新型牵引式双刀盘自动避障割草机的研究.pdf

新型牵引式双刀盘自动避障割草机的研
究

（一）项目简介

1.1项目背景

中国是一个农业大国，水果种植面积广阔，果园面积在2020年的中国国土
面积占比就极高，2009年至2018年期间呈现上涨趋势，近几年随着国家对于土

地的政策改变，果园的面积进一步扩大。对除草的需求也越来越高。

割草机是发展农业机械化、提高工作效率、提高农业生产效率的重要工
具，割草机对杂草的清除能力对农作物的产量有着最直接影响。随着农业现代
化的发展，国内对高效率割草机的需求也日益增长。对于现代化农业，割草机

是提高农作物产量的重要工具。

1.2项目来源

随着我国经济的快速发展，果农产业蓬勃发展，使果园除草需求持续增
加。虽然我国果园种植面积大，但是果园除草效率低，主要原因就是除草机械
设备落后，杂草无法被彻底清除，影响果树吸收充足的养分，从而使果树的收

益大大折中。

1.3对果园除草过程的实际调研

为了提高果园割草的效率，本团队针对于市面上的除草机研究设计了一款

新型牵引式双刀盘避障割草机。

新型避障割草机主要包括万向轮动力机构、皮带传送机构、弹力可调割幅
避障机构、防护罩。采用拖拉机动力输出传动轴作为动力源，通过皮带轮连接
多个固定的割草刀盘和安装在转动臂上的避让割草刀盘进行作业，设有避让复
位弹力装置，使刀具无损自动避让树干，可同时对行间和株间的杂草进行清
除，采用转动臂的固定端和转动臂上避让割草刀盘的中转传动方式设计，简化

了动力连接和转换的结构复杂度。

（二）研究目的

1.解决果园株间杂草清除难的问题

目前我国果园正常直线走道内的杂草清理设备较成熟，但缺少一款效率
高、可自动避障的株间杂草清除设备。为此，本团队设计了一种避让复位弹力
装置，该装置作业遇到障碍物时，可自动复位，避免了对障碍物进行切割，且

盘壳外设有橡胶圈，橡胶圈与障碍物进行软接触，不损伤障碍物外表面。

2.顺应我国中小型自动化机械发展潮流

从我国真正工业化革命后，大型工业机械获得了长足的迅猛发展，在国际
中业化水平明显提高。但我国的中小型机械仍处于高速发展的进程中，尤其是
在水果分拣行业中，关于图像识别系统智能化分拣机器目前市场上还没有技术

成熟且安全高效的产品，本项目产品的问世更好的弥补了市场空缺。

（三）研究内容

3.1对整体模型的初步设计研究

为保证研究的科学性、规范性与实用性，本产品研发前期搜集了大量的文
献资料，对多种农田地形进行分析，对割草机需要的进行了全面研究，初步确
定了整体模型的机构，主要包括万向轮动力机构、皮带传送机构、弹力可调割

幅避障机构、防护罩及支撑装置五个部分。对其各个部分进行了具体研究。

3.2对万向轮动力机构的研究

对万向轮动力机构的研究假设主要是动力来源以及动力传输的高效率，其
动力来源于拖拉机牵引，通过万向节传动至齿轮箱，齿轮箱的动力输出端与皮
带传送机构相连接，由此实现运动传输。

3.3对皮带传送机构的研究

本项目对皮带传送机构的研究假设运用皮带进行动力传输，具有传输效率
高成本低的特点，切割刀具由皮带传动动力旋转，另一端的中转皮带轮与摆动

臂的固定端同轴，作业高效、易拆卸并且成本低。

3.4对弹力可调割幅避障机构的研究

本项目对弹力可调割幅避障机构的研究假设主要是可以实现可调节割幅和
复位避障的功能，可调节割幅的工作原理是弹力气缸可以实现在底盘的移动传

动的两个割幅控制杆的移动，调节摆动臂的角度，进而达到调节割幅的效果。

3.5对防护罩及支撑装置的研究

本项目对与防护罩及支撑装置的研究假设主要是防护罩和刀盘、底盘、支
撑架和支撑轮的设计上。防护罩包括摆动臂罩、底盘固定罩以及刀盘防护罩，
在割草机中作为外壳，起到防护、防尘及防止破坏果木和固定内部结构的作

用。

（四）国内、外研究现状和发展动态

4.1国内现状

目前国内生产的果园割草机手推式割草机为主，是国外发达国家20世纪80
年代的水平，在国外已属于淘汰产品，无法实现避障，在斜坡上作业和操作难
度高，依赖操作人员对机器的熟练程度，从而导致除草效果不佳、效率低下。
我国在自动避障割草机方面的研究起步较晚，20世纪60年代才开始研究大田

苗间除草设备。

4.2国外现状

国外很早就进行避障割草机的研究，目前以人工手动避障为主和单侧避障
避障为主，人工手动避障效率低下国外早在20世纪50年代就开始了果园割草
设备的研究，且发展速度较快，经过几十年的发展研究，国外已经研制出多种
类型的果园管理机械，在果园割草设备方面，从最初的传统机械割草机，现已
发展为集自动化、智能化以及现代信息技术于一体的现代农业果园割草机，能

够很好适应果园割草要求。

（五）创新点与项目特色

5.1创新点：

刀盘由轴承支撑转动，