【摘 要】
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在稻田生态系统中,由于杂草的生长抢夺水稻的生长空间和肥料养分等资源,是造成水稻产量下降、品质降低的主要原因之一。为了保障水稻的正常生长,稻田除草是必不可少的环节之一。本文借鉴稻鸭共育模式,在克服化学除草和机械除草方式存在的不足基础上,通过光学-机械复合除草方法,设计制造了一种可根据不同稻田土壤环境自动调节运行转速的新型螺旋推进除草机,对相关问题进行了研究:（1）根据水稻种植要求、生长发育和应用场景
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在稻田生态系统中,由于杂草的生长抢夺水稻的生长空间和肥料养分等资源,是造成水稻产量下降、品质降低的主要原因之一。为了保障水稻的正常生长,稻田除草是必不可少的环节之一。本文借鉴稻鸭共育模式,在克服化学除草和机械除草方式存在的不足基础上,通过光学-机械复合除草方法,设计制造了一种可根据不同稻田土壤环境自动调节运行转速的新型螺旋推进除草机,对相关问题进行了研究:（1）根据水稻种植要求、生长发育和应用场景需求等特点,确定了除草机的外形尺寸,以及主要工作部件螺旋滚筒的相关参数;完成了新型除草机的结构设计以及除草机控制系统的设计和控制系统相关硬件的选型,并制作了样机。（2）搭建了除草机土槽试验台并进行了相关试验。通过试验研究,建立了稻田土壤种类、滚筒转速和水层厚度对除草机工作阻力、功率和运行转速的关系曲线以及对土壤水层浑浊度影响的变化规律;测定了不同土壤中浑浊度大于120NTU的持续时间,为除草机在不同稻田中的最大作业间隔时间提供了参考依据。（3）通过LS-DYNA软件,利用SPH（光滑粒子流体动力）算法建立了螺旋滚筒切削土壤-水的模型,通过模型分析了螺旋滚筒在切削土壤-水过程中的阻力、功率变化规律。并对仿真值和试验值进行了对比,结果表明:除草机螺旋滚筒工作阻力与功率的仿真值与试验值都有较高的吻合度,仿真模型与试验数据具有一定的参考价值。（4）对除草机传统的螺旋叶片结构进行了改进,并进行了相应的试验,试验结果表明:改进后的除草机工作阻力相比于改进前都有不同程度的下降。在沙土中最为明显,下降了46.49%,在壤土中下降了36.89%,黏土中下降了19.16%。（5）通过样机转速试验发现了一种确定除草机最优工作转速的方法,并设计了一种转速自适应控制系统。通过新土壤环境的试验测试,验证了该系统有良好的转速自适应调节功能,同时可通过自适应控制系统自动记录除草机在未知土壤环境下的最优工作参数,形成除草机工作参数数据库,便于后续在同一稻田中工作时调用。
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