CN114946382A - 一种农作物行间和株间中耕除草设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种农作物行间和株间中耕除草设备,包括机架、固定除草机构、浮动除草机构、轴距调节机构和调角油缸,机架包括两个固定轴架、上架板、两个限位套和悬臂杆,固定除草机构穿过限位套和悬臂杆与固定轴架通过滚动轴承转动连接,浮动除草机构与悬臂杆滑动连接,轴距调节机构一端与固定除草机构连接,另外一端与浮动除草机构连接,调角油缸的缸座端部与上架板连接,调角油缸的活塞杆端部与悬臂杆侧壁铰接;通过本发明,实现了对植株行间杂草的清理,也实现了对株与株之间杂草的清理,作业面积可调,作业状态可调,能全方位适应茎杆直立农作物,尤其是芝麻、油菜、和大豆等油料作物的除草作业。
Description
技术领域
本发明涉及农用植保设备技术领域,具体而言,涉及一种农作物行间和株间中耕除草设备。
背景技术
在病虫草害的化学防治过程中,田间施用的农药最终会进入土壤环境并在其中转化积累,导致农田土壤环境污染。生长于土壤中的植物除了从土壤中获取水、无机盐、有机质等营养物质,还能通过不同吸收方式吸收土壤中存在的一些有毒有害物质,如农药和重金属等。因此,土壤中能被吸收的农药残留可以随着植物体的营养物质传导至植物的根、茎、叶和果实等器官中,并在植物各器官中富集。然而,这类被吸收的农药残留无法通过外部清洗等方法去除,对农产品安全造成的危害具有持续时间长、影响范围广、难以消除的特点,进入人体后不易排泄,导致中毒、致畸等危害人体健康。
在农业生产中,农田杂草是油料作物早期生长阶段最主要的灾害之一。随着国民生活水平的提高,追求健康绿色食品的意识逐渐加强,以及随着农业新技术的不断推广,中耕除草已成为当前农业生产的重要环节之一。通过对农作物中耕作业,可以在疏松农田表层土壤的同时,及时清除农作物株间杂草,同时提高农作物对施入肥料的吸收能力,因此,苗期疏松株间表土、除掉幼草,是油料作物保苗增产提质的重要措施。然而,目前以芝麻为代表的油料农作物机械化程度较低,缺乏高产高效中耕除草设备,关键部件作业可靠性低和整机智能化程度不高等,而且生产中多以人工作业为主,由于生产投入成本较高,收益较低,导致农民种植积极性降低。
因此实现机械化生产是解决部分油料作物推广并施行大面积生产的必要途径,尤其传统油料作物在实际中耕除草环节中的杂草清除不全的难题亟待解决。株间机械中耕除草是利用作物秧苗相对幼草根系发达且分布深广的特性,通过除草作业部件将株间表层土壤疏松或以为,达到株间除草的目的,所以除草部件入土位置和深度对机械除草作业性能有较大影响,而现有的中耕除草机械和设备均由行走于行间的限深轮控制,不能保证其在株间的定深松土除草作业,造成株间机械除草作业伤苗率高、除草效果不理想。因此,为提高农作物株间和行间机械中耕除草装置的作业功效,降低伤苗率和埋苗率等,该研究在行间除草机构研究的基础上,设计了株间松土和除草位置自控部件,并已应用于田间试验。该发明为解决株间中耕除草设备的松土和除草的准确位置提供新思路和方法,对减少土壤污染、合理利用土地、保护人民身体健康、提高人民生活质量具有极其重要的意义,也推动了油料作物全程机械化的发展和进程。
发明内容
本发明针对现有技术缺陷,提出一种农作物行间和株间中耕除草设备,以解决上述背景技术中存在的问题。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案提供了一种农作物行间和株间中耕除草设备,包括机架、固定除草机构、浮动除草机构、轴距调节机构和调角油缸;其中,所述机架包括两个固定轴架、上架板、两个限位套和悬臂杆,其特征在于:
所述机架内对称设有两个所述固定轴架,所述机架上端设有所述上架板,所述上架板上对称设有两个所述限位套,每个所述限位套上通过滚动轴承转动连接有所述悬臂杆;
所述固定除草机构依次穿过所述悬臂杆、所述限位套和所述上架板与所述固定轴架通过滚动轴承转动连接;
所述浮动除草机构与所述悬臂杆滑动连接;
所述轴距调节机构的一端与所述固定除草机构连接,另外一端与所述浮动除草机构连接;
所述调角油缸的底部安装在所述上架板上,所述调角油缸的活塞杆端部与所述悬臂杆侧壁铰接。
进一步地,所述悬臂杆包括T型导向槽、复合滑块和浮动轴架;
所述悬臂杆的上表面沿长度方向设有所述T型导向槽,所述T型导向槽内滑动设有所述复合滑块;
所述复合滑块下端为十字结构,上端为工字结构,所述悬臂杆上设有所述浮动轴架,所述工字结构嵌入所述浮动轴架内。
进一步地,固定除草机构包括转轴一、带轮一、锥齿轮一和固定割草刀盘;
所述转轴一依次穿过所述悬臂杆、所述限位套和所述上架板与所述固定轴架通过滚动轴承转动连接;
所述转轴一上端与所述带轮一和所述锥齿轮一同轴转动连接,所述转轴一下端与所述固定割草刀盘同轴转动连接。
进一步地,所述浮动除草机构包括浮动割草刀盘、转轴二和带轮二;
所述转轴二穿过所述悬臂杆与所述浮动轴架通过滚动轴承转动连接;
所述转轴二上端与所述带轮二同轴转动连接,所述转轴二下端与所述浮动割草刀盘同轴转动连接。
进一步地,固定除草机构还包括罩壳一;
所述罩壳一的大端向下,所述罩壳一的小端固定安装在所述固定轴架下方、且套在所述转轴一的外侧。
进一步地,所述浮动除草机构还包括罩壳二;
所述罩壳二的大端向下,所述罩壳二的小端固定安装在所述复合滑块下方、且套在所述转轴二的外侧。
进一步地,所述轴距调节机构包括伸缩油缸、连杆一、连杆二和张紧轮;
所述伸缩油缸的缸座端部与所述转轴一转动连接,所述伸缩油缸的活塞杆端部与所述复合滑块连接;
所述连杆一和所述连杆二分别设有两个,两个所述连杆一的端部铰接、且与所述转轴一铰接,两个所述连杆二的端部铰接、且与所述转轴二铰接,所述连杆一的另一端和所述连杆二铰接;
所述张紧轮与所述连杆一和所述连杆二铰接处的销轴转动连接。
进一步地,所述调角油缸对称设置设有两个。
本发明的有益效果是:
第一、本发明在工作前,将两对称设置的调角油缸的活塞杆收缩至最短,此时浮动除草机构位于固定除草机构正前方,齿轮箱的两侧输出扭矩通过锥齿轮传递给固定除草机构中的锥齿轮一,锥齿轮一带着转轴一、带轮一和固定割草刀盘同步转动,固定割草刀盘旋转除行中间的杂草,与此同时,带轮一通过皮带驱动浮动除草机构中的带轮二旋转,带轮二驱动转轴二带着浮动割草刀盘旋转,在浮动割草刀盘旋转的同时,调角油缸做往复伸缩运动,使得悬臂杆绕着限位套做摇摆运动,扩大了浮动割草刀盘旋转作业面积,实现了浮动割草刀盘旋转清除农作物行与行两边的杂草,消除了因固定割草刀盘作业直径覆盖不到的杂草无法清除的实际生产困难;
第二、本发明在连续农业生产作业的过程中,可以在该农作物行间和株间中耕除草设备上安装导航和扫描系统,使得机架在适当位置停止,然后在浮动割草刀盘旋转的同时,通过两对称设置的调角油缸调整好悬臂杆的方向,带轮一、两个张紧轮和带轮二与两个连杆一和两个连杆二组成四边形,皮带安装在带轮一、两个张紧轮和带轮二的外侧,然后伸缩油缸的活塞杆伸出,通过复合滑块推着浮动轴架沿着悬臂杆向前运动,两个张紧轮相互靠近,直到浮动轴架带着浮动割草刀盘运动至农作物在同一行内的株与株之间,该四边形连杆结构通过张紧轮与连杆一和连杆二铰接处的销轴转动连接只改变其四边形对角线的长度,不仅可以保证皮带的周长不变,张紧轮还能调节皮带使皮带运行平稳防止打滑,该设备实现对农作物的同一行内植株之间杂草的清理,该结构改善了传统中耕除草设备的技术难题,解决了实际生产中机械化操作的障碍,提高农民农业生产的经济效益;
第三、本发明的上架板上对称安装有两个限位套,限位套上通过滚动轴承转动连接有悬臂杆,保证了悬臂杆做摇摆运动的灵活性,悬臂杆沿长度方向设有T型导向槽,T型导向槽内滑动设有复合滑块,复合滑块下端为十字结构,上端为工字结构,悬臂杆上设有浮动轴架,工字结构嵌入浮动轴架内,保证了浮动轴架平移的稳定性,从而保证了转轴二高速旋转的稳定性,避免了转轴二歪斜传动导致的抖动,悬臂杆端部设有连接块,保证了悬臂杆承载结构的稳定性;
第四、所述转轴一下方套设有罩壳一、且罩壳一与固定轴架紧固连接,避免了藤蔓植物缠绕在转轴一上,保证了转轴一的扭矩平稳性,转轴二下方套设有罩壳二、且罩壳二与复合滑块下端紧固连接,不仅保证了罩壳二随着转轴二移动,而且也避免了藤蔓植物缠绕在转轴一上,从而保证了转轴二的扭矩平稳性。
附图说明
图1是本发明的农作物行间和株间中耕除草设备装配图一;
图2是本发明的农作物行间和株间中耕除草设备装配图二;
图3是本发明的悬臂杆结构示意图;
图4是本发明的复合滑块结构示意图;
其中,1-机架;10-固定轴架;11-上架板;12-限位套;13-悬臂杆; 130-T型导向槽;131-复合滑块;132-浮动轴架;133-连接块;14-固定销; 2-固定除草机构;20-转轴一;21-带轮一;22-锥齿轮一;23-固定割草刀盘;24-罩壳一;3-浮动除草机构;30-浮动割草刀盘;31-转轴二;32-罩壳二;33-带轮二;4-轴距调节机构;40-伸缩油缸;41-连杆一;42-连杆二;43-张紧轮;5-调角油缸。
具体实施方式
以下将结合附图1至图4对本发明的实施进行详细说明。
如图1至图4所示,本发明提供了一种油料作物行间和株间中耕除草设备,不仅实现了对农作物行间杂草的清理,也实现了对同一行内株与株之间杂草的清理,作业面积可调,作业状态可调,能全方位适应茎杆直立农作物的除草作业。
本发明提供了一种油料作物行间和株间中耕除草设备,包括机架1、固定除草机构2、浮动除草机构3、轴距调节机构4和调角油缸5。
机架1包括两个固定轴架10、上架板11、两个限位套12、悬臂杆 13和两个固定销14;机架1内对称设有两个固定轴架10,机架1上端设有上架板11,上架板11上对称设有两个限位套12,限位套12上通过滚动轴承转动连接有悬臂杆13,上架板11上对称设有两个固定销14。
固定除草机构2穿过限位套12和悬臂杆13与固定轴架10通过滚动轴承转动连接。
浮动除草机构3与悬臂杆13滑动连接。
轴距调节机构4一端与固定除草机构2连接,另外一端与浮动除草机构3连接。
调角油缸5对称设置有两个、且调角油缸5的缸座端部与固定销14 铰接,调角油缸5的活塞杆端部与悬臂杆13侧壁铰接。
具体的,悬臂杆13包括T型导向槽130、复合滑块131、浮动轴架 132和连接块133。
悬臂杆13沿长度方向设有T型导向槽130,T型导向槽130内滑动设有复合滑块131,复合滑块131下端为十字结构,上端为工字结构,悬臂杆13上设有浮动轴架132,工字结构嵌入浮动轴架132内,悬臂杆13 端部设有连接块133。
具体的,固定除草机构2包括转轴一20、带轮一21、锥齿轮一22、固定割草刀盘23和罩壳一24。
转轴一20穿过限位套12和悬臂杆13与固定轴架10通过滚动轴承转动连接,带轮一21和锥齿轮一22与转轴一20上端同轴转动连接,固定割草刀盘23与转轴一20下端同轴转动连接,转轴一20下方套设有罩壳一24,且罩壳一24与固定轴架10紧固连接。
具体的,浮动除草机构3包括浮动割草刀盘30、转轴二31、罩壳二 32和带轮二33。
转轴二31与浮动轴架132通过滚动轴承转动连接,带轮二33与转轴二31上端同轴转动连接,浮动割草刀盘30与转轴二31下端同轴转动连接,转轴二31下方套设有罩壳二32,且罩壳二32与复合滑块131下端紧固连接。
具体的,轴距调节机构4包括伸缩油缸40、连杆一41、连杆二42 和张紧轮43。
伸缩油缸40的缸座端部与转轴一20转动连接,伸缩油缸40的活塞杆端部与复合滑块131连接,连杆一41和连杆二42分别设有两个,两个连杆一41端部铰接,且与转轴一20铰接,两个连杆二42端部铰接,且与转轴二31铰接,一侧的连杆一41和连杆二42铰接,张紧轮43与连杆一41和连杆二42铰接处的销轴转动连接。
以下用具体实施例对具体工作方式进行阐述:
实施例1:
该油料作物行间和株间中耕除草设备,机架1的底部装有四个万向轮,保证除草设备灵活移动,机架1沿行间作业,在工作前,将两对称设置的调角油缸5的活塞杆收缩至最短,此时浮动除草机构3位于固定除草机构2正前方。整个除草设备通过电机或者燃油发动机来提供动力,电机或者发动机的输出轴经齿轮箱进行传动,齿轮箱由于为市场常见设备,这里并未画出。齿轮箱两侧输出扭矩通过锥齿轮传递给固定除草机构2中的锥齿轮一22,锥齿轮一22带着转轴一20、带轮一21和固定割草刀盘23同步转动,固定割草刀盘23旋转,用于去除行中间的杂草,与此同时,带轮一21通过皮带驱动浮动除草机构3中的带轮二33旋转,带轮二33驱动转轴二31带着浮动割草刀盘30旋转,在浮动割草刀盘30 旋转的同时,调角油缸5做往复伸缩运动,使得悬臂杆13绕着限位套12 做摇摆运动,扩大了浮动割草刀盘30旋转作业面积,实现浮动割草刀盘 30旋转除行两边固定割草刀盘23作业直径覆盖不到的杂草。
在一种实现方式中,在上述连续作业的过程中,在本发明的油料作物行间和株间中耕除草设备的前端安装图像识别系统,图像识别系统采用双目相机(左右各一个广角相机,同时对两侧进行拍摄)作为图像采集单元,用以识别油料作物,在图像识别系统中设定油料作物的株距,由于油料作物的种植采用机械化作业实现,所以作物之间的株距大体均匀。初始时,当将设备行进或推进至两行作物之间时,通过人工配合视频显示屏幕调整设备的位置和行进方向,使得设备大体沿着作物行间,与作物种植垄的方向对齐。图像识别系统设置于设备前端,分别对向两侧的作物进行图像采集。可以在人工辅助下进行最前侧作物的定位以及作物样本图像的采集。当采集一定的作物样本之后,设备自动工作,基于所采集的作物图像进行特征提取并与样本图像进行比对,进而确定前方作物中两株作物的位置以及其间隙位置,基于图像采集设备与浮动割草刀盘30之间的位置关系以及设备行进速度,来确定调角油缸5伸缩的节奏。
具体而言,设图像采集装置的安装位置与浮动刀盘的前后距离为h1 (图像采集装置在前)、基于双目相机(分别安装在设备前端两侧)可以确定当前植株(以左侧的植株为例)与前一植株之间在两个相机中所成图像的像素位置,进而可以确定每个植株在两个相机中的角度,基于双目相机之间的距离以及拍摄角度,可以确定两个植株之间的距离h2、前方植株和后方植株分别与双目相机所在平面之间的距离h3、h4。植株距离与植株在图像中的位置之间的关系需要事先进行标定,标定后,可以根据标定的映射关系进行直接确定。
(h3-h4)/2则为前后两株植株中点与双目相机所在平面之间的距离, (h3-h4)/2+h1则为浮动刀盘与相机中的前方植株和后方植株中点的距离,设当前时间点为t1,根据当前设备的行进速度v,当(t2-t1)*v=(h3-h4) /2+h1时,则浮动刀盘行进到植株中点位置,考虑到浮动刀盘是沿着其旋转至转动摆动朝向植株中点方向的(相当于向左后方摆动),则可以对浮动刀盘的摆动启动时间适当延后。行进过程中,植株的位置需要不断基于图像进行确定并调整,一旦发现异常,及时报警。
浮动割草刀盘30不宜设置过大,避免对作物造成误伤。调角油缸5 的响应速度要高于设备推进速度至少一个量级,以实现浮动刀盘的更有效控制。现有图像识别系统的精度足以满足作物识别需要,并且,采用株距作为校正量,当所识别到的两株作物之间的株距与预设株距差距大于预定值时,可以发出报警,改由人工操作。
在另一种实现方式中,调角油缸5的动作也可以基于手工来操作,该设备设计成人工推行的小型设备,每当推进到两株之间时,操作人员手动按压驱动按钮,调角油缸5张开,使得浮动刀盘伸入两株作物之间进行除草。
使用时,使得机架1适当位置停止,然后在浮动割草刀盘30旋转的同时,通过两对称设置的调角油缸5调整好悬臂杆13的方向,带轮一21、两个张紧轮43和带轮二33与两个连杆一41和两个连杆二42组成四边形,皮带安装在带轮一21、两个张紧轮43和带轮二33的外侧,然后伸缩油缸40的活塞杆伸出,通过复合滑块131推着浮动轴架132沿着悬臂杆13向前运动,使两个张紧轮43相互靠近,直到浮动轴架132带着浮动割草刀盘30运动至农作物在同一行内的株与株之间,进行除草。该四边形连杆结构通过张紧轮43与连杆一41和连杆二42铰接处的销轴转动连接只改变其四边形对角线的长度,不仅可以保证皮带的周长不变,张紧轮43还能调节皮带使皮带运行平稳防止打滑,该设备实现对农作物的株与株之间杂草的清理,减少了人力投入成本,提高了工作效率,改善了传统中耕除草设备无法清除同一行内植株之间的杂草的困境,为实现全程机械化具有积极促进作用。
实施例2:
在实施例1的基础上,上架板11上对称设有两个限位套12,限位套 12上通过滚动轴承转动连接有悬臂杆13,保证了悬臂杆13做摇摆运动的灵活性。
悬臂杆13沿长度方向设有T型导向槽130,T型导向槽130内滑动设有复合滑块131,复合滑块131下端为十字结构,上端为工字结构,悬臂杆13上设有浮动轴架132,工字结构嵌入浮动轴架132内,保证了浮动轴架132平移的稳定性,从而保证了转轴二31高速旋转的稳定性,避免了转轴二31歪斜传动导致的抖动;悬臂杆13端部设有连接块133,保证了悬臂杆13承载结构的稳定性,克服了传统设备悬臂杆因灵活性不够而失去稳定性或抖动的难题。
实施例3:
在实施例1的基础上,转轴一20下方套设有罩壳一24、且罩壳一 24与固定轴架10紧固连接,避免了藤蔓植物缠绕在转轴一20上,保证了转轴一20的扭矩平稳性。罩壳一24外径小于刀盘外径,以避免影响刀盘作业,优选罩壳一24的下端外径为刀盘外径的1/3至1/2。
转轴二31下方套设有罩壳二32、且罩壳二32与复合滑块131下端紧固连接,不仅保证了罩壳二32随着转轴二31移动,而且也避免了藤蔓植物缠绕在转轴一20上,从而保证了转轴二31的扭矩平稳性,减少实际操作中因杂草和藤蔓植物缠绕而无法作业的情况。
在本发明中,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
附图中的各个部件的形状均是示意性的,不排除与其真实形状存在一定差异,附图仅用于对本发明的原理进行说明,并非意在对本发明进行限制。
尽管参考附图详地公开了本发明,但应理解的是,这些描述仅仅是示例性的,并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定,并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。
Claims (8)
1.一种农作物行间和株间中耕除草设备,包括机架(1)、固定除草机构(2)、浮动除草机构(3)、轴距调节机构(4)和调角油缸(5);其中,所述机架(1)包括两个固定轴架(10)、上架板(11)、两个限位套(12)和悬臂杆(13),其特征在于:
所述机架(1)内对称设置两个所述固定轴架(10),所述机架(1)上端设置所述上架板(11),所述上架板(11)上对称设置两个所述限位套(12),每个所述限位套(12)上通过滚动轴承转动连接所述悬臂杆(13);
所述固定除草机构(2)依次穿过所述悬臂杆(13)、所述限位套(12)和所述上架板(11)与所述固定轴架(10)通过滚动轴承转动连接;
所述浮动除草机构(3)与所述悬臂杆(13)滑动连接;
所述轴距调节机构(4)的一端与所述固定除草机构(2)连接,另外一端与所述浮动除草机构(3)连接;
所述调角油缸(5)的底部安装在所述上架板(11)上,所述调角油缸(5)的活塞杆端部与所述悬臂杆(13)侧壁铰接。
2.根据权利要求1所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,所述悬臂杆(13)包括T型导向槽(130)、复合滑块(131)和浮动轴架(132);
所述悬臂杆(13)的上表面沿长度方向设置所述T型导向槽(130),所述T型导向槽(130)内滑动设置所述复合滑块(131);
所述复合滑块(131)下端为十字结构,上端为工字结构,所述悬臂杆(13)上设有所述浮动轴架(132),所述工字结构嵌入所述浮动轴架(132)内。
3.根据权利要求1所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,固定除草机构(2)包括转轴一(20)、带轮一(21)、锥齿轮一(22)和固定割草刀盘(23);
所述转轴一(20)依次穿过所述悬臂杆(13)、所述限位套(12)和所述上架板(11)与所述固定轴架(10)通过滚动轴承转动连接;
所述转轴一(20)上端与所述带轮一(21)和所述锥齿轮一(22)同轴转动连接,所述转轴一(20)下端与所述固定割草刀盘(23)同轴转动连接。
4.根据权利要求1所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,所述浮动除草机构(3)包括浮动割草刀盘(30)、转轴二(31)和带轮二(33);
所述转轴二(31)穿过所述悬臂杆(13)与所述浮动轴架(132)通过滚动轴承转动连接;
所述转轴二(31)上端与所述带轮二(33)同轴转动连接,所述转轴二(31)下端与所述浮动割草刀盘(30)同轴转动连接。
5.根据权利要求3所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,固定除草机构(2)还包括罩壳一(24);
所述罩壳一(24)的大端向下,所述罩壳一(24)的小端固定安装在所述固定轴架(10)下方、且套在所述转轴一(20)的外侧。
6.根据权利要求4所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,所述浮动除草机构(3)还包括罩壳二(33);
所述罩壳二(33)的大端向下,所述罩壳二(33)的小端固定安装在所述复合滑块(131)下方、且套在所述转轴二(31)的外侧。
7.根据权利要求1所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,所述轴距调节机构(4)包括伸缩油缸(40)、连杆一(41)、连杆二(42)和张紧轮(43);
所述伸缩油缸(40)的缸座端部与所述转轴一(20)转动连接,所述伸缩油缸(40)的活塞杆端部与所述复合滑块(131)连接;
所述连杆一(41)和所述连杆二(42)分别设有两个,两个所述连杆一(41)的端部铰接、且与所述转轴一(20)铰接,两个所述连杆二(42)的端部铰接、且与所述转轴二(31)铰接,所述连杆一(41)的另一端和所述连杆二(42)铰接;
所述张紧轮(43)与所述连杆一(41)和所述连杆二(42)铰接处的销轴转动连接。
8.根据权利要求1所述的农作物行间和株间中耕除草设备,其特征在于,所述调角油缸(5)对称设有两个。
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