壤的土质受到极大的影响使土壤硬化,肥力下降。到目前水稻苗间的除草机械还比较少,虽然其他国家有除草机械但是不适应我国的水田,有些国家的水田除草机械还对我国禁售。为了解决水田苗间除草的劳动强度大、农时紧的问题;提高作业质量,可以一次性完成水田机械除草,而不用化学除草剂。推进水稻生产机械化,提高水稻生产机械化,加强水稻综合生产能力建设,研制一种高效的水田苗间除草装置是很有必要的。本文主要研究苗间除草机的关键部件,针对水
2、稻生长过程中,水稻根部入土深度明显大于杂草根深的特点。采用理论分析,模拟仿真相结合的方法,对苗间除草机的机理与参数进行研究。为苗间除草设备与水田除草机械的研发提供了科学依据和方法。本文主要研究了除草装置的结构设计。除草装置包括动力装置、动力传递部分,除草轮。并运用Pro/ENGINEER Wildfire 5.0软件的动态仿真清楚观察机构的特点。观察苗间除草装置的三维模型,了解机构的工作情况。关键词 : 除草机,苗间除草,行间除草,仿真AbstractFor a long time weeding between the paddy seedlings rely on chemical her
3、bicides or manpower to complete, even with the help of some special tools, is still labor-intensive end of the working efficiency, but also makes the soil of the soil to be greatly affected soil hardening, and fertility decline.Rice seedlings, weeding mechanical relatively small, although other coun
4、tries are weeding machinery, but not suited to Chinas paddy, paddy field weeding machinery in some countries of Chinas ban.In order to solve the problems of paddy seedlings weeding is labor-intensive farming season tight; improve the quality of work, you can complete the one-time paddy machinery wee
5、ding, instead of chemical herbicides.It is necessary to promote the mechanization of rice production, rice production mechanization, strengthen rice production and capacity-building, development of an efficient paddy seedlings weeding device.This paper studies the key components of the seedlings bet
6、ween a lawn mower, for rice during the growth of rice roots buried depth was significantly greater than the weeds deep-rooted characteristics.The theoretical analysis, the method of combining simulation, the mechanism and parameters of the seedlings between a lawn mower.Seedlings before weeding equi
7、pment and paddy field weeding machinery research and development to provide a scientific basis and methods. This paper studies the structural design of weeding devices.Weeding devices, including power units, power transmission parts, weeding wheel. And the use of dynamic simulation clearly observe t
8、he characteristics of the Pro / ENGINEER Wildfire 5.0 software. Observe the three-dimensional model of the seedlings weeding device, understanding the work of the organization.Key words: Weeder;Seedlings weeding;Between weeding;Simulation目录摘 要IAbstractII1.前言1 1.1水田除草装置研究的目的与意义11.2国内外对水田苗间除草机的研究现状及发展
9、趋势11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状61.2.3水稻田间机械除草技术发展趋势71.3水田机械除草关键部件研究现状81.4 本文研究的主要内容112.结构和工作过程122.1工作原理122.2零件设计132.2.1苗间除草部件设计参数几何关系分析132.2.2除草盘运动分析172.2.3 苗间除草刀盘的受力分析182.2.4 苗间除草刀盘的材料的选择202. 3深度调节器的设计212. 4装置的运动参数分析223.动态仿真234.结论25参考文献26致 谢27III1.前言1.1水田除草装置研究的目的与意义 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
10、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,机械除草、农业防除和生物防治等非化学除草技术得到了更多的研究和应用。在水稻田间非化学除草的防治
11、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。在水稻生长过程中, 除草剂的过量使用不仅降低稻米品质, 而且污染土壤和水源, 破坏生态环境 。由于人工除草劳动强度大, 除草效率低, 所以机械除草被视为“绿色大米”种植过程中最佳的除草方式。采用机械除草改变了用化学药剂除草的作法, 工作效率比人工作业提高5倍。机械中耕除草为幼苗根系生长发育提供了疏松土壤, 避免了使用化学除草剂造成土壤不能有效疏松, 遏制根系延伸的缺点, 促进幼苗的生长。然而, 水稻中耕除草机械在我国还是空白。目前, 随着水稻品种及栽培研究的深入, 为适应水稻单产不断提高和机械化种植的需要, 水稻种植行距
12、逐步加大, 日本、韩国及我国大部分地区采用宽行栽培。对于苗间除草技术的研究, 国内还处于起步阶段, 市场现存大多数除草机只能除去行间杂草, 而对于苗间杂草无法达到理想的除草效果。因此, 现阶段生产的除草机均不能满足农艺要求。所以苗间除草装置的研制对我过绿色农业的发展有这重要的意义。1.2国内外对水田苗间除草机的研究现状及发展趋势1.2.1国外研究现状在科技飞速发展的今天。机械化农业也大力的发展。许多国家对水稻种植除草的机械有很大的研究。 1)欧美及澳大利亚欧美(美国、意大利等)及澳大利亚等国家水稻种植方式以直播为主。直播水稻田稻种与草种同时萌发,根系深度无明显差异,杂草个体生长空间大,草量是移
13、栽水稻田自然发生量的数倍;此外,撒播稻田内秧苗无序生长,植保机具无法下田。因此,直播水稻田杂草防治以化学防治为主,即施用高效除草剂灭草,少见机械除草方式。近年来,随着传感器和人工智能技术的发展,杂草视觉识别技术发展迅速,并应用于除草机器人的研究。Lee等研究出一种应用机器视觉技术的除草机器人,该机器人可以识别株间杂草,并控制喷头定点喷药。Lamm 等建立了一个实时的棉田杂草视觉识别系统,识别杂草并进行喷药。虽然欧美国家智能除草技术的研究主要针对旱田作物,但其技术带动了除草剂变量喷施、减量化学投入技术的发展,为水田智能除草机器人的开发提供了技术基础。2)日 本亚洲国家的水稻种植方式通常以移栽为主
14、,其中日本水稻移栽装备与机械化水平最高。近年来,有机农业在日本发展迅速,有机稻米颇受消费者的青睐,因此,根据市场的需求以及有机稻栽培的生产要求,一些研究机构和农机生产企业开发了水田除草机。市场上出售的水田除草机按照行走方式主要分为步进式和乘坐式 2种,其中乘坐式又可细分为三轮乘坐式和四轮乘坐式,不同机种除草部件的相应结构如表 1-1 所示。表1-1日本主要水田除草机类型行走方式 除草部件 除草部件样式 代表型号 厂家 安装位置 行间 株间步进式 拖拉机前方 除草辊 转动弹齿盘 MSJ-4(W) 合同产业 (两轮) 转动伞状盘 MSJ-6(W) 美善 SMW乘坐式 拖拉机尾部 旋转耙齿 摆动耙齿
15、 SJBP6(S)D 洋马农机 (四轮) SJ-6(8)IVZ 久保田 摆动梳齿 摆动梳齿 SJ-6(8)IVZ 井关农机 耙齿 固定除 LVW-6(8) 三菱农机乘坐式 前后轮之间 除草辊 固定除 MRW-5 三菱农机 (三轮) 草钢 RW-40 转动弹 RW-50 实产业 齿盘 RW-80(1)步进式水田除草机图1-1a所示的和同产业 MSJ-4 型步进式水稻田间除草机,行间除草部件为随动的除草辊,株间除草部件为一对驱动转动的弹齿盘。该机工作时水深为 810 cm,作业速度为 0.20.3 m/s 时,作业效率为为 0.40.6 hm2/h。此外,美善株式会社研发的步进式水田除草机的株间除
16、草部件也具有一定特色,株间除草工作由一对随动转动的伞状除草盘完成,行间除草部件与洋马步进式除草机类似,如图 1-1b 所示。步进式除草机的优点是其在地头转向灵活,伤苗较少,但其工作效率较乘坐式除草机低。 a. 和同产业 MSJ-4 型 b. 美善 SMW 型图 1 -1步进式水田除草机(2) 乘坐式水田除草机1998 年至 2000 年期间,日本生研机构、井关和久保田公司合作开发了一种高精度水田除草机,且于 2003年上市出售。结构相似的产品有洋马 SJVP 系列、久保田SJ-6(8)N 系列和井关 SJ-6(8)IVZ 系列,如图 1-2 所示。该类产品的行间除草部件为旋转耙齿,株间除草部件
17、为摆动梳齿。以久保田 SJ-8N 为例,机具工作时,驱动高速转动(100200 r/min)的耙齿除去行间杂草,沿机具前进方向左右摆动(频率 3.77.3 Hz)的梳齿完成株间杂草的去除工作。其行间除草作用幅宽为 18 cm,作业深度 46 cm;株间除草作用幅宽 13 cm,作业深度 24 cm。该机作业速度为 0.40.6 m/s,作业效率为 1.32 hm2/h。 a. 洋马 SJVP8D 型 b久保W SJ-8N c. 井关 SJ-8IVZ 型图 1-2 旋转摆动式水田除草机生研机构还研制了一种行、株间都应用摆动梳齿除草的水田除草机,并由井关公司试制,如图1- 3 所示。在生研机构附属
18、农场对以上 2 种除草机的除草性能进行了比较试验,如表 1-2 所示,试验结果表明驱动转动式的除草部件较摆动式除草部件的行间除草效果好,行间平均除草率可达到 85%以上,摆动梳齿式株间除草器的平均除草率在 40%50%之间。图 1-3 摆动式水田除草机表 1-2 种除草机作业性能机具样式 除草位置 除草率 (%) 06-20 06-27 07-04 全作业转动 行间 86 86 88 88摆动式 株间 56 11 42 41 平均 73 11 57 62摆动式 行间 41 - 95 49 株间 - 0 90 43 平均 24 - 93 48三菱乘坐式水稻田间除草机有三轮和四轮 2 种,如图 1
19、-4 所示。株间除草部件均为固定机架上的除草钢丝,行间除草部件有随动耙齿和除草辊 2 种。图 1-4a 所示的三菱 LVW-8 型除草机株间除草作业深度为 35 cm,作业幅宽 16 cm。该机作业速度约为 0.8 m/s,作业效率为3.3 hm2/h 左右。 a. 三菱 LVW-8 型 b. 三菱 MRW-5 型图 1-4 三菱水田除草机此外,实产业公司生产的三轮乘坐式水稻田间除草机,其株间除草部件为羽轮结构,如图 1-5 所示。三轮乘坐式除草机除草部件在前后两轮之间,在作业过程中,更有利于操作者观察,可减少除草过程中对稻苗的损伤。图1- 5 RW-50 型水田除草机目前日本市场上出售的水田
20、除草机种类较多,已经在水稻生产中实际应用,但机械除草效果(除草率)仍较化学除草有很大差距,尤其是株间除草率不高,因此,急需加强对株间除草部件的研究和改进,改善株间除草效果。3)亚洲其它主要水稻种植国亚洲一些水稻主产国如印度、印尼、孟加拉等国家,水田杂草防治主要以化学防治为主,辅以简易除草器或人工除草。近年来,印度也有机动水田除草机的研究,仅能进行行间除草,Tajuddin 等研制的水田行间除草机可同时进行 3 行作业,作业效率为 0.075 hm2/h。韩国水稻机械化种植程度较高,目前杂草防治也主要以化学防治为主。部分机械除草设备主要从日本引进,然后结合当地实际,对除草关键部件进行改进,最后通
21、过试验取得了良好的除草效果。1.2.2国内研究现状我国早在 20 世纪 50 年代开始机动水田中耕除草机的研究,到 20 世纪 80 年代初相继有十余种机型。如浙江省机械科学研究所设计的立旋式水稻中耕除草机;东北农学院研制的 SZD-6 旋耕式水田中耕除草机等,但当时研制的除草机只适用于行间除草,而不能除掉株间杂草。随着除草剂在中国水稻生产中的广泛应用,在相当一段时间内,水田机械除草方式在中国几乎绝迹。近年来,随着人们对环保和健康的重视,减量或无化学药剂除草方式得到提倡,水田机械除草技术又被重新关注,部分研究机构和农机企业研制了新型水田除草机,但目前仍未大面积应用。图 1-6 为南京农业机械化
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