农田杂草与作物因争夺光照、水分、土壤里的营养物质等竞相生长,对农作物的产量和质量造成一定程度的影响,严重时甚至导致作物绝产,所以进行农田除草作业是农业生产过程中关键、必不可少地一步。除草作业要求时效性强,每年都需要耗费很多人力、物力,目前普遍采用化学除草技术、人工除草技术和机械除草技术进行除草。但是考虑到化学除草技术带来的环境污染和农产品品质下降等危害以及人工除草技术的劳动强度大、效率低、实时性差等缺点,应用机械除草技术对农田进行大面积除草作业显得尤为重要。根据杂草在田间生长分布的随机性,可以将田间杂草分为生长在作物行与行之间的杂草(行间杂草)和作物苗与苗之间的杂草(株间杂草)。现在应用机械工作部件铲除行间杂草的技术已经成熟,但是如何解决机械铲除株间杂草时降低作物苗被破坏的数量(伤苗率)和进一步提高株间杂草被铲除时杂草的数量(除草率)之间互相制约的问题一直是机械除草亟待解决的瓶颈,所以进行株间除草装置的设计与试验研究有重要意义。(1)基于除草作业时作物与杂草根系发育程度不同的特性,结合国内外机械株间除草技术的发展状况,分析了利用“规格四边形网格状”轨迹进行株间除草的除草机理,确定了株间除草装置的主要参数与除草装置结构。(2)利用虚拟装配和仿真技术,在软件NX8.0建模模块对除草装置进行了三维建模;在NX8.0装配模块将建立的零件装配成一个整体,进行装配间隙检查,确保了合理的结构设计和装配工序;在NX8.0仿真模块进行仿真,结果表明株间除草装置结构设计合理,梳齿轨迹与设计相符,仿真结果与理论分析一致。(3)在软件ANSYS Workbench对悬挂架进行了有限元分析,经过一系列的定义材料属性、划分网格、添加约束和载荷,模拟分析了悬挂架的总位移和等效应力强度,分析结果表明悬挂架符合设计要求。(4)对株间除草装置上的每根输出轴上的梳齿数量、单根输出轴上的每根梳齿与梳齿之间的距离、驱动板的旋转速度、除草作业时的前进速度4个试验因子对伤苗率和除草率2个试验指标的影响进行了中心组合试验。利用软件Design-Expert 8.0.5b分析各因子对试验指标的影响并建立了相关回归模型,优化出各个因子的最优参数,为后续株间除草装置的设计与试验打下了基础。(5)样机在黑河市孙吴县大豆试验田进行了田间试验,对优化出的参数组合进行验证,实际作业表明:除草装置结构设计合理、除草作业稳定。当每根输出轴上的梳齿数量为6根、单根输出轴上每根梳齿与梳齿之间的距离为40 mm、驱动板的旋转速度为190 r/min、除草作业时的前进速度为2.3 m/s时,伤苗率为3.1%、除草率为84%,为以后机械株间除草技术研究提供了参考。