專利名稱：變曲率輪齒式破茬松土器的制作方法
變曲率輪齒式破茬松土器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變曲率輪齒式破茬松土器。
背景技術(shù)：
少動(dòng)土、少失墑是保護(hù)性耕作的基本要求。免耕施肥播種時(shí)，地表有秸桿殘茬覆蓋，并且土壤緊實(shí)，要求土壤工作部件具有良好的破茬、入土和松表土性能，以達(dá)到防堵和疏松種床的目的，為后續(xù)的施肥、播種開溝和覆土鎮(zhèn)壓創(chuàng)造良好的土壤條件。
目前，保護(hù)性耕作技術(shù)實(shí)施中所采用的破茬、松土技術(shù)的工作部件主要有以下幾種。
I、驅(qū)動(dòng)式破茬、松土耕作部件。該類部件主要包括旋耕(碎茬)刀片和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)耙片兩種，其原理是利用拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，通過安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的旋耕碎茬刀片或缺口耙片旋轉(zhuǎn)入土破茬、松土。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)式耕作部件存在土壤擾動(dòng)大、能耗高等缺點(diǎn)，屬于傳統(tǒng)耕作技術(shù)。
2、滾動(dòng)式圓盤類破茬、松土耕作部件。該類部件主要包括波紋類圓盤刀和凹面圓盤耙片兩種。其中，波紋類圓盤刀目前在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家中應(yīng)用較為廣泛，主要應(yīng)用于免耕播種機(jī)上作為破茬、松土耕作部件。波紋類圓盤刀根據(jù)波紋的數(shù)量和幅寬又大致分為波浪形圓盤刀(wave coulter)、裙皺形圓盤刀(ripple coulter)。其中，波浪形圓盤刀波紋數(shù)量較少(一般為4 13個(gè))，耕幅較寬，適合在土壤含水率較低的土壤作業(yè)；其缺點(diǎn)是破茬和入土性能較差，波谷處易粘土且不易脫附，高速作業(yè)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的凸出波紋可將土壤拋離種床，不利于后繼的播種作業(yè)。褶皺形圓盤刀能夠改善波浪形圓盤刀上述缺點(diǎn)，但其耕幅較窄，松土效果較差。凹面圓盤耙片多應(yīng)用于整地機(jī)具或耕播聯(lián)合作業(yè)機(jī)上，主要用來平整土地、除草、疏松表土等，工作時(shí)耙片與前進(jìn)方向有一定夾角，所以比波紋類圓盤刀牽引阻力大，而且動(dòng)土量較大，回土性較差，可將秸桿、根茬和表土拋離原位，需要多組刀盤并排作業(yè)，不適合免耕播種作業(yè)。
所述的滾動(dòng)式圓盤類耕作部件還經(jīng)常遇到這類問題由于農(nóng)田條件復(fù)雜，工作時(shí)常會(huì)碰擊堅(jiān)硬石塊，圓盤邊緣極易崩裂，影響作業(yè)質(zhì)量，由于不可修復(fù)致使整個(gè)刀盤報(bào)廢。發(fā)明內(nèi)容
基于驅(qū)動(dòng)式破茬、松土耕作部件具有土壤擾動(dòng)大和能耗高的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種新型滾動(dòng)式的破茬、松土免耕播種耕作部件，相對(duì)現(xiàn)有滾動(dòng)式圓盤類破茬、松土耕作部件，本發(fā)明部件具有更好破茬入土性能和松土效果，而且不擾動(dòng)土壤耕層結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明從觸土工作部件與土壤相互作用的力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系出發(fā)，結(jié)合保護(hù)性耕作技術(shù)特點(diǎn)，采取以下技術(shù)方案
本發(fā)明由固定環(huán)I I、固定環(huán)II 2、支架板I 3、支架板II 4、右刀片6、右刀盤7、 左刀盤8、刀軸9、右軸承座總成5、左軸承座總成10、左刀片11、支架12、支架板VI 13、支架板III 14和固定板15組成，其中支架板I 3和支架板III 14左端與固定板15固接，支架板I3和支架板III14右端與支架板II 4和支架板VI 13上端固接，支架板II 4和支架板VI 13 下端與支架12頂端固接；固定環(huán)I I和固定環(huán)II 2與固定板15螺栓連接；本機(jī)構(gòu)通過固定環(huán)I I、固定環(huán)II 2安裝在免耕播種機(jī)的機(jī)架橫梁上。機(jī)具工作時(shí)(一般指免耕播種機(jī))，左刀片11和右刀片6在支架12推力和土壤反力形成的力偶作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
左軸承座總成10中的左軸承座16和右軸承座總成5中的右軸承座19分別固接于支架12的左右兩端；左軸承座總成10由左軸承座16、左軸承17、左彈性擋圈18組成，其中左軸承17的外圈與左軸承座16固接，左彈性擋圈18與左軸承17外圈的一側(cè)連接；右軸承座總成5由右軸承座19、右軸承20、右彈性擋圈21組成，其中右軸承20的外圈與右軸承座19固接，右彈性擋圈21與右軸承20外圈的一側(cè)連接；刀軸9兩端分別與左軸承17和右軸承20的內(nèi)圈過盈配合。
右刀盤7和左刀盤8固接于刀軸9，且以刀軸9中線為基準(zhǔn)對(duì)稱布置，右刀盤7和左刀盤8的間距為30 IOOmm ;右刀片6和左刀片11均為4—8片，分別均布并固接于右刀盤7和左刀盤8表面，兩組刀片軸向投影呈均勻交錯(cuò)分布；右刀盤7和左刀盤8 一側(cè)設(shè)計(jì)為斜面，斜面與右刀盤7和左刀盤8另一側(cè)平面夾角β為0° 10°，右刀盤7和左刀盤 8的直徑D為150 240mm,右刀盤7和左刀盤8的厚度t3為3 IOmm,右刀盤7和左刀盤 8的斜面朝向外側(cè)。
所述的右刀片6和左刀片11的厚度&為I. 5 4mm，右刀片6和左刀片11的長度I為12 200_，右刀片6和左刀片11的寬度m為20 50mm，右刀片6和左刀片11的入土工作區(qū)間A —側(cè)為斜面,其由上至下逐漸變薄至刃口的厚度t2為O. 5 Imm,右刀片6 和左刀片11的另一側(cè)為平面。
所述的右刀片6和左刀片11在入土工作區(qū)間A中具有切削刃口曲線B，其參數(shù)方程式為P 2-2b P cos Θ = r2-b2,
其中P = bcos Θ +rsin τ , τ = arccos(—■—■■), P為曲線任意一點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點(diǎn)和回轉(zhuǎn)中心連線與偏心圓圓心和回轉(zhuǎn)中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點(diǎn)滑切角；方程式中30°彡τ <50°， 15° < Θ ^ 35° , 140mm < b < 240mm,80mm < r < 160mm ;刀片的刃口斜面終止曲線 C 與刃口曲線B平行，兩條曲線間距即刃口斜面寬度η為5 15mm。
所述的右刀片6和左刀片11的材料為彈簧鋼。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、將傳統(tǒng)圓盤類刀盤單元化，即采用組合刀片式結(jié)構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)既能提高耕作部件的破茬和入土性能，又能通過更換刀片(易損部件)提高其可維護(hù)性。
2、每個(gè)刀片在地表能夠砍切和壓制秸桿，入土過程中對(duì)土壤產(chǎn)生撬動(dòng)、抬升的作用，出土過程將抬升的土壤逐漸釋放，且不產(chǎn)生翻動(dòng)。
3、合理優(yōu)化刀片入土曲線保證刀片良好的滑切性能的同時(shí)保證刀片根部的強(qiáng)度要求。
4、刀片選取彈簧鋼板制成，可以定向彎曲擾動(dòng)土壤，當(dāng)受力減少時(shí)可恢復(fù)原狀減少表層土壤破壞。


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圖I為變曲率輪齒式破茬松土器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為變曲率輪齒式破茬松土器的正視圖
圖3為刀盤示意圖
圖4為左刀盤和右刀盤與刀軸安裝的示意圖
圖5為左刀片正視圖
圖6為左刀片側(cè)視圖
圖7為右刀片正視圖
圖8為右刀片側(cè)視圖
圖9為左軸承座總成圖
圖10為右軸承座總成圖
圖11為刃口曲線參數(shù)圖
圖12為變曲率輪齒式破茬松土器上任意兩個(gè)刀片運(yùn)動(dòng)軌跡的軸向投影圖
圖13為變曲率輪齒式破茬松土器上任意兩個(gè)刀片運(yùn)動(dòng)軌跡的運(yùn)動(dòng)方向投影圖
圖I—圖10中1.固定環(huán)I 2.固定環(huán)II 3.支架板I 4.支架板II 5.右軸承座總成6.右刀片7.右刀盤8.左刀盤9.刀軸10.左軸承座總成11.左刀片 12.支架13.支架板VI 14.支架板III 15.固定板16.左軸承座17.左軸承18.左彈性擋圈19.右軸承座20.右軸承21.右彈性擋圈具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述
圖I、圖2所示變曲率輪齒式破茬松土機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，由固定環(huán)I I、固定環(huán)II 2、支架板I 3、支架板II 4、右軸承座總成5、右刀片6、右刀盤7、左刀盤8、刀軸9、左軸承座總成10、左刀片11、支架12、支架板VI 13、支架板III 14和固定板15組成，其中支架板I 3 和支架板III14左端與固定板15固接，支架板I 3和支架板III14右端與支架板II 4和支架板VI 13上端固接,支架板14和支架板VI13下端與支架12頂端固接；固定環(huán)I I和固定環(huán) II 2與固定板15螺栓連接。每個(gè)刀盤中安裝6把刀片，兩個(gè)刀盤焊合后孔位相差30°，兩個(gè)刀盤內(nèi)表面的距離a為40mm，每片刀盤有直徑為Ilmm的6組安裝孔，每組2個(gè)孔，成徑向分布，中心距為28mm。每組通過螺栓安裝一把刀片。刀盤固定在刀軸9上，在軸向上兩個(gè)刀盤保持一定距離。刀軸通過軸承座總成安裝在支架I上。支架I通過U型螺栓將本機(jī)構(gòu)安裝在免耕播種機(jī)的機(jī)架橫梁上。工作時(shí)刀片的刃口曲線B側(cè)先接觸土壤，將地表上的秸桿或根茬切斷、破開，進(jìn)而切入土壤。
圖3所示，兩片刀盤的斜面朝外固定在刀軸9上，兩片刀盤軸向上保持一定距離， 距離a在40mm。兩組左右對(duì)稱的刀片4通過刀盤上的安裝孔安裝在兩個(gè)刀盤斜面上，兩組刀片軸向投影呈交錯(cuò)均勻分布(如圖I所示)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向投影呈向內(nèi)側(cè)傾斜(如圖2所示)O
圖4刀盤的一側(cè)設(shè)計(jì)有斜面，刀盤的斜面和直面間的夾角β為3°，刀盤厚度 IOmm,刀盤直徑200_。
圖5、圖6、圖7、圖8所不,所述的兩組刀片為左右對(duì)稱,其厚度為3mm。刀片的長度I為160mm,刀片的寬度m為50mm。刀片入土工作區(qū)間A—側(cè)為斜面,其厚度由上至下逐漸變薄至刃口厚度t2為Imm ;刀片的另一側(cè)為平面。工作時(shí)，刀片的刃口曲線B先接觸地表。
圖9左軸承座總成10由左軸承座16、左軸承17、左彈性擋圈18組成，其中左軸承 17的外圈與左軸承座19固接、左彈性擋圈18與左軸承17外圈的一側(cè)連接。
圖10右軸承座總成5由右軸承座19、右軸承20、右彈性擋圈21組成，其中右軸承 20的外圈與右軸承座19固接、右彈性擋圈21與右軸承20外圈的一側(cè)連接。
圖11所不，所述的刀片在入土工作區(qū)間A中具有切削刃口曲線B,該曲線米用偏心圓弧的形式，偏心圓參數(shù)方程為P 2-2b P COS Θ =r2-b2，其中P = bcos Θ +rsin τ ,t = MCCOs(tBlhP為曲線任意一點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點(diǎn)和回轉(zhuǎn)中心連線與偏心圓圓心和回轉(zhuǎn)中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點(diǎn)滑切角。式中40°彡τ彡50°，24°彡Θ彡27°，b=152mm，r=95mm。刀片的刃口斜面終止曲線C和刃口曲線B平行，兩條曲線間距即刃口斜面寬度η為10mm。
刀片材質(zhì)選用65Mn彈簧鋼，經(jīng)處理后硬度應(yīng)達(dá)到39 47HRC，并在刀片區(qū)間A平面?zhèn)?產(chǎn)生彎曲變形時(shí)的凹面區(qū)域)進(jìn)行噴丸處理，并且作強(qiáng)壓處理至不再有顯著的剩余變形，以提聞使用壽命。
左右兩組刀片在刀盤周向上呈均勻交錯(cuò)分布，工作過程中，左右刀片依次旋轉(zhuǎn)砍切秸桿、入土。在沒有限深輪的情況下，本機(jī)構(gòu)刀片的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)存在滑移和滑轉(zhuǎn)兩種傾向。 當(dāng)土壤較為堅(jiān)硬時(shí)(土層在5cm之內(nèi)，平均堅(jiān)實(shí)度值大于I. 2Mpa)，主要體現(xiàn)為滑移。由于本機(jī)構(gòu)應(yīng)用于免耕播種機(jī)等保護(hù)性耕作機(jī)具上，作業(yè)土壤沒有經(jīng)過耕整地機(jī)具的耕作，土壤較為堅(jiān)硬，而且，為了保證松土深度，一般加有限深裝置，所以，本機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作中會(huì)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。
圖12和圖13表示當(dāng)本機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其任意相鄰左右兩個(gè)刀片從入土到出土?xí)r的運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)圖(分別用實(shí)線和虛線表示)，滑移率設(shè)為O. I。圖12中兩個(gè)刀片在土壤中的運(yùn)動(dòng)軌跡輪廓線，中間視圖為用樣條曲線圓滑地將左視圖中刀片在地表以下的運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)起來，即刀片在軸向投影面上的實(shí)際作用范圍。圖13為刀片在運(yùn)動(dòng)方向上的投影。
結(jié)合圖12、圖13，具體說明本機(jī)構(gòu)刀片入土后對(duì)土壤的實(shí)際作用如下
刀片入土的過程中，刀片產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)彎曲，刀片對(duì)土壤具有向內(nèi)側(cè)擠推的作用。隨著入土深度的增加刀片的彎曲程度隨之也增加，刀片長度方向和水平面間夾角也逐漸增大，對(duì)土壤軸向的擠推作用和豎直向上抬升作用也逐漸增大。當(dāng)?shù)镀L度方向和土壤垂直時(shí)，兩個(gè)方向上對(duì)土壤的作用效果均達(dá)到最大。刀片出土的過程中，土壤作用在刀片的彎矩逐漸變小，在刀片自身彈性的作用下，工作區(qū)間A的曲率逐漸減小，被擠推和抬升的土壤在重力的作用下逐漸回落。土壤層在這種一升一落和擠推以及彈性刀片所產(chǎn)生的振動(dòng)的作用下，能夠產(chǎn)生斷裂、散落的效果，從而達(dá)到了疏松土壤，而不改變耕層結(jié)構(gòu)的目的，有利于土壤保墑，符合保護(hù)性耕作的技術(shù)要求。
權(quán)利要求
1.一種變曲率輪齒式破茬松土器，其特征在于由固定環(huán)1(1)、固定環(huán)II (2)、支架板I⑶、支架板II⑷、右刀片(6)、右刀盤(7)、左刀盤⑶、刀軸(9)、右軸承座總成(5)、左軸承座總成(10)、左刀片(11)、支架(12)、支架板VI (13)、支架板III (14)和固定板(15)組成，其中支架板I (3)和支架板III (14)左端與固定板(15)固接，支架板1(3)和支架板III (14)右端與支架板II (4)和支架板VI (13)上端固接，支架板II (4)和支架板VI (13)下端與支架(12)頂端固接；固定環(huán)I(I)和固定環(huán)11(2)與固定板(15)螺栓連接；左軸承座總成(10)中的左軸承座(16)和右軸承座總成(5)中的右軸承座(19)分別固接于支架(12)的左右兩端；左軸承座總成(10)由左軸承座(16)、左軸承(17)、左彈性擋圈(18)組成，其中左軸承(17)的外圈與左軸承座(16)固接，左彈性擋圈(18)與左軸承(17)外圈的一側(cè)連接；右軸承座總成(5)由右軸承座(19)、右軸承(20)、右彈性擋圈(21)組成，其中右軸承(20)的外圈與右軸承座(19)固接，右彈性擋圈(21)與右軸承(20)外圈的一側(cè)連接；刀軸(9)兩端分別與左軸承(17)和右軸承(20)的內(nèi)圈過盈配合；右刀盤(7)和左刀盤(8)固接于刀軸(9)，且以刀軸(9)中線為基準(zhǔn)對(duì)稱布置，右刀盤(7)和左刀盤⑶的間距為30 IOOmm ；右刀片(6)和左刀片(11)均為4-8片，分別均布并固接于右刀盤(7)和左刀盤⑶表面，兩組刀片軸向投影呈均勻交錯(cuò)分布；右刀盤(7)和左刀盤(8) —側(cè)設(shè)計(jì)為斜面，斜面與右刀盤(7)和左刀盤(8)另一側(cè)平面夾角β為0° 10°，右刀盤(7)和左刀盤(8)的直徑D為150 240mm,右刀盤(7)和左刀盤⑶的厚度t3為3 IOmm,右刀盤(7)和左刀盤(8)的斜面朝向外側(cè)。
2.按權(quán)利要求I所述的變曲率輪齒式破茬松土器，其特征在于所述的右刀片(6)和左刀片(11)的厚度^為I. 5 4mm，右刀片(6)和左刀片(11)的長度I為12 200mm，右刀片(6)和左刀片(11)的寬度m為20 50mm，右刀片(6)和左刀片(11)的入土工作區(qū)間A一側(cè)為斜面，其由上至下逐漸變薄至刃口的厚度t2為O. 5 Imm,右刀片(6)和左刀片(11)的另一側(cè)為平面。
3.按權(quán)利要求I所述的變曲率輪齒式破茬松土器，其特征在于所述的右刀片(6)和左刀片(11)在入土工作區(qū)間A中具有切削刃口曲線B，其參數(shù)方程式為P 2-2b PCOS Θ =r2_b2， 其中P = bcos Θ +rsin τ ,τ = arccos^l￡>, P為曲線任意一點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點(diǎn)和回轉(zhuǎn)中心連線與偏心圓圓心和回轉(zhuǎn)中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點(diǎn)滑切角；方程式中30°彡τ <50°，15。^ θ ^ 35。，140mm < b < 240mm，80mm < r < 160mm ;刀片的刃口斜面終止曲線 C 與刃口曲線B平行，兩條曲線間距即刃口斜面寬度η為5 15mm。
4.按權(quán)利要求I所述的變曲率輪齒式破茬松土器，其特征在于所述的右刀片(6)和左刀片(11)的材料為彈黃鋼。
全文摘要
變曲率輪齒式破茬松土器屬農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明將傳統(tǒng)圓盤類刀盤單元化，即采用組合刀片式結(jié)構(gòu)，每個(gè)刀片在地表能夠砍切和壓制秸稈，入土過程中對(duì)土壤產(chǎn)生撬動(dòng)、抬升的作用，出土過程將抬升的土壤逐漸釋放，且不產(chǎn)生翻動(dòng)；本發(fā)明既能提高耕作部件的破茬和入土性能，又能通過更換刀片(易損部件)提高其可維護(hù)性；合理優(yōu)化刀片入土曲線保證刀片良好的滑切性能的同時(shí)保證刀片根部的強(qiáng)度要求；刀片選取彈簧鋼板制成，可以定向彎曲擾動(dòng)土壤，當(dāng)受力減少時(shí)可恢復(fù)原狀減少表層土壤破壞。
文檔編號(hào)A01B33/12GK102918945SQ20121045384
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者賈洪雷, 范旭輝, 崔景軍, 姜鐵軍, 馬云海, 李洪剛 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)