本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域,具體涉及一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置。
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仍以犁耕和旋耕為主。鏵式犁采用的是順序切土,翻土性能好且能達(dá)到深耕,但要想達(dá)到農(nóng)藝要求,需要對(duì)耕后的土壤進(jìn)行二次整理,作業(yè)程序復(fù)雜,效率低,能耗大,成本高。旋耕機(jī)具有耕地和耙地雙重作用,對(duì)殘茬、雜草、綠肥作物切碎能力強(qiáng),耕后地表平整,土垡破碎,不需要整地作業(yè)就達(dá)到農(nóng)藝要求,有利于搶農(nóng)時(shí),但其功耗大,覆蓋性能相對(duì)鏵式犁較差,耕后植被在耕層上較多,耕后雜草萌生較早。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,栽培技術(shù)也應(yīng)用于根莖類(lèi)作物栽培,為了提高根莖類(lèi)作物的等級(jí)質(zhì)量和產(chǎn)量,對(duì)耕作土壤的質(zhì)量要求比較苛刻,即耕深加大、松碎土壤要求更高。為了滿足增厚土壤熟化層,改善深層透氣性,增大持水能力及秸稈還田的農(nóng)藝要求,增加耕深、降耗節(jié)能、提高耕耘質(zhì)量一直是耕作機(jī)械的主要研究方向之一。
目前,正轉(zhuǎn)旋耕,因?yàn)榈遁S位于地表以上,要加大耕深必須加大刀滾直徑,但刀滾直徑過(guò)大將使整機(jī)結(jié)構(gòu)龐大笨重,功耗急劇增加。依據(jù)現(xiàn)行旋耕機(jī)設(shè)計(jì)理論,正轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)旋耕刀從刀滾中心水平線以下開(kāi)始切土,刀片轉(zhuǎn)到垂直位置時(shí)基本上結(jié)束切土過(guò)程。當(dāng)?shù)稘L半徑R、耕深H、旋耕速比λ滿足關(guān)系式:H=R(1-1/λ)時(shí),刀滾轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心的水平跡線落在地表面上,正切刃切削速度垂直向下,獲得最小動(dòng)態(tài)切土角,入土阻力較小。利用此關(guān)系式,按農(nóng)藝要求確定目標(biāo)耕深H后,刀滾半徑R≥Hλ/(λ-1)。旋耕速比λ的常用值為4~10,為提高碎土率和溝底平整度,同時(shí)為保證有合理的動(dòng)態(tài)隙角,使旋耕刀正切面不擠推未耕土壤應(yīng)選用偏大的λ值。由此式確定的R值相對(duì)較小,使旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,但隨著耕深的增加,若增加耕深,其負(fù)荷功耗將急劇增加;刀滾切削土壤的阻力指向前上方,其垂直分力向上,阻礙刀滾入土,尤其快速前進(jìn)時(shí)因刀背擠土反力更大,易產(chǎn)生旋耕機(jī)跳動(dòng),影響耕深穩(wěn)定性;其水平分力向前,如果大于拖拉機(jī)滾動(dòng)阻力與由機(jī)組其它工作部件產(chǎn)生的阻力之和時(shí)將推動(dòng)機(jī)組前進(jìn)而使拖拉機(jī)向前滑移,產(chǎn)生按封閉回路循環(huán)的寄生功率,加重了旋耕機(jī)和拖拉機(jī)傳動(dòng)裝置的負(fù)荷,加大功耗并折損機(jī)械壽命。
正置潛土反轉(zhuǎn)旋耕,即刀軸位于地表以下的旋耕方式,由于逆轉(zhuǎn)旋耕,旋耕刀旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反,從底部開(kāi)始向上切削土壤,更多的土壤因張力作用而破裂,可以減少切削力和切削扭矩,降低碎土能耗,同時(shí)由于刀軸在地表以下,可以在短刀的情況下實(shí)現(xiàn)深耕,但正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕將被切土垡向后拋擲的同時(shí)有不少土垡因不能被拋擲到后面而堵塞在工作部件前方,造成前面產(chǎn)生壅土的現(xiàn)象,引起重耕,使作業(yè)負(fù)荷和功率消耗急劇增大,嚴(yán)重時(shí)裝置將無(wú)法工作。此外,為了使刀軸沉入地表以下,必須設(shè)置特珠的切土部件來(lái)避免旋耕機(jī)變速箱下緣、軸承座下緣與未耕地面發(fā)生干涉,使旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳動(dòng)效率低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足,本發(fā)明提供了一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置,在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高速有序切土,使土壤更多毀于“拉”,并且改變了拋土軌跡,減少了重耕,極大地減少了功耗,增加了耕深。
為了解決以上技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用順序切土,工作方式為斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕,具體技術(shù)方案如下:
一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置,包括機(jī)架、懸掛件、變速箱、斜置刀輥;其特征在于:所述的變速箱位于機(jī)架的中央,其輸入軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)與驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)輸出軸連接且與拖拉機(jī)前進(jìn)方向成110~125°角,變速箱輸出軸為花鍵軸,輸出軸兩側(cè)分別與兩邊的斜置刀輥軸的一端連接,斜置刀輥軸的另一端安裝在軸承座的軸承內(nèi),軸承座通過(guò)螺栓固定在機(jī)架上;
所述的斜置刀輥由同向有序排列的旋耕刀組成,斜置刀輥與牽引拖拉機(jī)前進(jìn)方向成55~70°斜置角,斜置刀輥上的旋耕刀的刀尖一致朝向前進(jìn)方向的右邊,斜置刀輥?zhàn)钭髠?cè)裝有一列側(cè)向力平衡刀,側(cè)向力平衡刀在與輪胎旋轉(zhuǎn)平面平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),即側(cè)向力平衡刀的旋轉(zhuǎn)中心軸與斜置刀輥成20~35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行。
優(yōu)選地,所述的斜置刀輥是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕,即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉(zhuǎn)方向與前進(jìn)時(shí)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。
優(yōu)選地,斜置刀輥軸的端部裝有斜置軸承座,斜置軸承座與機(jī)架通過(guò)螺栓固定連接,所述的斜置軸承座在驅(qū)動(dòng)輪胎平行的平面內(nèi)開(kāi)有內(nèi)槽,圓柱滾子軸承安裝在斜置軸承座的內(nèi)槽中、且圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座配合,鋼球座套在斜置刀輥軸上,且與圓柱滾子軸承的內(nèi)圈配合,所述側(cè)向力平衡刀固定在刀盤(pán)上,所述刀盤(pán)固定在鋼球座上,斜置刀輥軸上開(kāi)有凹槽,所述鋼球座與斜置刀輥軸之間設(shè)有鋼球,位于鋼球凹槽內(nèi)。
優(yōu)選地,所述的鋼球座與圓柱滾子軸承的內(nèi)圈過(guò)盈配合,圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座過(guò)盈配合。
優(yōu)選地,所述側(cè)向力平衡刀的數(shù)量為4~6把。
優(yōu)選地,所述的側(cè)向力平衡刀只有側(cè)切面而沒(méi)有正切面,且側(cè)切面包含切削刃I和切削刃II。
優(yōu)選地,所述的切削刃I為笛卡爾葉形線;所述的切削刃II為α=1,0.5<β<1,γ=0時(shí)的威布爾分布,α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。
優(yōu)選地,相鄰旋耕刀的刀盤(pán)相距100~150mm,每個(gè)刀盤(pán)安裝2~3把旋耕刀,安裝在相鄰刀盤(pán)上的旋耕刀的相位角為60~90°。
優(yōu)選地,所述的旋耕刀刀長(zhǎng)為150~250mm,刀厚為8~10mm,正切面寬為15~20mm,側(cè)切面寬為80~120mm。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下:拖拉機(jī)動(dòng)力通過(guò)萬(wàn)向節(jié)輸入變速箱,變速箱變速后由輸出軸帶動(dòng)兩側(cè)的刀輥逆轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)切土,即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。由于刀輥在水平面內(nèi)斜置,旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)具前進(jìn)方向成一適當(dāng)斜置角,旋耕刀切土?xí)r有一個(gè)沿刀輥軸向的相對(duì)速度,使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同,達(dá)到順序切土的目的,使除第一列旋耕刀外,其它旋耕刀進(jìn)行切土?xí)r側(cè)面減少了一個(gè)約束面,使土壤更容易破壞,由此達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕,旋耕刀從底部開(kāi)始向上切削土壤,更多的土壤因張力作用而破裂,既具有深耕特性,又具有良好的碎土作用,入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低,被切土垡有指向側(cè)面已耕地的分速度,使被切土垡更多地拋向已耕地,減少了重耕,降低了能耗。此外,由于刀輥斜置且順序切土,在工作過(guò)程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土,避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉,使變速箱、軸承座以及刀輥軸可以沉入地下,實(shí)現(xiàn)深耕。
刀輥軸的左側(cè)開(kāi)有凹槽,凹槽里設(shè)有鋼球,鋼球的一部分在凹槽內(nèi),一部分在安裝在斜置刀輥?zhàn)髠?cè)的鋼球座內(nèi),鋼球座與刀盤(pán)通過(guò)螺栓連接,刀盤(pán)上裝有側(cè)向力平衡刀,側(cè)向力平衡刀旋轉(zhuǎn)平面與拖拉機(jī)輪胎平行。刀輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)通過(guò)鋼球傳動(dòng)使鋼球座一起轉(zhuǎn)動(dòng),從而使側(cè)向力平衡刀不僅能夠切土,還能充當(dāng)側(cè)板起到抵消刀輥工作過(guò)程時(shí)受到的軸向分力的作用。
本發(fā)明具有有益效果:本發(fā)明通過(guò)將斜置刀輥與牽引拖拉機(jī)前進(jìn)方向成55~70°斜置角,使旋耕刀切土?xí)r有一個(gè)沿刀輥軸向的相對(duì)速度,使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。同時(shí),旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同,能達(dá)到順序切土的目的,使除第一列旋耕刀外,其它旋耕刀進(jìn)行工作切土?xí)r側(cè)面減少了一個(gè)約束面,使土壤更容易破壞,由此達(dá)到節(jié)能降耗的目的。斜置刀輥?zhàn)髠?cè)安裝一列側(cè)向力平衡刀,側(cè)向力平衡刀的旋轉(zhuǎn)中心軸與斜置刀輥成20~35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行,在耕作過(guò)程中不僅能旋轉(zhuǎn)切土,還能充當(dāng)側(cè)板抵消刀輥工作過(guò)程時(shí)受到的軸向分力的作用。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕,旋耕刀從底部開(kāi)始向上切削土壤,更多的土壤因張力作用而破裂,既具有深耕特性,又具有良好的碎土作用,入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低,被切土垡拋向后面的已耕地時(shí)還有指向側(cè)面已耕地的分速度,使被切土垡更多的拋向已耕地,減少了重耕,降低了能耗。此外,由于刀輥斜置且順序切土,在工作過(guò)程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土壤,避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉,使刀輥軸沉入地下,達(dá)到短刀深耕的效果。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,經(jīng)濟(jì)可靠。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是圖1中A部分的局部放大圖;
圖3是圖1中B部分的局部放大圖;
圖4是圖1中C部分的局部放大圖;
圖5是旋耕刀示意圖;
圖6是側(cè)向力平衡刀示意圖;
圖7是本發(fā)明工作示意圖;
圖8是本發(fā)明旋耕刀切土運(yùn)動(dòng)示意圖;
圖9是本發(fā)明的切土示意圖;
圖10是本發(fā)明旋耕刀對(duì)土壤作用示意圖;
圖11是正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕裝置拋土方向示意圖;
圖12是本發(fā)明旋耕拋土方向示意圖。
圖中:
1、機(jī)架;2、懸掛架;3、變速箱;4、軸承座;5、斜置刀輥;6、旋耕刀;7、斜置刀輥軸;8、鋼球;9、鋼球座;10、刀盤(pán);11、未耕地;12、被切土垡;13、地表面;14、已耕地;15、土粒。16、側(cè)向力平衡刀;17、輸出軸;18、軸承座;19、切削刃I;20、切削刃II;21、斜置軸承座;22、圓柱滾子軸承。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
如圖1和圖3和圖4所示,本發(fā)明所述的斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置,包括機(jī)架1、懸掛架2、變速箱3、斜置刀輥5;斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置通過(guò)懸掛架2連接在牽引拖拉機(jī)后面,懸掛架2還與機(jī)架1相連。變速箱3位于裝置的中央,拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力輸入變速箱3,變速箱3輸出軸17為花鍵軸,其兩側(cè)與兩邊的斜置刀輥軸7的一端連接,斜置刀輥軸7的另一端安裝在軸承座4的軸承18內(nèi),軸承座4通過(guò)螺栓固定在機(jī)架1上,變速箱3輸出軸帶動(dòng)兩側(cè)的斜置刀輥5逆轉(zhuǎn)切土。
如圖1和圖2所示,斜置刀輥5由同向有序排列的旋耕刀6組成,斜置刀輥5與前進(jìn)方向成55~70°斜置角,旋耕刀6的安裝彎向一致朝向前進(jìn)方向的右邊,斜置刀輥5最左側(cè)安裝一列側(cè)向力平衡刀16,其旋轉(zhuǎn)中心線與斜置刀輥5成20~35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行。
如圖2所示,斜置刀輥軸7左端開(kāi)有凹槽,凹槽里設(shè)有鋼球8,鋼球8的一部分在凹槽內(nèi),一部分在安裝在斜置刀輥5最左側(cè)的一列側(cè)向力平衡刀16的鋼球座9內(nèi),鋼球座9與刀盤(pán)10通過(guò)螺釘連接,刀盤(pán)10上裝有側(cè)向力平衡刀16。鋼球座9與圓柱滾子軸承22的內(nèi)圈過(guò)盈配合,圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21過(guò)盈配合,斜置軸承座21與機(jī)架通過(guò)螺栓固定連接。斜置刀輥軸7旋轉(zhuǎn)工作時(shí),鋼球8帶動(dòng)鋼球座9轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還在斜置刀輥軸7左端的凹槽里來(lái)回滾動(dòng),鋼球座9又帶動(dòng)圓柱滾子軸承22內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng),由于圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21固定不動(dòng),從而使側(cè)向力平衡刀16在與牽引拖拉機(jī)輪胎平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)切土。
如圖5所示,本發(fā)明所采用的旋耕刀6為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)旋耕刀6,其刀長(zhǎng)為150~250mm,刀厚為8~10mm,正切面寬為15~20mm,側(cè)切面寬為80~120mm。這種設(shè)計(jì)使旋耕刀6的側(cè)切面的面積增大,正切面的面積減少,使在耕作過(guò)程中減少向前的拋土量,且增加向側(cè)后方的拋土量。
如圖6所示,安裝在斜置刀輥5左側(cè)的側(cè)向力平衡刀16的刀數(shù)為4把;側(cè)向力平衡刀16側(cè)面積相對(duì)較大且具有切削刃I 19和切削刃II 20,切削刃I 19為笛卡爾葉形線,切削刃II 20為α=1,0.5<β<1,γ=0時(shí)的威布爾分布,α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。在切土過(guò)程中,大的側(cè)面更有利于抵消刀輥工作過(guò)程時(shí)受到的軸向分力的作用。
如圖7所示,斜置刀輥5由實(shí)線位置運(yùn)動(dòng)到虛線位置,虛線位置時(shí)的變速箱3位于實(shí)線位置時(shí)的耕作區(qū),即在工作時(shí),變速箱3位于已耕地14,從而避免了變速箱3與未耕地11發(fā)生干涉,使斜置刀輥軸7沉入地下,實(shí)現(xiàn)深耕。
如圖8所示,旋耕過(guò)程中,當(dāng)旋耕刀6由位置a運(yùn)動(dòng)到位置b時(shí),旋耕刀6向前運(yùn)動(dòng)了距離L的同時(shí),還向右側(cè)平移了距離S,可以看出旋耕時(shí)旋耕刀6有一個(gè)指向右側(cè)已耕地14的側(cè)向推土運(yùn)動(dòng),使土壤毀于拉,減少了切土功耗;還使被切土垡12被拋出的同時(shí)獲得一個(gè)指向側(cè)邊已耕地14的側(cè)向分速度,使土壤拋向側(cè)邊的已耕地14,從而避免了重耕。
如圖9所示,本發(fā)明的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕,在旋耕過(guò)程中,旋耕刀6從底部開(kāi)始向上切削土壤,被切土垡12的上方地表面13沒(méi)有約束,更多的土壤因張力作用而破裂,同時(shí)使部分被切土拋出時(shí)具有指向已耕地側(cè)向分速度,減少了前方壅土。
如圖10所示,耕作切土?xí)r,旋耕刀6右邊為已耕地14,被切土垡12減少了一個(gè)約束面,減小了切削力,使土壤更容易破壞,降低了碎土能耗,由于旋耕刀6側(cè)切刃與前進(jìn)方向成20~35°角,旋耕時(shí)旋耕刀6的側(cè)切刃具有側(cè)向位移,使側(cè)切刃對(duì)被切土垡12產(chǎn)生了圖中所示方向的作用力,由于被切土垡12的右側(cè)面為已耕地14,使更多的土垡因張力而破碎,從而使耕作減少功耗。
如圖11和圖12所示,正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕裝置旋耕時(shí),被拋出的土粒15所具有的速度方向如圖7中所示,土粒15大多拋向前方,造成前方壅土,增加耕作能耗;斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕時(shí),被拋出的土粒15的速度如圖8中所示,土粒15除了具有正置時(shí)的向前或者向后的拋出速度,還具有向側(cè)面已耕地14拋出的分速度,使更多的土拋向已耕地14,從而減少了壅土量,進(jìn)而減少了重耕,降低了能耗。
所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式,但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式,在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下,本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。