【摘要】：水田雜草在農業(yè)水田生態(tài)系統(tǒng)中嚴重抑制著水稻產量與品質,直接影響國家糧食安全產能。據聯(lián)合國糧農組織統(tǒng)計,近些年中國因草害引起的水稻產量損失率達13%,單年損失糧食上百億公斤,科學有效地防控草害是實現(xiàn)稻米高產、穩(wěn)產、優(yōu)質生產的重要保證。機械除草由于在除草過程中能疏松土壤,提升土壤對養(yǎng)分的吸收能力而備受青睞,目前水田除草機仍以需要拖拉機或人力推拉作業(yè)的機型為主,存在作業(yè)效率低,勞動強度大,傷苗率高,田間轉向困難,無法長時間連續(xù)作業(yè)等問題,自動化、智能化機具研制仍處于試驗階段且多用于旱田作物。針對水田除草機自動化程度低,裝備匱乏等問題,本文研制了一種履帶式可遠端遙控的水田除草機,其具有對土壤破壞程度輕、整機機動性好、結構緊湊及轉彎半徑小等特點。安裝有間距、高度及轉速可調節(jié)的除草輪,以期在不同行距、泥腳深度的水田中能夠進行有效高速的除草作業(yè),通過試驗驗證了除草機工作性能及可靠性,研究主要內容如下:(1)針對東北地區(qū)水稻種植的農藝要求,考慮除草機作業(yè)時間、田間作業(yè)效率、作業(yè)時傷苗率和除草率、田間行走下陷量及對土壤破壞程度等因素,確定遙控式雙行水田行間除草機的總體結構方案。建立除草機轉向時的平面運動模型,得到底盤電機所需最大功率,根據無線電的通信原理設計除草機的遙控系統(tǒng),實現(xiàn)除草機前進、后退、轉彎,攝像頭舵機擺動、仰俯,除草輪轉動的遠程遙控。(2)對除草機關鍵部件進行設計,設計了傳動系統(tǒng),參考相關公式對驅動輪及支重輪等推進裝置進行設計,并運用有限元分析軟件對其強度進行校核。對除草輪勻速狀態(tài)下進行靜力學研究,確定除草輪的主要結構參數(shù),建立除草裝置靜力學模型,得到除草裝置電機所需最大功率,對除草機電氣元件進行選配。(3)運用三維建模軟件Pro/ENGINEER Wildfire 5.0對除草機進行實體化建模,對整機性能進行分析,得到重心偏移時除草機最大接地比壓為9872 Pa,最小接地比壓為7836 Pa,分析除草機橫向和縱向穩(wěn)定性,得到上下坡時縱向極限翻傾角分別為42.8°和28.7°,縱向極限下滑角為31°,橫向極限翻傾角為33.9°,橫向極限下滑角為31°。(4)運用ANSYS Workbench 14.0軟件建立除草裝置機架有限元模型,并對其進行自由狀態(tài)下模態(tài)分析,為檢驗有限元仿真分析的準確性,采用力錘激勵模式進行模態(tài)試驗,驗證了仿真計算的準確性。對比分析機架固有頻率與外部激振頻率之間關系,機架固有頻率均避開了外部激振頻率,除草裝置工作時可有效避免共振的產生,驗證了機架結構設計的可靠性。(5)對除草機底盤田間行駛速度、轉彎半徑及越埂高度分別進行試驗,底盤行駛速度范圍為0~0.9 m/s,田間最小轉彎半徑為435 mm,田間最大越埂高度為162 mm,可實現(xiàn)在低田埂水田中的無阻礙行駛作業(yè)。(6)將除草率及傷苗率定為單因素及多因素的試驗指標,除草機前進速度及除草深度定為單因素及多因素的試驗因素,開展了田間除草試驗,利用數(shù)據處理軟件Design-Expert 8.0.6對所得試驗結果進行分析和優(yōu)化,得到了前進速度及除草深度對作業(yè)性能影響的主次順序,探求了除草機作業(yè)的最優(yōu)參數(shù)組合。田間試驗表明,除草率大小受除草機前進速度及除草深度交互作用影響,影響除草率的因素主次順序為:除草深度、前進速度。傷苗率大小受除草機前進速度及除草深度交互作用影響,影響傷苗率的因素主次順序為:前進速度、除草深度。當除草機前進速度為0.45 m/s、除草深度為74 mm時除草性能最優(yōu),除草率及傷苗率分別為82.73%與2.63%,滿足水田除草的農藝要求。
【圖文】：

引 言高田間雜草識別精度，近些年已逐漸將現(xiàn)代傳感、自動檢測、智能控制及機器視覺識到智能化機械除草技術中。瑞典哈爾姆斯塔德大學研制了旱田移動除草機器人[17,18]，1-2 所示，配置對行跟蹤系統(tǒng)及紅外檢測系統(tǒng)，可導引機器人沿作物方向自主前進，利系統(tǒng)識別株間雜草，通過紅外檢測系統(tǒng)及株間除草鏟精準除去株間雜草。

引 言高田間雜草識別精度，近些年已逐漸將現(xiàn)代傳感、自動檢測、智能控制及機器視覺識到智能化機械除草技術中。瑞典哈爾姆斯塔德大學研制了旱田移動除草機器人[17,18]，1-2 所示，配置對行跟蹤系統(tǒng)及紅外檢測系統(tǒng)，可導引機器人沿作物方向自主前進，利系統(tǒng)識別株間雜草，，通過紅外檢測系統(tǒng)及株間除草鏟精準除去株間雜草。
【學位授予單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S224.15

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本文編號：2676799