CN115299196B - 一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械领域，特别涉及一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，所述行间机械除草装置包括机架支撑机构、仿形传感机构、动力传递机构和除草执行机构；其中传感器固定轴两端安装有非接触式传感器，控制拨草板偏转避苗；同时，拨草板在除草过程中将水稻秧苗行间分蘖根系压下，实现避根，并将行间两侧杂草向中间拨拢，与立式螺旋刀具配合对杂草进行切除和压埋，有效降低水田行间除草的伤根伤苗率；主动式立式螺旋刀具针对不同土质的水田土壤可实现同样的行间除草效果，并提高水田土壤扰动率和行间除草率，实现高效高质除草，有利于水稻的生长发育，增加水稻产量。

Description

一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置

技术领域

本发明属于农业机械领域，尤其涉及一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置。

背景技术

水稻田行间杂草是水田里的主要杂草，杂草生长过程中与水稻稻苗争夺肥料养分、生长空间等，是影响水稻产量和品质的主要因素。而目前普遍采取的是化学除草方式，水稻化学除草剂的大面积使用，造成了诸如杂草抗性、环境污染、作物药害等负面问题，并且由于有机水稻的推广种植，采取一种绿色无污染的除草方式是必要的。采取机械除草方法可以使土壤疏松，提高水分入渗率，并加速土壤营养物质分解，提高土壤肥力，很多学者及研究院所针对行间机械除草装置开展了大量的研究，但是总结发现已有行间除草机械装置存在无法准确对行避苗，伤根伤苗；多为被动式，土壤扰动率较低，主动式多类似于微耕机，手提调向，幅宽受限，工作效率较低；除草机构多采取卧旋式机构，对于硬质土壤、不同耘深适应性差等问题。机械除草作业一般在插秧后7-14天进行，而在插秧后7-10天，此时水稻杂草根系还没有分蘖根、只有主根，而水田秧苗已经产生分蘖根，并且水稻秧苗根系深度要深于水田杂草。根据这些秧苗与杂草生物特性，为解决上述问题，设计一种采取拨草板进行避根拨草、主动式立式螺旋刀具进行除草、非接触式传感器实现避苗的水田行间机械除草装置，将有效避免伤根伤苗，提高行间土壤扰动率和除草率，保障水稻生长发育，提高水稻产量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，安装在水田乘座式插秧机后面，以插秧机动力输出轴作为刀具动力来源，主要包括机架支撑机构1、仿形传感机构2、动力传递机构3、除草执行机构4，以实现水田行间除草。

所述机架支撑机构1包括调深梁101、整机支撑梁102、后支撑横梁103、支撑板104、长螺栓105、前支撑横梁106；调深梁101与乘座式插秧机尾端三点悬挂部分相配合，实现整个装置的调节深度要求；整机支撑梁102通过长螺栓105与调深梁101相固定；前支撑横梁106通过长螺栓105与整机支撑梁102相固定，以确定传感仿形机构2水平位置；后支撑横梁103通过长螺栓105与整机支撑梁102相固定，后支撑横梁103后侧与支撑板104相固定，从而固定动力传递机构3和除草执行机构4；支撑板104位于后支撑横梁103与除草执行机构4、动力传递机构3相配合。

优选地，所述调深梁101两侧设计有三角肋条，提高调深梁强度，增强装置整体稳定性。

优选地，所述前支撑横梁106和后支撑横梁103的距离为600mm，预留非接触式传感器208数据采集处理时间，提升除草执行机构前进方向准确性，进一步降低伤根伤苗率。

优选地，所述支撑板104与后支撑横梁103相固定，前端与万向节通过轴承相配合，设计成分层结构，由上至下，分别与蜗轮蜗杆结构、链条齿轮结构、机械限位结构和除草执行机构4相配合固定，起到支撑作用。

所述仿形传感机构2包括仿形浮板201、自动调深板202、连接板203、传感器固定轴204、夹板205、U形螺栓206、螺母207、非接触式传感器208。仿形浮板201和非接触式传感器208皆通过自动调深板202、夹板205和U形螺栓206相固定配合；仿形浮板201位于传感器两侧，并通过连接板203与传感器固定轴204相连接，以此来调节传感器的深度，使得传感器始终对准水稻秧苗行茎秆部位，提高控制精度；仿形浮板201对应于水田两秧苗行中间空隙，传感器位于秧苗行两侧。

优选地，所述自动调深板202可以在一定高度内通过下端板在上端板空隙内自动升降实现调深。

优选地，所述U形螺栓206可以吸收装置的振动，提高传感仿形机构2行进过程中的稳定性。

优选地，所述自动调深板202通过夹板205和U形螺栓206相固定，螺母207采取双螺母锁紧防松结构，加大紧固力，并且易于更换。

优选地，所述连接板204设计成V字形，提高装置前进过程中对于水稻秧苗行的通过性。

优选地，所述仿形浮板201设计成船形，在机器前进过程中，能针对复杂的水田地表环境实现较高的通过率，进一步降低仿形浮板受到水田杂物阻力而产生对传感器调节深度的影响。

所述动力传递结构3包括万向节301、轴承302、蜗杆303、蜗轮304、连接轴305、主动齿轮306、被动齿轮307、链条308；蜗轮蜗杆与万向节301位于同一水平面内，蜗轮304位于主动齿轮306正上方并通过连接轴305、轴承302与主动齿轮306相配合，主动齿轮306、被动齿轮307、链条308位于同一水平面内，被动齿轮307与立式螺旋刀具402上端阶梯轴相固定配合；万向节301通过轴承302和支撑板104固定支撑，接收插秧机动力输出轴动力，传递给蜗杆303，蜗轮蜗杆通过垂直方向上连接轴305将动力传递给链条齿轮机构，连接轴305通过轴承302与支撑板104相固定，链条齿轮机构将动力分配到两个除草执行机构单体上，主动齿轮306接受连接轴305动力通过链条308带动两个被动齿轮307旋转实现动力传递和分化。

优选地，所述主动齿轮306与被动齿轮307、链条308实现动力分化，采取链条齿轮机构使得插秧机输出轴动力分配到各个除草刀具上。

所述除草执行机构4包括拨草板401、立式螺旋刀具402、电控液压伸缩杆403、齿条404、导向滑轨405；立式螺旋刀具中心轴上方采取阶梯轴形式，接收来自被动齿轮307通过轴承302传递的旋转动力，拨草板401上部分圆盘为不完全齿形，与齿条404、电控液压伸缩杆403、导向滑轨405组成机械限位装置，约束拨草板401旋转角度，拨草板尾端位于立式螺旋刀具402前方一段距离，并且与立式螺旋刀具402配合，留有极小空隙，以实现对于杂草的切除，拨草板401以电控液压装置作为动力来源实现对于两侧杂草的归拢；齿条404与电控液压伸缩杆403直接固定，与拨草板401上不完全齿形相配合，齿条404位于导向滑轨405内，导向滑轨405和电控液压主体部分固定在支撑板104下。

优选地，所述刀具采取立式螺旋设计，可适应不同耘深和不同水田土质，螺旋结构旋转产生下压力可实现对于杂草的压埋效果，与拨草板401配合可实现对于杂草的支撑切除；主动式设计能够提高土壤扰动率以进一步提高水田行间除草作业效果。

优选地，所述立式螺旋刀具402中间采取开长孔设计，防止在除草前进过程中，水田泥浆产生堵塞。

优选地，所述拨草板401采取镂空设计，使得在归拢杂草时，两侧泥浆能够从镂空处排出，达到只拨草、不拨泥的效果；并且拨草板401基于最速降线原理进行外形线设计，前端采取船形倾斜设计，可以在前进过程中将秧苗两侧根系压下，以实现较好的避根效果。

优选地，所述拨草板401上主体设置有不完全齿形，使得拨草板成为机械限位装置的一部分，使得电控液压装置控制更加精确。

优选地，所述立式螺旋刀具402上端阶梯轴依据动力传递要求及其轴承轴向支撑力大小进行设计，并且与立式螺旋刀具402直接相合，保证动力传递效果，并有利于刀具轴向方向的支撑固定。

本发明的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置具有以下有益效果：

(1)先拨草后除草，并且接触式传感器和机械限位装置能够有效的避免在除草过程中伤根伤苗，降低伤根伤苗率；

(2)采取立式螺旋除草刀具，能够对不同耘深、不同土质土壤产生相同的除草作业效果，适应性强；

(3)采取主动式除草方法，拨草板与立式螺旋刀具相配合，进行切除压埋，能够提高除草过程中的土壤扰动率和行间除草率，一次可进行多行作业，提高生产效率。

附图说明

图1为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置结构示意及各机构相对位置示意图；

图2为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置水田作业相对位置图；

图3为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置机架支撑机构相对位置及配合关系图；

图4为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置传感仿形机构结构示意图；

图5为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置传感仿形机构主视图；

图6为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置动力传递机构结构示意图；

图7为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置动力传递机构与支撑板相对位置侧视图；

图8为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置除草执行机构结构示意图；

图9为避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置除草执行机构与支撑板相对位置轴视图；

图10为拨草板和立式螺旋刀具单体结构及配合示意图；

图11为拨草板和立式螺旋刀具配合俯视图；

其中附图标记为：1-机架支撑机构，2-仿形传感机构，3-动力传递机构，4-除草执行机构，101-调深梁，102-整机支撑梁，103-后支撑横梁，104-支撑板，105-长螺栓，106-前支撑横梁，201-仿形浮板，202-自动调深板，203-连接板，204-传感器固定轴，205-夹板。206-U形螺栓，207-螺母，208-非接触式传感器，301-万向节，302-轴承，303-蜗杆，304-蜗轮，305-连接轴，306-主动齿轮，307-被动齿轮，308-链条，401-拨草板，402-立式螺旋刀具，403-电控液压伸缩杆，404-齿条，405-滑轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1，避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置结构示意及各机构相对位置示意图所示，除草执行机构4带有两个除草单体，与之对应的为两个仿形浮板201和一个传感器固定轴204，目前本发明所实现的是水田两行行间范围的机械除草。乘座式插秧机在插秧过程中单次6行或者8行作业后，秧苗行产生偏转情况相同，所以本发明行间单次作业范围不仅限于两行作业，该装置之后可与乘座式插秧机的单次6行或者8行插秧作业对应，进行单次6行或者8行除草作业；

如图2所示，拨草板401两侧粗直线段为水稻秧苗行，秧苗行距为300mm，拨草板对应行间除草范围为秧苗行中间200mm。对应地，仿形浮板201中心线及立式螺旋刀具402中心轴位于两秧苗行中心线上，传感器固定轴204位于所夹秧苗行两侧，以此向前进行行间除草作业。

如图4所示，仿形传感机构2具体工作过程如下，由于水田环境的复杂性，水田表面存在凹凸不平的情况，仿形浮板201在起始位置时自动落下与水田表面相接触，随着水田表面的起伏，仿形浮板201也会在一定高度内上浮或下移，当仿形浮板上浮下移时，将带动连接板203和传感器固定轴204上下移动，以保证非接触式传感器208对准水稻秧苗行茎秆部位，提高检测数据的准确性；非接触式传感器208比较两边传感器检测的数值大小，若左侧传感器检测数值大于右侧，则控制拨草板401向左侧偏转，若右侧数值大于左侧，则控制拨草板401向右侧偏转，实现避苗。

如图6、图7所示，动力传递机构3具体结构，万向节301与蜗杆303通过轴承302与支撑板104进行固定，并处于同一水平线上传递插秧机输出轴动力，蜗杆303通过蜗轮304、连接轴305将动力传递给主动齿轮306，同时连接轴通过轴承302与支撑板104进行固定，然后主动齿轮306通过链条308将动力传递给两个被动齿轮307，实现动力的分化；被动齿轮307与立式螺旋刀具上端阶梯轴相连接，整体动力传递机构3实现插秧机输出轴到除草执行机构4中立式螺旋刀具402的动力传递。

如图8、图9所示，除草执行机构4动力来源有两部分，立式螺旋刀具402动力来源于被动齿轮307传递的插秧机输出轴；拨草板401动力来源于电控液压伸缩杆403，其作用在拨草板401齿形上，起到机械限位作用。具体设计和工作过程如下：在水田行间进行作业时，拨草板401将两侧杂草归拢至中间处，拨草板401外形线基于最速降线原理进行设计，使得水田行间两侧杂草能以最快的速度归拢至立式螺旋刀具402作业区域；拨草板前端采取船形结构设计，能够降低拨草板在前进过程中遇到的阻力，并压下在除草作业过程中可能在行间区域出现的水稻秧苗分蘖根系。

如图8、图9、图10、图11所示，立式螺旋刀具将归拢到中间部分的杂草进行切除和压埋，如图11所示，拨草板401两侧尾端与立式螺旋刀具402外刃线空隙极小，杂草拨到拨草板尾端时以切除杂草；立式螺旋刀具402外径要稍大于拨草板尾端所对应的直线距离，以保证立式螺旋刀具的切除效果；拨草板401和立式螺旋刀具402均采取开长孔设计，防止水田泥浆堵塞；当水田秧苗行产生偏转时，非接触式传感器检测、传输秧苗行数据，控制电控液压伸缩杆403伸缩移动，通过齿条404作用于拨草板401上端不完全齿形上，控制拨草板进行偏转避苗，从而降低伤苗率。

本发明的工作过程：

仿形浮板201与水面接触并通过自动调深板202上下自动移动控制非接触式传感器208对准水稻秧苗茎秆部位，传感器检测到苗行偏转，控制电控液压伸缩杆403转动拨草板401将水稻秧苗行间分蘖根系压下，同时将两侧杂草向中间进行归拢，立式螺旋刀具402接收动力传递机构3传递的插秧机输出轴动力旋转，与拨草板401配合实现对行间杂草的切除和压埋。

Claims (6)

1.一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，所述行间机械除草装置布置有机架支撑机构(1)、仿形传感机构(2)、动力传递机构(3)、除草执行机构(4)，其特征在于：机架支撑机构(1)、仿形传感机构(2)、动力传递机构(3)、除草执行机构(4)；其中，

所述机架支撑机构(1)包括调深梁(101)、整机支撑梁(102)、后支撑横梁(103)、支撑板(104)、长螺栓(105)、前支撑横梁(106)；机架支撑机构(1)位于仿形传感机构(2)、动力传递机构(3)、除草执行机构(4)上方并相固定；

所述整机支撑梁(102)布置在调深梁(101)两侧，通过长螺栓(105)固定；后支撑横梁(103)位于整机支撑梁尾端，并与支撑板(104)相固定；

所述仿形传感机构(2)包括仿形浮板(201)，自动调深板(202)、连接板(203)、传感器固定轴(204)、夹板(205)、U形螺栓(206)、螺母(207)、非接触式传感器(208)；其中，仿形浮板(201)位于装置下方与水田表面接触，仿形浮板(201)、传感器固定轴(204)通过自动调深板(202)、夹板(205)、U形螺栓(206)、螺母(207)固定在前支撑横梁(106)上，仿形浮板(201)对应水田行间除草区域，传感器固定轴(204)下端所夹空隙对应水稻秧苗行；连接板(203)连接调深板(202)与传感器固定轴(204)；

所述动力传递机构(3)包括万向节(301)、轴承(302)、蜗杆(303)、蜗轮(304)、连接轴(305)、主动齿轮(306)、被动齿轮(307)、链条(308)；其中，蜗轮(304)、蜗杆(303)位于链条(308)、主动齿轮(306)、被动齿轮(307)正上方，链条齿轮机构位于拨草板(401)和立式螺旋刀具(402)正上方；万向节(301)位于蜗杆(303)的正前方，并与之固定于同一水平轴线上，带动蜗杆(303)转动；

所述除草执行机构包括拨草板(401)、立式螺旋刀具(402)、电控液压伸缩杆(403)、齿条(404)、导向滑轨(405)；拨草板(401)通过轴承(302)与立式螺旋刀具中心轴相固定，拨草板(401)不完全齿形与装置后端齿条(404)、导向滑轨(405)、电控液压伸缩杆(403)相配合，处于同一水平面上，起到机械限位作用，其偏转角度由非接触式传感器(208)控制电控液压伸缩杆(403)决定；电控液压伸缩杆(403)与齿条(404)固定，并与导向滑轨(405)处于同一水平线固定在支撑板(104)上；

所述立式螺旋刀具(402)上端阶梯轴通过轴承(302)与支撑板(104)相固定，并接收来自被动齿轮(307)的动力，立式螺旋刀具外刃线与拨草板尾端相切，间隙极小；拨草板(401)下端可将水稻秧苗外侧根系压下，避免伤根，同时将两侧杂草向中间进行归拢，增加立式螺旋刀具(402)与秧苗行之间的距离，避免伤苗。

2.如权利要求1所述的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，其特征在于：所述立式螺旋刀具(402)动力由插秧机输出轴经过动力传递机构(3)提供，拨草板(401)动力来源于电控液压伸缩杆(403)。

3.如权利要求1所述的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，其特征在于：所述除草执行机构(4)中拨草板(401)在立式螺旋刀具(402)外侧，尾端相切于立式螺旋刀具(402)外刃，采取同一旋转中心；拨草板(401)外形线基于最速降线原理设计，前端为船形结构，可实现避根拨草的效果。

4.如权利要求1所述的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，其特征在于：所述拨草板与立式螺旋刀具(402)皆采取开长孔设计，防止在除草过程中堵塞；拨草板(401)上设置有不完全齿形，与齿条(404)、电控液压伸缩杆(403)、导向滑轨(405)相配合，起到机械限位作用。

5.如权利要求1所述的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，其特征在于：所述仿形传感机构(2)中仿形浮板(201)通过自动调深板(202)相连接，连接板(203)连接仿形浮板(201)和传感器固定轴(204)；上端通过U形螺栓(206)、夹板(205)、螺母(207)固定。

6.如权利要求1所述的一种避根拨草立式螺旋水田行间机械除草装置，其特征在于：所述蜗轮(304)、蜗杆(303)、链条(308)、主动齿轮(306)、被动齿轮(307)实现插秧机输出轴动力传递和分化。

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