我国是一个农林业大国，幅员辽阔，物产丰富，其中经济林是我国林地占比的重要一部分。随着农林业经济的发展，经济林产业也不断升级，成为多数区域的支柱产业，而经济林的生态环境是影响产出的关键因素。

其中对林果植物影响最大的是杂草，杂草生命力相对经济作物强盛，极易存活，生长快，与经济作物争夺土壤中的养分，致使经济作物营养不良，产量降低。

此外部分疯长的杂草株高会超过矮小的经济作物，挤压经济作物的生存空间，减少受光面积，同时还会降低作物附近二氧化碳的含量，降低作物的光合作用，也会导致产量降低。

另外许多病虫以及寄生虫也会将杂草作为宿主，不仅将其作为藏身之所，也是产卵之地，对经济作物有严重的影响。为了防止杂草对经济林的破坏，一般每年会进行多次除草。目前，林地除草的方式主要有三种:人工、化学方法、机械化等。

人工除草能够拔出根系，效果相对较好，但是耗费时间长，劳动强度大，随着人力成本升高，成本高昂，很难适应经济林产业的发展。化学除草虽普及广，且在一定程度上也解决了杂草肆虐问题，但是化学除草剂的过度使用会导致一些问题:

一是土壤里中有害元素不断堆叠，在达到一定浓度时会致使部分幼苗死亡，造成经济林的损失。

二是长时间的使用除草剂，部分杂草会产生抗药性，致使除草剂失效。

三是作物和杂草无差别吸收除草剂，一些成分留存在经济林产出中，制作出的成品被人们摄入到体内，会对人体产生伤害。

四是根据生物富集现象，含有大量除草剂的杂草及林叶会导致害虫天敌以及一些有益动物死亡，破坏生态平衡。

因此，近年来，特别是十九大后“加快生态文明体制改革”中提出全力推进绿色发展，构建绿色生活，加强农业面源污染防治，化学除草的方式有违绿色发展理念，目前已尽量少用或不用。随着经济技术的发展，机械除草应运而生，成为替代传统除草作业的最佳手段。

但是我国农业机械化程度和发展水平与发达国家还有很大的差距，农林业机械区域性分布明显，发展不均衡，东部平原大型作业机械普及率高，西部地区特别是西南丘陵地区，农业机械普及率很低，而林业机械几乎为空白。

主要原因是丘陵山地地势崎岖，地块分散，作业环境复杂，不利于机械的施展。二是农业机械后期服务体系不完善，农业机械体系不健全。

鉴于上述情况，为了填补南方丘陵山地除草机械的空白，迫切需要设计出适用于丘陵山区，作业效率高，操控性好，还能将杂草高度控制在20-80mm的林地除草机。那么这种除草机的原理与结构是怎么样的呢？

一、林地除草机作业头

除草机主要应用于丘陵山区林地的除草作业，应当满足以下要求:

(1)能够适应丘陵山区复杂的地形

(2)除草率达到90%以上

(3)作业头能够变幅，以适应株间除草作业

(4)消耗性零件可便于更换除草机尺寸在满足经济林间距的情况下，应尽可能的优化尺寸。

二、林地除草机总体结构

林地除草机作业头安装于履带底盘前部，作业头宽度与底盘宽度保持一致，保证机器在林间的通过性，林地除草机主要包括除草作业头机构、行走动力装置组成。

行走动力装置由履带式底盘、液压组件构成，履带底盘与悬挂支架采用焊接方式连接。履带式底盘将动力传输到液压组件，液压组件将动力分配给除草马达组件、变幅驱动组件、抬升液压缸，除草马达组件通过转动皮带将动力输送给碎草作业头。

三、除草作业头原理及结构

除草机在上一代的基础上进行改良，除草作业头采用作业头可变幅逆铣式林地除草机构成，主要由导向滑板、碎草工作轴、工作轴支架、抬升液压组、齿条、变幅装置、除草马达组件、主动皮带轮、v型皮带、从动皮带轮、悬挂支架、导杆、摆动支架组件、钢绳巧、马达调节螺杆组成。

碎草机构包括导向滑板、碎草工作轴、工作轴支架、抬升液压组件。

齿条、除草马达组件等。除草作业头挂载于履带底盘前方，在非作业区域抬升液压缸通过钢绳将作业头抬起，远离地面。

在作业区域，钢绳处于松弛状态，履带底盘推进作业头沿果林行方向前进，作业头随导向滑板即时无差别贴合凹凸不平地面，同时除草马达组件将动力传递随草作业头，除草马达组件的主动皮带轮与从动皮带轮之间的皮带通过调整马达调节螺杆进行张紧。

作业头开始逆铣工作，将杂草切除并抛向作业头前方，行进至果林株间位置时，变幅驱动组件上齿轮顺时针或逆时针旋转，使固定安装在摆动支架组件上的齿条左或右移动，作业头随摆动支架左右移动，株间除草作业完毕后，变幅驱动组件使作业头回归原位，继续下一次作业。

除草机一次作业即可完成行间除草以及株间除草，以及将杂草抛撒至一处便于集中处理。

1.变幅机构

传统林地除草机，一般只注重与行间除草，果林株间杂草便成为其忽视的地方，为解决株间杂草问题，变幅机构使作业头需要在进行行间除草作业时，能够兼顾株间除草作业。

变幅液压马达将动力传输到减速机上，通过减速机将横向旋转转化为垂直于横向方向旋转，进而传递到齿轮上;液压马达与减速机通过螺栓固定在马达支座上，马达支座采用焊接形式固定在变幅机构支架上，齿条安装时与齿轮啮合;除草作业头挂载与导杆上，通过齿轮的正、反向旋转，作业头左右移动，实现变幅作业除草。

2.碎草工作轴排布

为保证作业头工作时，不会因为结构设计上受到不平衡的惯性力影响，在高速旋转时每个刀具质心所产生的惯性力需要被抵消，减少作业噪音，提高作业稳定性，提升支撑机构的寿命。

根据机械原理刚体回转件平衡原理，单螺旋线上的刀片质心分布，一般平衡条件为将各个质量在被选任意的2个回转面Tl,T2内分解，分别求出相应平衡质量，并布置相反质量，这样使其得到平衡。

同一刀轴回转面采用对称布置刀片时，在所选任意2个回转面上的质量会相互抵消，达到平衡。所以本次刀具排布采用对称双螺旋线排布，在满足动平衡条件的情况，增加除草率。

在结构满足动平衡条件的情况下，还会出现因为T型刀片与刀片安装座销轴之间产生摩擦导致质心偏移，在非结构化林地中，不同属性杂草会使刀具产生不均匀的磨损，从而导致同一回转面上质量不平衡，而且林地中有不均匀分布的形状各异石子，刀具高速撞击下会产生一定的变形，质心也会偏移，动平衡打破。

为消除此情况，可以采用以下措施:

(1)在T型刀片安装销轴之间添加耐磨性高德尼龙轴套，减少磨损。

(2)刀片采用螺栓固定，可定期更换损耗的刀片。

(3)改变外部频率，避免共振频率。

四、动力及转动方式选择

适合的动力选择，能够提供更好的除草效果，动力选择一般分为独立动力源、分置动力源、共用动力源。

独立动力源一般由发动机提供于除草装置，行走装置由其他动力提供，除草装置与发动机装配为一个整体，能够提供除草以外的其他功能。分置型与独立型的不同为除草装置与发动机分置布置。

共享动力型是将发动机的动力分为两个部分分别提供给行走装置和除草装置，在不同条件下时，能够将动力进行再分配以适应工作情况，这种配置更加适合非结构化林地环境。

林地除草机采用共享动力装置。操作人员通过机械操作杆控制发动机的工作，发动机将动力输出分为两个，一个分配到行驶底盘，一个分配到总液压泵上，在由液压泵将动力分配到各个液压马达与液压缸上。

结语

林地除草机发动机通过动力输出皮带轮将动力分别输出刀行走装置皮带轮和泵动力输入皮带轮，之后通过联轴器将液压泵连接起来，液压泵通过液压电磁阀将动力分配给变幅液压马达和除草马达,完成除草作业，马达动力由液压电磁阀和发动机联合控制。

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