專利名稱：斜置旋耕機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，具體涉及一種斜置旋耕機(jī)。
背景技術(shù)：
土壤耕作是重負(fù)荷作業(yè)，要消耗大量的能量。目前土壤耕作的主要方式為犁耕和 旋耕。旋耕作業(yè)耕翻性能較犁耕差，通常情況下難以深耕，而功耗又遠(yuǎn)大于犁耕，但其碎土 性能好，對草莖殘茬的切碎能力強(qiáng)，耕后地表平整，并且由于寄生功率的存在，增強(qiáng)了拖拉 機(jī)的牽引性能。旋耕機(jī)的這些特點使得它在南方水田、雙季或三季糧食作物產(chǎn)區(qū)得到了廣 泛應(yīng)用。旋耕機(jī)具有耕地和耙地的雙重作用，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中占有重要地位。故旋耕機(jī)的降 耗節(jié)能、提高耕耘質(zhì)量一直是旋耕機(jī)的主要研究方向之一。旋耕機(jī)工作時，其刀片隨著刀軸由拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動作回轉(zhuǎn)運動，同時又隨 機(jī)組前進(jìn)作等速直線運動。刀片切削土壤時，刀片的絕對運動是由機(jī)組的前進(jìn)運動與刀軸 的回轉(zhuǎn)運動所合成。為了使機(jī)組能正常工作，刀片在整個切土過程中不能產(chǎn)生推土現(xiàn)象，要 求其絕對運動的軌跡為余擺線。在這一余擺線繞圈最大橫弦以下任意一點的水平分速度的 方向與機(jī)組前進(jìn)方向相反。這樣刀片將切下的土塊向后拋擲與擋泥板相撞擊，使土塊進(jìn)一 步破碎再落到地面。由于機(jī)組不斷前進(jìn)，刀片就連續(xù)不斷地對未耕地進(jìn)行松碎。刀軸是旋 耕機(jī)上的主要工作部件，刀軸上按一定規(guī)律排列焊有刀座，刀片用螺栓固定在刀座上。由于 旋耕機(jī)上刀片排列的好壞直接影響耕地質(zhì)量及耕作阻力，因此有必要研究旋耕機(jī)的刀片排 列，使刀軸上的刀片排列更加合理。斜置旋耕機(jī)將旋耕刀輥在水平面內(nèi)斜置，使旋耕刀回轉(zhuǎn)平面成一適當(dāng)斜置角，斜 置刀輥產(chǎn)生兩個結(jié)果a.旋耕刀切土?xí)r有一沿軸向的相對速度。b.因為采取同向順序切 土，除第一列旋耕刀外，其余旋耕刀切土?xí)r減少了一個約束面，使土壤的破壞更容易，從而 降低能耗。如何使旋耕機(jī)在作業(yè)時受到的阻力小，耕作質(zhì)量好，刀軸受力均勻，避免漏耕和 堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，本文將給出一種刀片在刀軸上的排列方式。旋耕工作部件在水平面內(nèi)斜 置，旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)組前進(jìn)方向成一適當(dāng)斜置角

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在發(fā)明一種斜置旋耕時不重耕、解除后部土壤約束、解除側(cè)面約束，從而 減少功率消耗、降低耕作阻力的斜置旋耕機(jī)。斜置旋耕機(jī)，旋耕刀在水平面內(nèi)斜置，旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)組前進(jìn)方向成一適當(dāng) 斜置角，刀片在刀軸上的排列配置滿足下列條件單列旋耕刀的刀片排列滿足"rvsmz^e彡b，其中，V為機(jī)組前進(jìn)速度(m/s)，η
η
刀輥回轉(zhuǎn)速度(rpm)，b為刀寬；按為旋耕刀上任一點的回轉(zhuǎn)半徑(m))的大小，依次取 地表切痕曲線上的至少三個以上的點，對這些點進(jìn)行直線擬合計算，該直線與X軸的交角 即為斜置角Z ABC。
上述技術(shù)方案中的單列旋耕刀排列，能夠滿足單列旋耕刀不重耕、不漏耕。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述斜置旋耕機(jī)中，位于同一螺旋線上旋耕刀的排列滿足(1)同一螺旋線上相鄰兩個旋耕刀之間的相位差。、 其中，R為旋耕刀的最大回轉(zhuǎn)半徑，H為耕深，ν為機(jī)組前進(jìn)速度(m/s)，n刀輥回轉(zhuǎn) 速度(rpm)，I為刀盤間距，B為斜置角。上述不同列之間的旋耕刀的刀片排列方式，能解除 后部土壤約束。


圖1是單列旋耕刀地表切痕圖2是同一螺旋線上旋耕刀的三維實體模型圖3是同一螺旋線上旋耕刀切后土壤形狀圖4是為刀2地面切痕的擬合直線和刀1地面切痕的擬合直線的關(guān)系5是同一螺旋線上旋耕刀切削過程示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例做進(jìn)一步說明。如圖2所示，斜置旋耕機(jī)，旋耕刀在水平面內(nèi)斜置，旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)組前進(jìn)方 向成一適當(dāng)斜置角，刀片在刀軸上的排列配置滿足下列條件單列旋耕刀的刀片排列滿足
，其中，V為機(jī)組前進(jìn)速度(m/s)，η
η
刀輥回轉(zhuǎn)速度(rpm)，b為刀寬；按為旋耕刀上任一點的回轉(zhuǎn)半徑(m))的大小，依次取 地表切痕曲線上的至少三個以上的點，對這些點進(jìn)行直線擬合計算，該直線與X軸的交角 即為斜置角Z ABC。位于同一螺旋線上旋耕刀的排列滿足(1)同一螺旋線上相鄰兩個旋耕刀之間的相位差 其中，R為旋耕刀的最大回轉(zhuǎn)半徑，H為耕深，ν為機(jī)組前進(jìn)速度(m/s)，η刀輥回轉(zhuǎn) 速度(rpm)，I為刀盤間距，B為斜置角。具體說明如下1.單列旋耕刀的排列，達(dá)到不重耕斜置旋耕時，單列旋耕刀的切土過程和正置時也不一樣。取仿真參數(shù)如下v = 0. 5m/s,n = 130rpm,B = 20度，旋耕刀的相位差為180度，旋耕刀為R245國際刀。其地表 切痕如下圖1。
從圖1中可以看出，斜置旋耕時，在上述參數(shù)下同一列旋耕刀2的切削區(qū)域產(chǎn)生了 重疊3，也就是產(chǎn)生了重耕，會增加耕作能耗。另一方面，在后一把旋耕刀將要切削土壤時， 待切土壤已經(jīng)解除了部分約束，將減少切削能耗。單列旋耕刀不產(chǎn)生重耕的條件為|AC彡b(b為刀寬)，而|AC| = |AB|sinZABC, IAB I = π v/n，Z ABC的大小由以下方法確定。
線方程為r = r ( φ) ( φ為極角)。在轉(zhuǎn)速η、速度ν和斜置角B三個量中任意兩個確定，由 (1. 1)和(1. 2)就能確定另一個。斜置旋耕單列旋耕刀不重耕的刀片排列方法為 二.不同列之間的旋耕刀的刀片排列，解除后部土壤約束如圖2示，旋耕刀1和旋耕刀2是同一螺旋線上相鄰的兩把旋耕刀，相位差為40 度，刀座間距為70mm。在前進(jìn)速度為0.46m/s，轉(zhuǎn)速η為130rmp，斜置角為20度時，其地表 切痕如圖3，圖3b中切痕1’為刀1的切痕，切痕2’為刀2的切痕，產(chǎn)生重耕區(qū)域3，相鄰兩 次切削的交線4。從圖3a可以看出，在旋耕刀2切削時，旋耕刀1已為旋耕刀2解除部分約束。在 單列仿真中可以看出，同列旋耕刀之間不可能為對方解除其后部土垡約束，其后果是旋耕 刀在其軌跡最低點后，因為其絕對速度向后，將嚴(yán)重擠壓土壤，從而使功耗急劇增加，此時 斜置旋耕不僅不能降能節(jié)耗，反而增加能耗。如果前一列(以Y軸的負(fù)向為前)的旋耕刀能部分解除后一列旋耕刀的后部土壤 約束，使旋耕刀過低點后不壓土或盡量少壓土，這才有可能降能節(jié)耗。在圖中假設(shè)與刀2同一列的刀為刀2a，與刀2的相位差為180度(即軸對稱位置， 若不對稱，由單列仿真中可以看出，切削土壤時將同時存在漏切和重切的現(xiàn)象)。圖4中， AAl是刀2地面切痕的擬合直線，BC是刀1地面切痕的擬合直線，擬合這兩條直線時，所取 的r值相同，由式(2. 2)和擬合直線求解的過程知道，AAl和BBl平行。在田間取一點0為 原點，建立坐標(biāo)系，X軸的正方向為機(jī)組前進(jìn)方向，Y軸指向未耕地。假設(shè)直線AAl和BB1在 該坐標(biāo)系的方程為AAl 的方程為 y = kx+dl ；
①按r的大小，依次取地表切痕22曲線上的若干個(最少三個)點。
②對這些點進(jìn)行直線擬合23計算，該直線與X軸的交角即等于ZABC。 綜合以上，斜置旋耕單列旋耕刀不重耕的條件為
由于
其中，旋耕刀的最大回轉(zhuǎn)半徑為R，耕深為H，斜置角為B，轉(zhuǎn)速為n，側(cè)切刃刃口曲
5
則 刀2a其后部土壤被解除約束的條件為正切刃(忽略過渡圓弧)的切土起點必須 落在BC直線上。刀2a正切刃的切土起點必須在過Al的且平行于X軸的直線上。過Al作 平行于X軸的直線，與BC交于Cl，Cl就是刀2a正切刃的切土起點。因為 |Aici| = νπ/n，|ab = |Aici|k 艮口 νπ/η = k|bi-b2| (2.3)式(2. 3)即為斜置旋耕時旋耕刀(第一列除外)切土前后部土壤解除約束的條 件。圖5中，當(dāng)?shù)?的正切刃開始切土?xí)r，刀1為刀2側(cè)面解除了部分約束(圖中3)。 因為解除約束的區(qū)域比較少，在單刀仿真中可以看出，旋耕刀2還存在側(cè)邊壓土現(xiàn)象，這將
增加切土功耗。若刀1和刀2的相位差大于或等于arcos (―—-)(即當(dāng)?shù)?切削時，刀
1基本切土完畢)，并且刀2正切刃的入土位置在前進(jìn)方向上不超過刀1，那么刀2在切土的 時候，功耗將降低。假定刀2和刀1的相位差為β，刀盤間距為1，正切刃的入土位置在前進(jìn)方向上不
超過刀1的條件為系IcosB。 η所以不同列之間的旋耕刀解除后部土壤約束的排列方法為
R-H(1)相位差大于或等于、
arcos ( Λ )(2) ^"VglcosB。
η
權(quán)利要求
斜置旋耕機(jī)，旋耕刀的刀片在刀軸上的排列配置滿足下列條件單列旋耕刀的刀片排列滿足其中，v為機(jī)組前進(jìn)速度，n刀輥回轉(zhuǎn)速度，b為刀寬；按r的大小，依次取地表切痕曲線上的至少三個以上的點，對這些點進(jìn)行直線擬合計算，該直線與X軸的交角即為斜置角∠ABC，r為旋耕刀上任一點的回轉(zhuǎn)半徑。FSA00000181838300011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜置旋耕機(jī)，其特征是，刀片在刀軸上的排列配置還滿足下 列條件，位于同一螺旋線上旋耕刀的排列滿足R-H(1)同一螺旋線上相鄰兩個旋耕刀之間的相位差^、、β 彡 arcos ( Λ )(2) ^v^IcosBη其中，R為旋耕刀的最大回轉(zhuǎn)半徑，H為耕深，ν為機(jī)組前進(jìn)速度，η刀輥回轉(zhuǎn)速度，為刀 盤間距，B為斜置角。
全文摘要
斜置旋耕機(jī)，旋耕刀在水平面內(nèi)斜置，旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)組前進(jìn)方向成一適當(dāng)斜置角，其特征是，刀片在刀軸上的排列配置滿足下列條件單列旋耕刀的刀片排列滿足其中，v為機(jī)組前進(jìn)速度，n刀輥回轉(zhuǎn)速度，b為刀寬；按r的大小，依次取地表切痕曲線上的至少三個以上的點，對這些點進(jìn)行直線擬合計算，該直線與X軸的交角即為斜置角∠ABC，r為旋耕刀上任一點的回轉(zhuǎn)半徑。
文檔編號A01B33/12GK101911864SQ20101022295
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者李揚波, 郝磊斌, 靳永超, 高建民 申請人:江蘇大學(xué)