关键词:
机械除草
株间杂草
除草刀
结构设计
参数优化
摘要:
农田杂草与田间作物争夺水分、养分和生长空间,对农业生产有着很深的危害,因此田间除草是农业生产活动中的一项重要工作。近年来,机械除草技术备受关注,其与现在仍广泛使用的化学除草和人工除草方式相比,具有对环境污染小且除草效率高等优点。农田杂草根据其生长位置的不同,主要可分为行间杂草和株间杂草。目前,行间机械除草技术已相当成熟,而由于株间杂草比较靠近作物,且株间除草区域不连续,使得机械式株间除草困难,故株间机械除草技术发展缓慢。因此株间除草是机械除草的难点,提高株间机械除草技术对可持续农业发展具有重要意义。本文在分析国内外株间机械除草技术研究现状的基础上,针对我国株间机械除草装置存在的除草率低、伤苗率高,且结构复杂、对作物株距变化的适应性差等问题,提出了一种可主动避苗的非圆齿轮行星轮系株间除草机构,并对该机构的关键结构和部件进行了设计和优化分析。本文的主要研究内容如下:(1)根据株间除草的农艺要求,利用旋转避苗的思想规划了株间除草作业时除草执行部件的工作路径,并阐述了除草执行部件除草避苗的工作原理。(2)基于规划的除草执行部件运动路径,设计了一种基于非圆齿轮的行星轮系株间除草机构,并对该机构的除草关键部件除草刀、传动方案和刀具入土角度调节机构进行了方案设计与分析。(3)建立株间除草机构的运动学模型,并利用响应曲面法结合满意度函数法对设计的“腰果形”除草刀的相关结构参数进行优化;开发了基于MATLAB的辅助分析软件对非圆齿轮的节曲线进行优化,通过人机交互的方式优选出了一组满足设计要求的非圆齿轮节曲线向径值。(4)利用EDEM离散元软件和ADAMS动力学软件进行联合仿真,分析在不同的机器前进速度、刀具入土角度和刀具刃角下,除草刀切削土壤时工作阻力的变化,并以机器前进速度、刀具入土角度和刀具刃角为试验因素,除草刀切削土壤时的平均工作阻力为试验指标进行正交试验设计,通过极差分析法优化出了一组平均工作阻力较小的因素组合。(5)根据优化的参数创建株间除草机构的三维模型并进行虚拟样机仿真分析,验证除草刀及非圆齿轮传动机构优化设计的正确性。最后对株间除草机构的各零部件进行实物加工与组装物理样机,并进行样机试验分析,验证机构设计的可行性。