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領域
本發明屬于農業機械技術領域，具體涉及一種變曲率輪齒式破茬松土器。
背景技術：
少動土、少失墑是保護性耕作的基本要求。免耕施肥播種時，地表有秸桿殘茬覆蓋，并且土壤緊實，要求土壤工作部件具有良好的破茬、入土和松表土性能，以達到防堵和疏松種床的目的，為后續的施肥、播種開溝和覆土鎮壓創造良好的土壤條件。
目前，保護性耕作技術實施中所采用的破茬、松土技術的工作部件主要有以下幾種。
I、驅動式破茬、松土耕作部件。該類部件主要包括旋耕(碎茬)刀片和動力驅動耙片兩種，其原理是利用拖拉機的動力輸出軸驅動旋轉軸，通過安裝在旋轉軸上的旋耕碎茬刀片或缺口耙片旋轉入土破茬、松土。動力驅動式耕作部件存在土壤擾動大、能耗高等缺點，屬于傳統耕作技術。
2、滾動式圓盤類破茬、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業發達國家中應用較為廣泛，主要應用于免耕播種機上作為破茬、松土耕作部件。波紋類圓盤刀根據波紋的數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量較少(一般為4 13個)，耕幅較寬，適合在土壤含水率較低的土壤作業；其缺點是破茬和入土性能較差，波谷處易粘土且不易脫附，高速作業時，旋轉的凸出波紋可將土壤拋離種床，不利于后繼的播種作業。褶皺形圓盤刀能夠改善波浪形圓盤刀上述缺點，但其耕幅較窄，松土效果較差。凹面圓盤耙片多應用于整地機具或耕播聯合作業機上，主要用來平整土地、除草、疏松表土等，工作時耙片與前進方向有一定夾角，所以比波紋類圓盤刀牽引阻力大，而且動土量較大，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，不適合免耕播種作業。
所述的滾動式圓盤類耕作部件還經常遇到這類問題由于農田條件復雜，工作時常會碰擊堅硬石塊，圓盤邊緣極易崩裂，影響作業質量，由于不可修復致使整個刀盤報廢。發明內容
基于驅動式破茬、松土耕作部件具有土壤擾動大和能耗高的缺點，本發明的目的是提供一種新型滾動式的破茬、松土免耕播種耕作部件，相對現有滾動式圓盤類破茬、松土耕作部件，本發明部件具有更好破茬入土性能和松土效果，而且不擾動土壤耕層結構。
為了實現上述目的，本發明從觸土工作部件與土壤相互作用的力學與運動學關系出發，結合保護性耕作技術特點，采取以下技術方案
本發明由固定環I I、固定環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I I和固定環II 2與固定板15螺栓連接；本機構通過固定環I I、固定環II 2安裝在免耕播種機的機架橫梁上。機具工作時(一般指免耕播種機)，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生轉動。
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外圈的一側連接；刀軸9兩端分別與左軸承17和右軸承20的內圈過盈配合。
右刀盤7和左刀盤8固接于刀軸9，且以刀軸9中線為基準對稱布置，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分布；右刀盤7和左刀盤8 一側設計為斜面，斜面與右刀盤7和左刀盤8另一側平面夾角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。
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的入土工作區間A —側為斜面,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的另一側為平面。
所述的右刀片6和左刀片11在入土工作區間A中具有切削刃口曲線B，其參數方程式為P 2-2b P cos Θ = r2-b2,
其中P = bcos Θ +rsin τ , τ = arccos(—■—■■), P為曲線任意一點到回轉中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點和回轉中心連線與偏心圓圓心和回轉中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點滑切角；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。
本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點
I、將傳統圓盤類刀盤單元化，即采用組合刀片式結構，這樣設計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)提高其可維護性。
2、每個刀片在地表能夠砍切和壓制秸桿，入土過程中對土壤產生撬動、抬升的作用，出土過程將抬升的土壤逐漸釋放，且不產生翻動。
3、合理優化刀片入土曲線保證刀片良好的滑切性能的同時保證刀片根部的強度要求。
4、刀片選取彈簧鋼板制成，可以定向彎曲擾動土壤，當受力減少時可恢復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構示意圖
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為左刀片側視圖
圖7為右刀片正視圖
圖8為右刀片側視圖
圖9為左軸承座總成圖
圖10為右軸承座總成圖
圖11為刃口曲線參數圖
圖12為變曲率輪齒式破茬松土器上任意兩個刀片運動軌跡的軸向投影圖
圖13為變曲率輪齒式破茬松土器上任意兩個刀片運動軌跡的運動方向投影圖
圖I—圖10中1.固定環I 2.固定環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.右彈性擋圈具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述
圖I、圖2所示變曲率輪齒式破茬松土機構結構示意圖，由固定環I I、固定環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I I和固定環 II 2與固定板15螺栓連接。每個刀盤中安裝6把刀片，兩個刀盤焊合后孔位相差30°，兩個刀盤內表面的距離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型螺栓將本機構安裝在免耕播種機的機架橫梁上。工作時刀片的刃口曲線B側先接觸土壤，將地表上的秸桿或根茬切斷、破開，進而切入土壤。
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。兩組左右對稱的刀片4通過刀盤上的安裝孔安裝在兩個刀盤斜面上，兩組刀片軸向投影呈交錯均勻分布(如圖I所示)，機構運動方向投影呈向內側傾斜(如圖2所示)O
圖4刀盤的一側設計有斜面，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。刀片入土工作區間A—側為斜面,其厚度由上至下逐漸變薄至刃口厚度t2為Imm ;刀片的另一側為平面。工作時，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外圈的一側連接。
圖11所不，所述的刀片在入土工作區間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為曲線任意一點到回轉中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點和回轉中心連線與偏心圓圓心和回轉中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點滑切角。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。
刀片材質選用65Mn彈簧鋼，經處理后硬度應達到39 47HRC，并在刀片區間A平面側(產生彎曲變形時的凹面區域)進行噴丸處理，并且作強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分布，工作過程中，左右刀片依次旋轉砍切秸桿、入土。在沒有限深輪的情況下，本機構刀片的轉動同時存在滑移和滑轉兩種傾向。 當土壤較為堅硬時(土層在5cm之內，平均堅實度值大于I. 2Mpa)，主要體現為滑移。由于本機構應用于免耕播種機等保護性耕作機具上，作業土壤沒有經過耕整地機具的耕作，土壤較為堅硬，而且，為了保證松土深度，一般加有限深裝置，所以，本機構在實際工作中會產生滑移現象。
圖12和圖13表示當本機構工作時，其任意相鄰左右兩個刀片從入土到出土時的運動軌跡簡圖(分別用實線和虛線表示)，滑移率設為O. I。圖12中兩個刀片在土壤中的運動軌跡輪廓線，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動軌跡包絡起來，即刀片在軸向投影面上的實際作用范圍。圖13為刀片在運動方向上的投影。
結合圖12、圖13，具體說明本機構刀片入土后對土壤的實際作用如下
刀片入土的過程中，刀片產生向內側彎曲，刀片對土壤具有向內側擠推的作用。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，對土壤軸向的擠推作用和豎直向上抬升作用也逐漸增大。當刀片長度方向和土壤垂直時，兩個方向上對土壤的作用效果均達到最大。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生的振動的作用下，能夠產生斷裂、散落的效果，從而達到了疏松土壤，而不改變耕層結構的目的，有利于土壤保墑，符合保護性耕作的技術要求。
權利要求
1.一種變曲率輪齒式破茬松土器，其特征在于由固定環1(1)、固定環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I(I)和固定環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)外圈的一側連接；刀軸(9)兩端分別與左軸承(17)和右軸承(20)的內圈過盈配合；右刀盤(7)和左刀盤(8)固接于刀軸(9)，且以刀軸(9)中線為基準對稱布置，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分布；右刀盤(7)和左刀盤(8) —側設計為斜面，斜面與右刀盤(7)和左刀盤(8)另一側平面夾角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。
2.按權利要求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)的入土工作區間A一側為斜面，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)的另一側為平面。
3.按權利要求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)在入土工作區間A中具有切削刃口曲線B，其參數方程式為P 2-2b PCOS Θ =r2_b2， 其中P = bcos Θ +rsin τ ,τ = arccos^l￡>, P為曲線任意一點到回轉中心即刀盤中心的距離，b為偏心距，r為偏心圓半徑，Θ為曲線任意一點和回轉中心連線與偏心圓圓心和回轉中心連線的夾角，τ為曲線上任意一點滑切角；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業機械技術領域，本發明將傳統圓盤類刀盤單元化，即采用組合刀片式結構，每個刀片在地表能夠砍切和壓制秸稈，入土過程中對土壤產生撬動、抬升的作用，出土過程將抬升的土壤逐漸釋放，且不產生翻動；本發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)提高其可維護性；合理優化刀片入土曲線保證刀片良好的滑切性能的同時保證刀片根部的強度要求；刀片選取彈簧鋼板制成，可以定向彎曲擾動土壤，當受力減少時可恢復原狀減少表層土壤破壞。
文檔編號A01B33/12GK102918945SQ20121045384
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者賈洪雷, 范旭輝, 崔景軍, 姜鐵軍, 馬云海, 李洪剛 申請人:吉林大學