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1、a垄作玉米机械除草装置的设计摘 要玉米作为我国主要的粮食作物，可供食用，又可被用于作为动物饲养，在工业生产等方面也有广泛应用，因此保障玉米产量对于发展畜牧业和工业都具有非常重要的意义。田间草害是导致玉米产量下降主要因素之一，相关研究表明，严重的草害可使玉米产量下降50%以上。机械除草作为田间草害的重要解决手段，虽有较长的发展历史，但仍然存在破土率低，伤苗率高的问题。本文在分析现有机械除草技术的基础上，针对我国现有的机械除草装置研究存在的不足，设计了垄作玉米机械除草装置，针对现有中耕机作业时苗间除草效率低、伤苗率高等问题，设计了垄作玉米机械除草装置，在设计中，确定了除草刀刀刃曲线及其基本尺寸，并
2、用反转法设计了凸轮，通过凸轮摇杆机构的设计将电机的连续转动转换为除草刀的往复摆动，降低了伤苗率。详细描述了苗间除草装置的主要结构和工作原理，建立和分析了除草刀避苗运动轨迹数学模型，优化除草装置避苗运动轨迹，用反转法设计了凸轮，并在此基础上对垄作玉米机械除草装置的关键部件，如除草刀，凸轮摇杆机构和弹簧等进行了设计。对比于传统除草机械，本文拟设计的除草机将电机的旋转通过凸轮转变为除草刀的往复运动，降低了伤苗率。关键词：凸轮摇杆；除草；伤苗率；反转法Design on Mechanical Weeding Device of Ripple MaizeAbstractMaize is one of t
3、he main food crops in China. It is not only edible for people, but also used in animal feed and industrial production. Therefore, ensuring corn production is of great significance for the development of animal husbandry and industry. Field grass damage is one of the main factors leading to the decli
4、ne of corn yield. Relevant research shows that severe grass damage can reduce corn yield by more than 50%.At present, the main methods of weeding in China include manual weeding, chemical weeding, and mechanical weeding. Manual weeding is labor intensive and inefficient, and only a few areas use man
5、ual weeding methods. The chemical weeding machine has high efficiency and saves manpower. It is the current mainstream weeding method, but the chemical weeding method effectively controls the weeds and also has many adverse effects. For example, repeated use of herbicides makes the field weeds resis
6、tant and seriously pollutes the farmland environment. Pesticide residues threaten peoples diet and health. In recent years, with the increasing awareness of environmental protection, mechanical weeding has gradually attracted peoples attention. Mechanical weeding has the advantages of high herbicida
7、l efficiency and low environmental pollution. Therefore, research on mechanical weeding is of great significance.In order to solve the problems of low weeding efficiency and high rate of seedling damage during the operation of the existing cultivator, a CAM rocker swinging weeding device between see
8、dlings was designed. Through the design of CAM rocker mechanism, the continuous rotation of the motor was converted into the reciprocating swing of the weeding cutter, so as to achieve the purpose of weeding without harming the seedlings. The main structure and working principle of the inter-seedlin
9、g weeding device were described, the mathematical model of the movement track of the weeding cutter to avoid seedlings was established and analyzed, and the movement track of the weeding device to avoid seedlings was optimized. On this basis, the key components of the cam-rocker swinging inter-seedl
10、ing weeding device, such as weeding cutter, cam-rocker mechanism and spring, were designed.Key words: rocker CAM ;weeding ;injure rate；reversal process目 录1 绪论11.1 课题背景与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 爪式株间玉米机械除草装置21.2.2 刷式株间机械除草装置31.2.3 智能株间机械除草装置32 技术任务书（JR）52.1 设计依据52.3 主要技术参数52.4 主要研究内容63 设计计算说明书（SS）73.1 整机结
11、构及工作原理73.1.1 整机结构73.1.2 工作原理73.2 除草刀设计73.2.1 除草刀基本尺寸设计73.2.2 除草刀切刃曲线设计83.3 凸轮摇杆机构设计83.3.1 凸轮基本尺寸的设计93.3.2 凸轮运动规律选择103.3.3 摆杆长度设计113.3.4 凸轮机构轮廓曲线的设计113.4 除草刀受力分析及弹簧参数确定123.4.1 除草刀的运动分析123.4.2 除草刀受力分析及弹簧参数133.4.3 齿轮轴及齿轮设计143.5 减速器设计163.5.1 拟定减速器传动方案163.5.2 减速器电动机选择173.5.3 计算传动装置总传动比和分配各级传动比183.5.4 计算减
12、速器传动装置的运动和动力参数183.5.5 带轮设计193.5.6 减速器轴的设计213.5.7 减速器齿轮设计213.5.8 减速器轴校核233.5.9 键的选择253.5.10 减速器附件选择254 使用说明书274.1 操作说明274.2 注意事项275 标准化审查报告28结 论29参考文献30致 谢321 绪论1.1 课题背景与意义近年来，我国玉米的种植面积与产量大幅增加。2021年，玉米种植面积超过3700万公顷，产量达到1.5亿至2.7亿吨，玉米的稳产对保障国家粮食战略安全起着至关重要的作用1。我国玉米的总产量虽然令他国羡慕，但单产却不尽人意。加强农业管理，控制杂草是提高玉米产量的
13、有效途径；其中，人工除草、化学除草和机械除草是应用最广泛的除草方法，而其他除草方法由于成本高、适应性差，仍难以广泛应用2-5。田间杂草是农业生态系统的一部分，杂草会与作物竞争生长资源，导致作物营养不良，无法生长，也容易使病虫害滋生，影响农作物的栽培。因此，农田杂草是制约作物高产的主要因素之一6，7。我国作为一个粮食消耗大国，每年因草害损失的粮食达数百亿公斤18。因此，除草在农业生产中的地位极高。研究和开发除草技术和设备对保证粮食的生长具有重要意义。现在世界上主要的除草方法有人工除草、化学除草、机械除草、生物除草和热电除草等8-10。在经济技术和社会的快速发展的今天，原本的除草方法除草效率低、人
14、工成本高等弊端日益突出。田间最常用的除草方法是药剂除草，这种除草方法可以同时清除行间和幼苗间的杂草。药剂除草省力、省时、快捷、高效。然而，除草剂的长期使用也给农业带来环境污染和杂草抗性增强等问题，威胁着人们的饮食健康11。随着全民环境保护意识的增强，机械除草的应用开始广泛应用，机械除草是去除田间杂草最常用的方法 12-15。机械除草具有工作效率高、劳动强度低、无环境污染等优点，还不会破坏土壤养分。随着现代农业技术的发展，应用伤苗率低，无环境污染的除草机已经引起人们的关注16，17。然而，现在的机械除草存在许多问题，首先，现阶段的除草机虽可以消除行间杂草，但由于杂草的幼苗与作物相似，故杂草幼苗难
15、以清除；第二，在连续实施新政策后，土壤重量和粘度增加，现有的除草机在粘性土的条件下，存在除草、破碎土效果差、操作耗电等问题。因此，在重粘土条件下，设计和开发一种既能控制行间苗间杂草，又能同减少运行功率消耗的新型机械除草设备具有重要意义18。1.2 国内外研究现状行间除草机械已经有了长时间的发展，并且，大量型号的除草机已经得到推广和使用。因为幼苗之间的杂草形状与幼苗相似，因此幼苗之间的除草技术更加困难。随着现代农业技术的发展，苗 (株) 间的除草机械逐渐发展起来18。1.2.1 爪式株间玉米机械除草装置胡炼等19,20设计了一种带有爪齿的进行余摆线运动的株间机械除草装置（见图1-1），该装置通过算法来控制爪齿进行余摆线运动以达到避苗以及除草的目的。陈勇等设计了智能除草机器人人（见图1-2）。该装置使用除草刀切割杂草，并在杂草断裂处涂抹除草剂，以完全消除杂草21-23。吴建等24设计了一种自动可视除草机器人。图1-1 爪式株间机械除草机图1-2 智能除草机Nerremark等人研究了多种类型的植间除草载具人。图1-3是爪式除草机。该除草机通过匹配载具的前进速度和爪齿转速，同时实现了避苗和除草25-30。图1-3 爪式株间除草机构1.2.2 刷式株间机械除草装置奥胡
