毕业设计（论文）-株间除草机设计.docx

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1、毕业设计说明书中文摘要株间除草机设计摘要我国是一个传统的农业大国，占地广阔，物产丰富。然而，伴随着越来越多的人进入城市生活，我国的人均耕地面积变得十分有限。目前，随着现代化进程的发展愈来愈快，粮食产量也越来越多，随之而来的问题便是杂草数量也迅速上升。因此，为了更好解决这一问题，增加农作物的产量，设计一种在株间能够有效除草的智能机械化除草机就显得尤为重要。本课题设计的是适用于大多数农作物的株间除草机，如玉米等，主要用于除去植株以及粮食作物之间的杂草。设计内容包括株间除草机的整机结构设计（行走机构方案、除草机构方案、驱动机构）、各技术参数的设计（传动比、蜗轮蜗杆、蜗轮轴）、主要零部件的设计（除草刀

2、片、联轴器）以及计算校核。目的是为了减少除草时间，提高除草效率，做到精确、有效地除草。关键词：机械除草；株间除草；杂草；除草机毕业设计说明书英文摘要Design of inter plant weeding machineAbstractChina is a traditional agricultural country, covering a vast area and rich in products.However, with more and more people entering urban life, the per capita cultivated landarea in

3、China has become very limited. At present, with the rapid development ofmodernization, the yield of grain is also increasing. The problem is that the number ofweeds is also rising rapidly. Therefore, in order to better solve this problem and increasethe yield of crops, it is particularly important t

4、o design an intelligent mechanical weederwhich can effectively weed among plants.This topic is designed to be suitable for most crops inter plant weeding machine, suchas corn, mainly used to remove weeds between plants and food crops. The design contentincludes the whole machine structure design (wa

5、lking mechanism scheme, weedingmechanism scheme, driving mechanism), the design of technical parameters (transmissionratio, worm gear, worm gear shaft), the design of main parts (weeding blade, coupling)and calculation and verification. The purpose is to reduce weeding time, improve weedingefficienc

6、y, and achieve accurate and effective weeding.Key words: Mechanical weeding; Weeding among plants; Weeds; Eradicator1引言11.1 课题研究的目的与意义11.2 国内外发展现状11.2.1 国外发展现状21.2.2 国内发展现状32株间除草机整机结构72.1 行走机构方案72.2 除草机构方案103驱动机构主要部件的设计113.1 传动比的确定113.2 蜗轮蜗杆的设计123.2.1 蜗轮蜗杆的材料选择123.2.2 关于蜗杆头数和蜗轮齿数的确定13323计算蜗轮的速度14324

7、减速机构传动中心距的计算143.3 蜗轮轴的设计163.3.1 轴的材料选择163.3.2 轴径的初步计算163.3.3 联轴器的种类及选择173.4 滚动轴承的校核184主要零部件的设计204.1 刀片的设计及计算204.1.1 刀片的选择204.1.2 刀片的设计及计算214.2 键联接的强度校核234.3 蜗杆轴输入端联轴器的选择245结论25参考文献26致谢28株间除草机设计1引言1.1 课题研究的目的与意义作为一个传统的农业大国，中国除了拥有世界上最多的人口外，也拥有世界上相当可观的耕地面积，但是，我们的人均耕地面积却并不名列前茅，并且呈下降的趋势。目前，制约我国粮食生产的主要因素是

8、农业生态环境，而杂草是农业生态环境的一个重要组成部分，它的多与少会直接影响农业的发展以及粮食作物的产量。杂草与粮食作物会通过争夺土壤的养分和水分，导致粮食作物的产量下降，尤其是对水资源短缺的地区会更加明显。因此我们需要采取必要的措施来控制田间杂草，以减少损失程度。随着人类的进步，人们的意识也在发生变化。不再仅仅关注传统化学除草所带来的短期便利，如何有效地实施环境保护的长期发展模式，是近年来人们环境保护和健康生活的追求。针对我国目前的机械除草的现状，结合国内外先进的除草理念和技术，设计了一种能有效地一次性除草的农业化机械除草机。随着科学技术的发展，越来越多的先进技术被开发并应用到农业机械上，推动

9、了机械除草的智能化、自动化趋势发展。未来农业的发展方向将是精准农业，实现粗放型农业向精细农业的转变。发展智能农业化机械不仅有利于有效提高农业生产效率，而且有利于促进智能农机的发展，同时也是推动现代农业机械化发展的关键。它解决了农业生产效率低、劳动力短缺的问题，减少了化学除草对环境的污染。一些智能化除草机不仅可以除去行间杂草，而且可以准确无误地识别植株和杂草，在除去株间杂草的同时保护了植株免遭伤害，提高了作业效率。发展现代智能农业装备是我国农业转型的重要组成部分。因此，株间除草机的设计对我国农业的发展具有重要意义。1.2 国内外发展现状目前，世界上主要的田间除草方法有人工除草和化学除草。人工除草

10、是一种利用人力进行拔草的、有效的除草方法，也是最原始、最简单的除草方法。人工除草耗费大量的人力、物力和时间，且劳动强度大，除草效率低。因此，在众多除草方式中，化学除草以高效省力的特点逐渐取代传统的人工除草。化学除草，就是指使用各种有机、无机物质抑制、毒杀杂草的方法。然而，在植株小苗密度较大，杂草密度远远小于植株密度的情况下，化学除草的经济效益与除草效率不会超过人工除草。化学除草虽然在一定程度上解决了杂草问题，但长时间的使用会引起土壤和环境污染，造成一定的危害，降低土壤的质量。目前正在试验和开发利用生物试剂、病毒、病原微生物或昆虫来控制杂草。1.2.1 国外发展现状在上世纪八十、九十年代，美国、

11、荷兰、丹麦、德国等国已经开始研究机械除草了。并经过多年的研究，已经取得了一些成熟的研究成果。德国的Cavalier等人与Amazon Worked公司合作研发了一种机械除草系统，专门用于玉米田的行株间除草（图1）。其中除草刀为鹅脚型刀片，由四个刀片组成，围成一个圆周，并固定在旋转轴上，每个刀片都可以通过电路控制来进行株间除草和防草，同时还可以调节刀片的运行速度。图1德国奥斯纳布吕克大学研制的除草机器人在荷兰，Kowenhoven等人已经开始研究用垄锄在行间和植株间进行除草，并在甜菜地发芽后，对机械除草、化学药剂除草、垄盖除草等不同除草方法进行了对比试验，试验结果表明：除草机除草效果并不好，并未

12、能除去甜菜地的株间杂草。同时进一步研究表明，机械除草对土壤进行积压，从而导致产量下降网。丹麦的Norremark等人研制了一种基于实时动态GPS导航的自动避障除草机。它利用实时动态GPS导航和自动控制系统，精确控制除草机前方和除草机上机器的横向和纵向位移，以保证除草时使用的S形齿在遇到作物时能够避免误伤作物，除草是在植物之间进行的，以确保植物的生存，同时清除杂草。随后，Norremark等人又对这个株间除草机的除草效果进行了定量评价。结果表明：当拖拉机的前进速度达到0.52m/s时,耕地面积占全部面积的30%49%；当拖拉机前进速度达到0.31m/s时，耕地面积所占的比例显著、大幅增加。这表明

13、，当拖拉机的速度较低时，除草更有效1助（图2）。图2 一种基于实时动态GPS导航自动避障株间除草机加西班牙的Perez-Ruiz、美国的Slaughter等人也通过研究，发明了一种把GPS定位系统用于株间除草工作中的除草机器人控制系统】。在此基础上，他们又开发了基于精密测距传感器的机器人协同控制系统。这个系统在人工辅助的帮助下，以达到避开植株而除去株间杂草的目的。它的特点是结构简单，操作方便，价格便宜1。1.2.2 国内发展现状相比国外，我国对机械除草的研究起步较晚，但是随着国家对“三农”的大力支持和扶持，极大地促进了农业生产和转型，我们的农业装备的发展研究也取得了一些令人震惊的研究成果。我国

14、目前的株间除草作业除了使用化学除草药剂以外，其他基本还是需要靠劳动力来完成，即人工除草。尽管我们国家已经对株间除草机械有了较多的相关研究，但大多数都还只是处在试验的研究当中，尚未得到大范围的推广和使用。东北农业大学的韩豹等人一起发明了 3ZCF-7700型多功能中耕除草机，它的株间松土除草部件构成如图3所示。这属于纯机械系统，可同时进行行间除草和株间除草1，解决了机械除草作业过程中难以铲除植株根部附近杂草、伤苗严重、除草效率低等的问题，并进行了田间试验。试验结果表明：在不受外界干扰、田间土地质量好的情况下，提高作业速度有利于使株间和行间杂草得到清除，且对伤苗率的影响并不明显。在玉米定苗前、除草

15、机行进速度为22.4m/s的范围内时，平均的株间除草率约为76%,伤苗率约为4.4%,极大地提高了除草效率。图3株间松土除草部件构成mi江苏大学的张鹏举等人研究出了一种八爪式株间机械除草装置口4（图4）,他们利用Pro/E和ADAMS软件对所设计的八爪式株间除草装置进行三维建模，并用仿真软件对其进行运动仿真。试验结果表明：所设计的八爪除草装置在最佳转速比为0.754时，能更有效地提高株间的工作效率，更有效地完成植物间的除草。之后他们又设计了一种基于LabVIEW的除草控制系统，对八爪除草装置的控制进行了测试和验证。数据分析表明：八爪株间除草装置能准确识别植物，避开栽培植物，对杂草进行精准防治。若作物的平均株距大于30cm,该装置可把苗木受害率控制在10%以下；同时，株间的间隙覆盖率可达到50%以上。此外，进一步降低伤苗率的方法，有待更进一步的研究才可实现。图4八爪式机械除草装置的结构示意图U4I安徽农业大学的李兵等人自主研制了一种小型自走式茶园除草机（图5）,该除草机主要由电机、传动机构、行走机构、除草部