一种上下可调式兼顾行间与株间的水田除草机及除草方法

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种上下可调式兼顾行间与株间的水田除草机及除草方法。

背景技术：

1、水稻生产中草害可导致减产15％左右。目前水田除草有人工除草、使用除草剂和农用机械除草等方式。随着人们生活水平的提高，生态观念的加强，除草剂这种伤害身体和环境的除草方式渐渐被人们反对，更绿色的水稻种植方式渐渐被人们认可。水稻田间机械除草技术和装备在有效除草的同时，改善水稻生长土壤环境，不存在化学除草剂对环境的污染的问题，在有机稻生产杂草控制上具有重要作用，是农业发展的方向。目前水稻行间机械除草技术和装备较为成熟，株间除草机械较少且存在伤苗率高、除草率低、不能根据秧苗高度和水田实际情况调整除草装置高度的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对目前水田除草机存在的不足，提出一种上下可调式兼顾行间与株间的水田除草机及除草方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一种上下可调式兼顾行间与株间的水田除草机，包括总变速箱、行间除草装置、株间除草装置、提升机构和机架；所述总变速箱的输出轴一与链轮传动轴的一端固定；链轮传动轴的另一端与链轮一固定，并通过轴承一支承在机架上；链轮一通过链条与行间除草装置中行间除草装置传动轴上固定的链轮二连接；所述总变速箱的输出轴二开设有六边形的空心柱，株间除草装置中株间除草装置变速箱的输入轴一伸入空心柱中，与总变速箱的输出轴二构成移动副；其中行间除草装置和株间除草装置均设于机架下端，且株间除草装置处于行间除草装置前方；

4、所述行间除草装置包括行间除草轮外壳、横条、行间除草装置传动轴、行间除草轮和行间除草刀；所述横条水平设置，并通过连杆与机架固定；横条上沿轴向间距固定有n个行间除草轮外壳，且n≥3，且n为奇数；行间除草装置传动轴与机架构成转动副，且与横条平行，并穿过各行间除草轮外壳；所述行间除草装置传动轴上沿轴向间距固定有n个行间除草轮，每个行间除草轮外壳内部均置有一个行间除草轮；每个行间除草轮上沿周向等距固定有若干把行间除草刀；

5、所述株间除草装置包括株间除草装置变速箱、株间除草装置传动轴、株间除草部件和悬挂轴；所述株间除草装置变速箱的输入轴一下端固定的锥齿轮一与两侧输出轴三一端固定的锥齿轮二均啮合，且两侧输出轴三同轴设置；每根输出轴三的另一端固定有株间除草装置传动轴；两根株间除草装置传动轴上沿轴向间距共设有n-1个株间除草部件，且每个株间除草部件位于相邻两行间除草轮外壳中间的正前方；每根株间除草装置传动轴上固定有0.5(n-1)个锥齿轮三；所述株间除草部件包括传动轴保护壳、除草轴保护壳、除草转盘和除草杆；所述传动轴保护壳与株间除草装置传动轴构成转动副，并通过支撑件固定在悬挂轴上；传动轴保护壳下端与倾斜设置且成一夹角的两个除草轴保护壳均固定；两个除草轴保护壳内分别通过轴承二连接有除草轴；两根除草轴的上端穿出对应的除草轴保护壳，且均穿入传动轴保护壳；所述两根除草轴的上端通过锥齿轮副一连接，且锥齿轮副一中的一个锥齿轮四与对应一根株间除草装置传动轴上的一个锥齿轮三啮合；每根除草轴的下端均固定有除草转盘；每个除草转盘上沿周向等距固定有多根除草杆；除草杆包括除草固定杆和除草转动杆；所述除草转动杆与除草固定杆通过销轴连接，且销轴上套置有扭簧一，扭簧一的两端与除草固定杆和除草转动杆分别固定；除草转动杆由一体成型且成一夹角的除草棍指一和除草棍指二组成；初始状态下，除草棍指一与除草固定杆共线；

6、所述提升机构包括手动转轮、蜗杆、制动棘爪、提升机构外壳、棘爪固定杆和提升装置；所述手动转轮固定在水平设置的蜗杆一端，且蜗杆与提升机构外壳构成转动副；棘爪固定杆垂直于蜗杆中部，上端与机架固定，下端固定有水平设置的制动棘爪；所述制动棘爪包括制动板和固定架；固定架两端通过铰接轴均铰接有制动板，且铰接轴上套置有扭簧二，扭簧二的两端与固定架和制动板分别固定；蜗杆两端的螺旋齿均连接有提升装置，且两个提升装置关于棘爪固定杆对称；初始状态时，两个制动板的下表面一部分与固定架两端上表面分别贴合，且两个制动板分别嵌入两个提升装置中棘条上相邻的两棘齿中；

7、所述提升装置包括蜗轮、圆齿轮、提升挂杆、齿条、棘条滑槽和棘条；所述蜗轮通过转动轴与提升机构外壳构成转动副，并与蜗杆上其中一个螺旋齿啮合；蜗轮上固定有同轴设置的圆齿轮；所述圆齿轮与竖直固定在棘条滑槽上的齿条啮合，且棘条滑槽竖直固定在机架上；棘条与棘条滑槽构成滑动副，且下端与悬挂轴固定；所述提升挂杆的上端与转动轴构成转动副，下端与悬挂轴固定。

8、优选地，所述机架下端位于株间除草装置前方设有限深浮板；所述限深浮板的前端向上折弯，下端固定有多个突起方条；限深浮板通过连接杆与机架固定，且限深浮板上设有标定高度。

9、优选地，所述总变速箱包括壳体、输入轴二、中间轴一、中间轴二、中间轴三、中间轴四、输出轴一和输出轴二；壳体固定在机架上端；输入轴二伸入壳体的一端通过锥齿轮副二与中间轴一连接；中间轴一通过斜齿轮副一与中间轴二连接；中间轴二通过斜齿轮副二与输出轴一连接；输出轴一通过斜齿轮副三与中间轴三连接；中间轴三通过锥齿轮副三与中间轴四上连接；中间轴四通过锥齿轮副四与输出轴二连接；其中，输入轴二、中间轴一、中间轴二、中间轴三、中间轴四、输出轴一和输出轴二均与壳体构成转动副；输出轴一与水平面平行，输出轴二垂直于水平面。

10、优选地，所述两个除草轴保护壳之间夹角为60°，悬挂轴的高度大于145mm，行间除草轮直径大于250mm。

11、优选地，所述每个行间除草轮上沿周向等距固定有3把行间除草刀。

12、优选地，所述扭簧一的设计如下：

13、设除草棍指一对水稻秧苗的茎部施加水平力后受到的阻力为f，水稻秧苗的根系固土形成的抗弯阻力为fn，则f＝fn，其中，不同稻穴水稻秧苗的抗弯阻力不同，则阻力f有一个取值范围；根据扭簧一扭力的计算公式：f＝(ed4)ψ/(3670ndl)，其中e为扭簧一的弹簧模量，d为扭簧一的线径，n为扭簧一的有效圈数，d为扭簧一的中径，l为扭簧一的扭臂长度，若要设计阻力f为取值范围内任一值时扭簧一的扭动角度ψ与除草棍指一和除草棍指二之间的夹角α始终相等，则给定e、d、n、d和l中任意四个量的值，以阻力f的最小值代入扭力的计算公式求解剩余一个量的值，设计得到扭簧一。

14、该上下可调式兼顾行间与株间的水田除草机的除草方法，具体如下：

15、首先将机架与水田拖拉机固定，并将总变速箱的输入轴二与外部动力源的输出轴固定，接着结合限深浮板上的标定高度来调整株间除草装置的高度，以适应不同的水稻秧苗高度；然后启动水田拖拉机带动机架前进；外部动力源驱动总变速箱的输入轴二，使总变速箱的输出轴一带动链轮传动轴转动，进而通过链轮一、链条和链轮二带动行间除草装置传动轴转动，进一步通过各行间除草轮带动相应的行间除草刀一起转动，随着水田拖拉机的前进和各行间除草轮的转动，各行间除草轮上的行间除草刀进入泥土中，扰动水稻秧苗行间的土壤并除草，然后杂草随着相应行间除草轮的转动而出土，完成行间除草；同时总变速箱的输入轴二带动输出轴二，输出轴二再带动株间除草装置变速箱的输入轴一转动，进而带动两根株间除草装置传动轴转动，各株间除草装置传动轴通过相应的锥齿轮三和相应的锥齿轮副一带动相应的两根除草轴转动，进而带动相应的除草转盘和除草杆一起转动，随着水田拖拉机的前进，各行水稻秧苗从相应的两根除草轴中间穿过，同时除草棍指一触碰到水稻秧苗的茎部并受到阻力，除草棍指一和除草棍指二一起绕着与除草固定杆的铰接点向后转动角度α，此时除草棍指二与除草固定杆共线，同时未受水稻秧苗阻挡的除草棍指二进行除草，随着水田拖拉机的前进，除草棍指一与水稻秧苗的茎部脱离，阻力消失，在扭簧一的回复力作用下，除草转动杆回复至原位，完成株间避苗除草。

16、优选地，株间除草装置高度的调整过程如下：

17、手动使手动转轮正转，蜗杆随手动转轮一起转动，同时蜗杆两端的螺旋齿通过相应的蜗轮带动相应的圆齿轮转动，各圆齿轮与相应的齿条啮合，并带动手动转轮、蜗杆、提升机构外壳、相应的蜗轮和相应的提升挂杆沿着相应的齿条向上运动，且各提升挂杆带动悬挂轴向上运动，悬挂轴通过各支撑件带动株间除草装置向上运动，同时悬挂轴带动各棘条沿着相应的棘条滑槽向上运动，且各制动板在相应棘条的棘齿作用下向上翻转，直至调整株间除草装置至设定高度，停止转动手动转轮，同时各制动板在相应扭簧二的作用下向下转动至贴合固定架上表面，同时各制动板嵌入相应棘条的棘齿槽中，且各制动板上方的棘齿支撑在相应的制动板上；而向上翻转两侧制动板，可向下调株间除草装置。

18、本发明有益效果如下：

19、1、本发明中总变速箱将动力传递给株间除草装置，并通过行间除草装置传动轴、锥齿轮一、锥齿轮副一和除草轴带动除草转盘和除草杆旋转，随着整个装置的前进，除草棍指一触碰到水稻秧苗茎部受到阻力后，与除草棍指二一起旋转一定角度，除草棍指二与除草固定杆共线进行除草，随着整个装置的前进，除草棍指一与水稻秧苗茎部脱离，阻力消失，在扭簧一的回复力作用下，除草棍指一与除草棍指二回复至原位，通过两根除草棍指既降低了伤苗率同时又保证了除草效率，是一种柔性的既能保护秧苗又能保证除草效率的除草装置；同时本发明中提升机构通过人工转动手动转轮实现株间除草部件的上下可调，且因为蜗轮和蜗杆的配合存在传动比大和具有自锁性的特点，既可以省力又能保证调节过程的稳定性，加上有棘条和制动棘爪的配合保证了提升过程中的可靠性，实现了一种能无极调速的提升机构，使本发明能够适应不同环境的稻田。

20、2、本发明中通过总变速箱内部设置的多级齿轮减速，从侧边的输出轴一和底部的输出轴二将动力分别传递给行间除草装置和株间除草装置，实现了多级传动以及多层级的动力输出，并且在总变速箱内能够实现动力的减速以及方向的改变。

21、3、本发明中通过测量统计获得水稻秧苗的抗弯阻力区间，再通过扭簧扭力的计算公式结合除草棍指一和除草棍指二的转角90°来设计扭簧一参数，保证除草棍指二受阻转动后，能贴着水稻秧苗前进，基本不会压弯水稻秧苗。