近年来,随着有机水稻种植面积逐年增大,在普通插秧的基础上出现了一种新型种植模式—水稻铺膜插秧技术。水稻铺膜插秧技术是稻作栽培的一项创新技术,其特征是将可降解地膜(纸膜或生物质膜等)铺于水田表面,将膜戳孔并插入育好的秧苗。相比于传统的有机水稻种植方式,水稻地膜铺盖插秧栽培技术可以减少水分蒸发、抑制杂草生长、增加土壤肥力与提高作业效率,通过地膜铺盖可在水田创造一个利于水稻秧苗前期生长,且能抑制杂草生长的环境。在铺膜插秧的种植过程中,大部分的田间杂草会因为地膜的铺盖而无法萌发,但水稻行之间由于未铺有地膜而杂草滋生,严重影响有机水稻的生长。目前,人工除草依然是有机水稻除草作业的主要方式,其存在劳动强度大、作业效率低及成本高等问题,已然不适合现阶段有机水稻除草作业的需求。机械除草可以在很大程度上提高除草作业效率,降低有机水稻种植成本。当前,国内外的除草机械主要针对等行距的农艺要求进行设计,并且除草部件大多采用主动或随动耙齿形式,结构单一且除草效率相对较低。为解决铺膜插秧水田膜间除草困难的问题,提高除草机的作业效率,结合理论分析、计算机软件技术和试验等方法设计了一款适用于铺膜插秧的膜间除草的单行除草机,并通过试验验证其工作性能。研究的主要内容如下:(1)根据膜间除草的农艺要求,针对铺膜插秧种植地块的基本情况,确定除草机的形式为轻便式单行除草机。结合不同的除草方式,确定除草部件为除草刀盘与行走轮复合式结构;分析除草部件的除草原理,对除草刀盘的宽度、除草刀盘弹齿个数和除草刀盘弹齿弯折角度进行了理论分析。运用三维建模软件Pro/E对除草部件进行实体建模,并应用有限元分析软件ANSYS对除草部件进行有限元分析,为单行除草机整机的研制与开发提供了理论基础。(2)对整机结构进行设计,确定整机机械传动方案。采用参数化设计技术,运用基于特征建模的Pro/E软件对整机进行实体三维建模。选用最大输出功率为2.2 kW的单缸双冲程风冷混合油发动机,主变速箱选用传动比为1:30的蜗轮蜗杆减速器,整机结构紧凑、布局合理,适用于膜间除草作业。(3)对整机关键部件进行运动学研究,建立关键部件运动学模型,运用运动学仿真软件ADAMS对关键部件进行运动仿真分析;对除草机匀速作业状态下进行静力学研究,建立除草部件、机架及仿形浮漂三个关键部件力学方程,进而建立整机的力学模型,推导出整机所需最大理论驱动扭矩值。(4)对整机进行了田间除草试验。选取除草率为试验指标,机器前进速度和除草深度为试验因素分别进行田间单因素及多因素试验。利用数据处理软件Design-expert8.0.6处理分析试验数据,确定各因素对除草率的影响次序,寻求满足膜间除草的最优参数组合。由田间试验可知,设计的水田单行除草机结构合理、操作便利、性能可靠、轻便低耗、除草效果良好,除草率在75%以上。当机器前进速度为0.37 m/s和除草深度为101 mm时,除草率达到最大值,除草率为79.97%,满足铺膜插秧种植水田除草的农艺要求。