果园株间除草自动避障装置的设计

　　摘要:针对果园经济作物种植模式存在的果园行间和株间中耕除草劳动强度大、株间杂草清除困难、需进行人工二次补耕等问题，设计了一种株间自动避障除草装置。研究了避障装置的耕作要求，结合果园株间除草自动避障装置的工作原理，设计了整机的结构，并对液压控制系统进行了理论分析与设计，最终确定了果园株间除草自动避障装置的设计方案。试验结果表明:果园株间自动避障装置在正常作业速度3．5km/h下，碎土率为93．68%，耕作深度为14．64cm，株间漏耕率4．12%，避障通过率为100%，满足了设计要求，提高了果园机械作业效率。

　　关键词:果园;株间除草;自动避障装置;二次补耕;液压控制系统

　　0引言

　　新疆果园的种植模式为密植，葡萄园种植行距为3～3．5m，株距为0．8～1．2m，由于种植行距和株距的限制，很多除草机械无法满足果园清除杂草的要求［1］。目前，新疆果园常用的除草方法是机械耕除，但除草不彻底，一般株间杂草需进行人工二次耕除，不仅成本较高，而且劳动强度大、工作效率低，严重影响和制约了果园种植业的发展。因此，科学有效地控制草害有利于实现果品的优质和高产，确保果树的健康生长［2］。

　　1整机结构与工作原理

　　1．1整机结构

　　果园避障除草机由机架主梁、行间除草铲刀、液压控制系统、避障除草装置、螺旋镇压辊及液压油散热器等组成，如图1所示［5］。

　　1．2避障除草装置工作原理

　　果园株间除草自动避障装置作业过程中，避障杆没触碰果树时，液压换向阀处于右位，压力油液从左向右流动，在液压系统的作用下除草割刀宽幅作业;避障杆触碰到果树时，避障杆受力弯曲并绕除草割刀轴旋转，在转动过程中触碰液压换向阀使之做出响应，此时液压换向阀处于左位，压力油液在回路中从右向左流动，液压缸随着压力油液的改变进行收缩运动，同时液压系统固定的除草割刀轴使株间除草作业路径发生变化，驱动除草割刀避开果树，以免除草割刀伤及果树。避障作业结束后，避障杆所受的外力消失，避障杆绕除草割刀轴旋转到初始位置，此时液压换向阀处于右位，压力油液自左向右流动，液压缸伸长运动，除草割刀宽幅作业。株间避障除草装置停止作业时，液压换向阀处于中位，液压缸中的液压油液在弹簧力的作用下返回油箱。果园株间避障除草装置劳动强度低、效率高，特别适用于大规模果园株间除草作业，且有利于提高果园全程机械化的发展。避障除草装置具体工作原理如图2所示。

　　2自动避障装置液压系统的设计

　　2．1液压系统的工况概述

　　果园株间自动避障装置在果园中作业时，要求避障杆触碰果树或障碍物时避障杆受力弯曲并绕除草割刀轴旋转;在转动过程中，触碰液压系统的电磁换向阀，并使之做出响应，压力油液在液压阀的控制下自右向左流动，液压缸随着压力油液的改变而进行收缩运动。避障作业结束之后，避障杆所受外力消失，避障杆绕除草割刀轴旋转到最初位置，压力油液自左向右流动，液压缸随着压力油液的改变而进行伸长运动［8］。果园株间自动避障装置作业时，要求液压缸始终处于伸出状态。

　　2．2液压系统的工作原理

　　1)株间避障时，避障杆受力弯曲，三位四通电磁换向阀3处于左位，液压回路进油、回油。①进油:压力油液由液压泵至三位四通电磁换向阀，通过平衡阀充满弹簧回程液压缸的右侧，液压缸做收缩运动，此时除草割刀避开果树;②回油:弹簧回程液压缸右侧的压力油液回到油箱。2)宽幅作业时，避障杆不受力，三位四通电磁换向阀3处于右位，液压回路进油、回油。①进油:压力油液由液压泵至三位四通电磁换向阀，充满弹簧回程液压缸的左侧，液压缸作伸长运动，此时除草割刀宽幅作业;②回油:弹簧回程液压缸右侧的压力油液至平衡阀回到油箱。

　　3试验验证

　　为了验证果园避障除草机的作业性能，为后续的整机优化提供理论参考，选取新疆石河子地区的512团的葡萄园进行果园除草试验，动力设备选取雷沃M554。田间试验如图10所示。

　　4结论

　　根据新疆果园种植模式，一般的果园除草机械无法完成株间杂草清除作业，容易造成少耕、漏耕等问题，需进行人工二次除草，大大增加了劳动强度，降低了劳动效率。为此，研究出了一款与轮式拖拉机配套使用的果园避障除草机，1次作业即可完成疏松行间表层土壤、清除行间杂草、碎化土壤、平整地表等多道工序，同时能清除株间杂草、翻旋株间表层土壤。试验结果表明:果园株间自动避障装置在3．5km/h作业速度下，碎土率为93．68%，耕作深度为14．64cm，株间漏耕率4．12%、避障通过率为100%，符合国家规定标准和设计要求，提高了劳动效率，对新疆果园实现全程机械化作业、提升新疆林果机械技术和林果业的可持续发展水平具有重要意义。

　　参考文献:

　　［1］马静，赵润良．果园机械除草装备与技术研究现状及发展趋势［J］．农业与技术，2016，36(10):45－46．

　　［2］刘文，徐丽明，邢洁洁，等．作物株间机械除草技术的研究现状［J］．农机化研究，2017，39(1):243－250．

　　［3］朱占江，裴新民，李源，等．新疆林果业机械化发展现状调研与对策研究［J］中国农机化学报，2017，38(4):134－140．

　　［4］徐丽明，于畅畅，刘文，等．篱架式栽培葡萄株间除草机自动避障机构优化设计［J］．农业工程学报，2018，34(7):23－30．