浅析田间除草机械刀具关键技术和装置

2020-02-20 300 上传者：管理员

摘要：现今使用田间除草机械装置在解决化学除草污染问题的同时，还能很好地提高农业生产的效率，也是农业机械化、现代化和生态化的必然发展趋势。本文通过对国内外最新技术发展的趋势的相互融合，再以我国现代田间管理状况为依据，研究田间机械除草刀具关键技术与装置。

关键词：
关键技术
刀具
田间
装置
除草机械
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1、国内外机械除草刀具关键技术和装置的发展现状

1.1 国外机械除草刀具关键技术和装置的的发展

国外早就进行了除草机械的保护性耕作研究，在刀具的关键技术上取得了关键性的进展。具有代表性的就是美国的约翰迪尔公司生产的JD970滚刀式除草耙，转动过程中依靠刀具外缘的刀刃除草，滚动装置避免了秸秆缠绕堵塞，为了避免刀具伤害稻苗，护苗具的位置可以任意调整。但是刀具的使用如果操作不当必然会产生对稻苗的伤害，因此除了刀具本身的结构设计之外，还要根据时代的发展进行智能化设计，比如使用红外传感装置实现对刀具的智能控制。比如Wale·S设计的装置能够在5cm高，株距18cm和8个叶片的生菜田进行作业，确保刀具不伤到生菜；荷兰瓦格尼大学的除草装置将刀具安装在垂直旋转的圆盘上，配合智能检测技术，当检测到杂草时刀具高速旋转，如果检测到目标作物，刀具自动回收。Dedousis设计了一种旋转阀刀具，是旋转阀锄具的形态，锄体通过株距时破坏土壤，锄上部分避免和作物接触，实验证明旋转156。，直径177nlm和15mm的入土深度效果较好。丹麦学者Melander等人早就研发出在行间和株间同时作业的除草装置，以刷子作为刀具，通过调整刀具的转速、农机的前进速度、刀具间距进行除草工作，真正影响除草效率的刷子的间距和工作深度。瑞典的Fogelberg将除草刷的转向进行了研究，发现刀具的转向和杂草的生长状态对于刀具的工作效率也有着一定的影响，刷式刀具的深度越深其效果更好。日本国情和我国类似，都是典型的小农生产模式，因此具有参考价值。日本市场上的刀具有圆盘式、甩刀式和往复式等几种，比如久保田sJ-8N行间刀具为旋转耙齿，株间刀具为摆动梳齿。末端刀具一般位于两轮之间，便于操作者观察，减少对苗的损伤。

1.2 国内机械除草刀具关键技术和装置的发展现状

国内机械除草刀具在水田的应用较广，主要包括旋转锄式、垂直圆盘式、水平圆盘式、锥形圆盘式、链齿式、轻粑式和弹齿式等。其中垂直双圆盘式刀具由于机械结构合理，除草的效果较好，根据垄帮和垄沟不同，分别会选择单铲和双铲，实现除草的目的。在滚切式刀具方面，国内的发展还较为落后，由于国内东北等地土壤疏松，刀具高速旋转目前还不能满足要求。总体来说，国内的刀具设计与国外相比还存在～定的差距。

2、田间机械除草刀具关键技术的发展趋势

2.1 智能检测技术

尽管依赖人工操作可能避免刀具在工作过程中，误伤农作物，或者是除草工作不净，但是精度仍然不足，单从设计刀具的结构和形状不足以解决这些问题，因此有必要在刀具上安装智能检测装置，提高智能检测的精确度，让机器能够自主识别农作物和杂草。

2.2 定位技术

将GPS定位应用于田间除草刀具上，以农作物为中心，在半径10mm的范围内采用测距传感器进行控制，通过控制系统对除草刀的开闭，避开农作物。其关键技术决定于传感器的精度，同时还要考虑到成本低廉，操作方便，人工辅助的过程要简单易行，避免因为操作复杂导致辅助失败，误伤植株。定位装置还可以用激光进行控制，依靠激光脉冲判断杂草还是农作物，但是激光判断存在一定的伤苗率，伤苗率从8％到24％。采用GPS等技术进行定位时，刀具在检测到作物时会自动张开、关闭作业。

2.3 刀具结构技术

刀具是除草的末端执行器，机械式刀具是一种适合我国国情的结构样式，比如在水田中，由于没有行间和株距的干扰，可以采用旋转、刨切、拉拔、埋压等方式，确保稻苗不会受到伤害。要对刀具的工作深度进行调整，随着刀具的前进调整作业强度，为了实现刀具的高效工作，就要在刀具上安装弹簧机构，在结构上进行优化设计。比如，内凹多切口圆盘刀具可以切斜安装，这样有利于提高切除和人土能力，能够更好地切碎土块，确保能够切除草根。

3、田间机械除草刀具的装置发展趋势

总体来说，装置的原理主要分为3个方面，一是利用农作物行距和株距的特点，设计刀具的大小和形状，让刀具能够切除杂草，而不损伤稻苗。因此，要注意刀具的优化设计，比如将圆盘设定一定的角度，通过调整深度铲除杂草。二是利用精准识别的方式弥补传统机械方式不足。以智能定位等方式弥补刀具形状带来的不足。比如在缺苗和株距不一致的情况下，采用传统装置就不能够实现自动识别，因此需要将刀具的执行机构和速度检测器、数据采集单元、识别检测系统进行实时计算，来调整旋转速度和方向，增加刀具工作的自由度，实现刀具的智能化作业。因此要给刀具添加视觉系统，结合多关节机器臂，依靠图像识别能力，实现深度识别。三是平台技术。未来农机智能化是一个必然发展趋势，因此依靠平台技术提升农机的智能化水平，让刀具操作智能化，而非单纯依靠人工辅助。在此背景下，刀具的模块化和刀具的小型化是一个发展趋势，这样既能够降低能耗，又能够提高精度，实现其自由度。

4、结语

我国和国外田间机械刀具的关键技术和装置构造有着一定差距，因此。要在结构、设计、智能化和精度等方面进一步提高，实现技术的突破。

参考文献：

[1]柴民杰,李磊,孟祥龙.北方地区田间机械除草关键技术与装置研究lJ].南方农机.2017(6).

张贺,张喆.田闻除草机械刀具关键技术与装置分析[J].农业技术与装备,2019,(11):90,92.