本发明属农业机械领域,具体涉及一种中耕期玉米田间避苗除草装置。
背景技术：
在玉米的生长过程中，始终伴随着杂草的生长，在相同的空间和条件下，玉米和杂草互为竞争关系，为了保证能为玉米创造一个良好的生长环境，需要在玉米植株生长的不同时期进行除草。目前玉米杂草的清除方式主要依赖人工除草和化学药剂除草，人工除草劳动强度高，效率低，化学药剂除草对环境的污染以及人体的伤害较大。
在株间除草方面，对比现有的技术文献，比如授权专利号为“cn102972111b”的发明专利“一种能除去行内苗间杂草的除草装置”，需要频繁的控制电机正反转，且有针对性的除草方式，对于一些小的杂草幼苗无法提前除去，作业效率不高。在授权专利号为“cn103314663bl”的发明专利“智能化农作物苗期行株间除草装置”中，l形状的除草刀入土的情况下，依靠第二主轴的伸缩来切换株间和行间除草状态时，阻力较大，作业效率不高。
技术实现要素：
针对现有玉米除草的不足，本发明的目的是提供一种低成本高效率的中耕期玉米田间避苗除草装置。该装置能够以机械传感的方式来判断玉米植株位置，在自动避开玉米植株的同时，有效去除株间和行间杂草。
本发明由驱动装置a、连杆组件b和除草部件c组成，其中所述的驱动装置a由立式直角板2、行程开关3、安装板4、步进电机5、横式直角板6组成，其中立式直角板2的一立面固接于安装板4左部，立式直角板2的另一立面固接行程开关3，行程开关3上装有软轴1，软轴1由弹簧7和橡胶8粘结而成；横式直角板6的立面固接于安装板4右部，横式直角板6的横面固接步进电机5；
所述的除草部件c由除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf组成，其中：除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf的结构完全相同，均由梳齿组ⅰ16、螺栓组17、条形板18、梳齿板19和梳齿组ⅱ20组成，其中：条形板18一端设有孔21，条形板18经螺栓组17固接梳齿板19，梳齿板19下面纵轴线两边对称固接梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20所设的梳齿22带有尖刃，刃角α为20-30°，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20中相邻梳齿22的间距离l为10-15mm，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20中的梳齿22数相等，均为10-16个；
连杆组件b的胀紧套ⅰ9与驱动装置a中步进电机5的输出轴固接；除草部件c中除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf各自的条形板上的孔21分别固接于连杆组件b中圆盘15的三个孔位置，除草部件c中除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf呈120°排布。
所述的连杆组件b由胀紧套ⅰ9、联结套10、胀紧套ⅱ11、主轴12、轴套13和圆盘15组成，且胀紧套ⅰ9、联结套10、胀紧套ⅱ11、主轴12、轴套13和圆盘15自上而下顺序排列，其中：胀紧套ⅰ9经联结套10和胀紧套ⅱ11与主轴12上端固接，主轴12下端经销轴14与轴套13固接，轴套13底端与圆盘15上面固接，圆盘15上设有均布的三个孔。所述的梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20的每列梳齿22的长度yi排布沿径向递增，递增排布函数符合logistic方程模型：
其中：i为径向由内向外梳齿编号(0,1,2,3,4…)；xi为(0,10,20,30,…)；amin表示最短梳齿的长度，取值范围为30-40mm。
所述除草装置的前进速度v(m/s)的大小和电机转速n(r/min)的大小满足关系式：
其中：s表示玉米植株根部安全区直径大小，取值范围为140-180。
本发明的工作过程和原理为：
在玉米作物中耕时期，第一个工作周期的初始位置时，除草梳组件ⅰ垂直前进方向放置于玉米株间，除草装置平行于作物行前进。在行程开关的软轴未触碰到玉米茎秆时，除草部件不发生转动；在行程开关的软轴和玉米茎秆发生碰撞后，行程开关将信号传递给步进电机，随后步进电机带动除草部件逆时针旋转120°。在旋转运动和平移运动的叠加下，除草装置避开玉米植株，带有尖刃的梳齿进入土壤0-10mm深度，连同杂草的根部一并去除，装置继续前进，进入下一个工作周期，循环往复。
本发明与现有技术相比的创新点在于：
1.机械传感代替机器视觉，作业成本低。
采用接触式机械传感的方式来判断玉米植株的位置，避免了复杂的机器视觉及图像识别，提高准确度，降低开发成本。
2.行间株间同时除草，作业效率高。
在进行植株避苗的同时，在行间除草的基础上，对株间的杂草进行2-3次的重复清除，提高株间除草率，降低伤苗率，有利于解决株间除草难的问题。
附图说明
图1为中耕期玉米田间避苗除草装置的立体图
图2为驱动装置的立体图
图3为连杆组件的立体图
图4为除草部件的立体图
图5为除草梳组件的主视图
图6为除草梳组件的侧视图
图7为工作原理示意图
图8为除草轨迹示意图
图9为梳齿组排布示意图
图10为梳齿的示意图
其中：a.驱动装置b.连杆组件c.除草部件d.除草梳组件ⅰe.除草梳组件ⅱf.除草梳组件ⅲ1.软轴2.立式直角板3.行程开关4.安装板5.步进电机6.横式直角板7.弹簧8.橡胶9.胀紧套ⅰ10.联结套11.胀紧套ⅱ12.主轴13.轴套14.销轴15.圆盘16.梳齿组ⅰ17.螺栓组18.条形板19.梳齿板20.梳齿组ⅱ21.孔22.梳齿
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明由驱动装置a、连杆组件b和除草部件c组成，其中
如图2所示，所述的驱动装置a由立式直角板2、行程开关3、安装板4、步进电机5、横式直角板6组成，其中立式直角板2的一立面固接于安装板4左部，立式直角板2的另一立面固接行程开关3，行程开关3上装有软轴1，软轴1由弹簧7和橡胶8粘结而成；横式直角板6的立面固接于安装板4右部，横式直角板6的横面固接步进电机5；
如图4、图5和图6所示，所述的除草部件c由除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf组成，其中：除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf的结构完全相同，均由梳齿组ⅰ16、螺栓组17、条形板18、梳齿板19和梳齿组ⅱ20组成，其中：条形板18一端设有孔21，条形板18经螺栓组17固接梳齿板19，梳齿板19下面纵轴线两边对称固接梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20所设的梳齿22带有尖刃，刃角α为20-30°，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20中相邻梳齿22的间距离l为10-15mm，梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20中的梳齿22数相等，均为10-16个；
如图1所示，连杆组件b的胀紧套ⅰ9与驱动装置a中步进电机5的输出轴固接；除草部件c中除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf各自的条形板上的孔21分别固接于连杆组件b中圆盘15的三个孔位置，除草部件c中除草梳组件ⅰd、除草梳组件ⅱe和除草梳组件ⅲf呈120°排布。
如图3所示，所述的连杆组件b由胀紧套ⅰ9、联结套10、胀紧套ⅱ11、主轴12、轴套13和圆盘15组成，且胀紧套ⅰ9、联结套10、胀紧套ⅱ11、主轴12、轴套13和圆盘15自上而下顺序排列，其中：胀紧套ⅰ9经联结套10和胀紧套ⅱ11与主轴12上端固接，主轴12下端经销轴14与轴套13固接，轴套13底端与圆盘15上面固接，圆盘15上设有均布的三个孔。
如图9所示，所述的梳齿组ⅰ16和梳齿组ⅱ20的每列梳齿22的长度yi排布沿径向递增，递增排布函数符合logistic方程模型：
其中：i为径向由内向外梳齿编号0,1,2,3,4…；xi为0,10,20,30,…；amin表示最短梳齿的长度，取值范围为30-40mm。
所述除草装置的前进速度vm/s的大小，和电机转速nr/min的大小满足关系式：
其中：s表示玉米植株根部安全区直径大小，取值范围为140-180。
如图7和图8所示，在玉米作物中耕时期，第一个工作周期的初始位置时，除草梳组件ⅰd垂直前进方向放置于玉米株间，除草装置平行于作物行前进。在行程开关3的软轴1未触碰到玉米茎秆时，除草部件c不发生转动；在行程开关3的软轴1和玉米茎秆发生碰撞后，行程开关3将信号传递给步进电机5，随后步进电机5带动除草部件c逆时针旋转120°。在旋转运动和平移运动的叠加下，除草装置避开玉米植株，带有尖刃的梳齿22进入土壤0-10mm深度，连同杂草的根部一并去除，装置继续前进，进入下一个工作周期，循环往复。