一種彎曲式深松犁的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種彎曲式深松犁，包括與拖拉機懸掛式連接的固定犁架以及固定在固定犁架上的若干彎曲式犁體，其中，所述彎曲式犁體包括一工作曲面；所述工作曲面通過前傾切土曲線和側傾抬土曲線疊加形成；所述前傾切土曲線與側傾抬土曲線分別位于兩個相互垂直的平面內；前傾切土曲線沿三維坐標系的X軸方向正向拉伸形成的曲面與側傾抬土曲線沿三維坐標系的Y軸方向正向拉伸形成的曲面在空間中相交于第一曲線；所述第一曲線沿所述Y軸方向負向延伸預定的寬度以形成所述工作曲面。通過分析設計，獲得結構合理的空間曲面，形成獨特的外形結構和犁體，可一次性地完成深松和整地等工作，減少耕地春播期土壤的失墑，達到保護土壤和節能降耗的目的。
【專利說明】
一種彎曲式深松犁
技術領域
[0001 ]本發明涉及深松機具，尤其涉及一種彎曲式深松犁。
【背景技術】
[0002] 深松作業是指利用深松裝置對深層土壤進行疏松，加深有效耕層而不翻轉土壤， 打破深層土壤因多年被農業機械碾壓而形成的犁底層，同時又不會破壞土壤結構及地表植 被。
[0003] 在進行深松作業后，可以有效提高地表水分的滲入率，減少地表流徑和土壤水蝕， 增強深層土壤的蓄水和保墑能力，為農作物營造一個天然的水庫，從而提高農作物的抗旱 能力。徹底打破犁底層后，能夠疏松土壤，減小植株根系穿透阻力，提高水資源利用率，改善 作物根系發育條件，增加農作物產量。
[0004] 目前深松方式主要有擠壓式松土和振動式松土。深松機具大多采用鑿式深松部 件，其上部與機具相連接的鏟柄有不同形式，如與地表相垂直的直鏟柄，與地表成固定角度 的傾斜鏟柄，與地表成漸進式夾角的弧形鏟柄等。其下部的鏟身也有多種形式，較為常見的 是立柱式深松鏟。
[0005]隨著數字化設計技術的不斷進步，深松機具的設計和制造也有了很大的改進空 間。
[0006] 因此，現有技術還有待發展。
【發明內容】
[0007] 鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種新型的彎曲式深松 犁，旨在解決現有技術中深松裝置存在的問題。
[0008] 為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：
[0009] -種彎曲式深松犁，包括與拖拉機懸掛式連接的固定犁架以及固定在固定犁架上 的若干彎曲式犁體，其中，所述彎曲式犁體包括一工作曲面；
[0010] 所述工作曲面通過前傾切土曲線和側傾抬土曲線疊加形成;所述前傾切土曲線與 側傾抬土曲線分別位于兩個相互垂直的平面內；前傾切土曲線沿三維坐標系的X軸方向正 向拉伸形成的曲面與側傾抬土曲線沿三維坐標系的Y軸方向正向拉伸形成的曲面在空間中 相交于第一曲線；
[0011] 所述第一曲線沿所述Y軸方向負向延伸預定的寬度以形成所述工作曲面；
[0012]所述前傾切土曲線在三維坐標系中的曲線方程為：
[0013] Z = 4E07x4-0.0002x2-0.573X+16.73;
[0014] 所述側傾抬土曲線在三維坐標系中的曲線方程為：
[0015] z = lE-05y4-0·0002x2-12·357y+159· 19。
[0016] 所述的彎曲式深松犁，其中，所述彎曲式犁體包括:包括所述工作曲面的本體、犁 齒、連接臺、立柱以及犁托；
[0017] 所述立柱通過犁托與本體連接，所述連接臺設置在立柱的一端，連接臺上設置有 調節定位孔，通過螺栓與所述固定犁架上;所述犁齒設置所述本體入土的一側。
[0018] 所述的彎曲式深松犁，其中，所述犁托與本體分別開有四個間距均勻的圓形通孔； 通過銷釘卡套鑲嵌式連接。
[0019] 所述的彎曲式深松犁，其中，所述犁托的前端與所述主體相接，所述犁托后端與立 柱相焊接。
[0020] 所述的彎曲式深松犁，其中，所述立柱通過鋼管切割、沖壓制造。
[0021 ]所述的彎曲式深松犁，其中，所述犁托和本體為硼鋼材質。
[0022]所述的彎曲式深松犁，其中，所述犁托的鋼板厚度為15mm，所述本體的鋼板厚度為 8mm 〇
[0023] 有益效果：本發明提供的彎曲式深松犁，通過分析設計，獲得結構合理的空間曲 面，形成獨特的外形結構和犁體，將常見深松部件的優點整合于一體，可一次性地完成深松 和整地等工作，減少耕地春播期土壤的失墑，達到保護土壤和節能降耗的目的。
[0024] 與傳統的鏵式犁比較，具有特殊的深松犁結構，能夠徹底打破犁底層，耕作時犁層 深而不翻轉土壤、阻力小且具有保護耕地的特點。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明具體實施例的彎曲式深松犁的犁體結構示意圖。
[0026] 圖2為本發明具體實施例的彎曲式深松犁的犁托的結構示意圖。
[0027] 圖3為本發明具體實施例的彎曲式深松犁的主體的結構示意圖。
[0028] 圖4為本發明具體實施例的彎曲式深松犁的導曲線的包絡線示意圖。
[0029] 圖5為本發明具體實施例的彎曲式深松犁的導曲線的包絡線形成示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 本發明提供一種彎曲式深松犁。為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明 確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施 例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0031] 本發明具體實施例的一種彎曲式深松犁。其與現有技術中的鏵式犁外形結構相類 似，均包括固定犁架以及固定在固定犁架上的若干彎曲式犁體。
[0032] 彎曲式深松犁通過固定犁架與拖拉機懸掛式連接。拖拉機在牽引犁具前進的同時 將牽引力通過懸掛裝置傳遞給犁具，在土壤阻力、重力、拖拉機牽引力和合適的犁體角度的 共同作用下，當主犁體入土后達到工作深度，通過深松犁體與土壤間的剪切和摩擦力，使之 出現相對位移，從而達到破碎和疏松土壤底層的作用。
[0033] 關于彎曲式犁體的具體尺寸設計，可以采用鏵式犁相近的方法。其中，根據農業技 術標準的要求，可以確定鏵式犁的耕深為a。而按照翻垡與覆蓋的要求，可以由翻垡原理(k = b/a)確定鏵式犁的耕寬b。
[0034] 關于寬深比k值的選擇原則:一般要求k>l. 27。常用的數值范圍例如:輕沙壤土 k =1.1-1.5; -般土壤k = 1.3-2;粘重潮濕土壤k = 2-3。而考慮到所述彎曲式深松犁的工作 要求為只松土不翻土，深松深度h = 300-400mm。
[0035] 深松寬度可以根據壟距和農作物根系的根幅范圍來確定。例如，新疆地區農作物 的壟距一般為500mm，根系的根幅范圍為300-450mm，平均根幅為376±73mm，根深范圍為 200-350mm，平均根深為275±62mm，須根的生長方向與水平面的夾角范圍很大，從25°到90° 均有須根生長。
[0036] 因此，為滿足中耕深松的要求，在保證不傷苗的前提下，達到最好的深松效果，可 將深松寬度定為200-250mm。對土壤的深松寬度范圍可以達到250~-00mm。在保證中耕深松 作業效果的前提下，可以通過對深松部件間距和液壓系統的調節，滿足不同的深度和寬度 要求。
[0037] 其中，所述彎曲式犁體包括一工作曲面。工作曲面的對應曲線是由前傾切土曲線 MN和側傾抬土曲線PQ疊加形成。所述工作曲面形成了所述彎曲式犁體的獨特外形結構，始 終與前進方向平行，不會對土垡產生翻轉，減少土壤擾動，具有良好的技術效果。
[0038] 以下詳細描述所述工作曲面的形成過程：
[0039]所述前傾切土曲線MN與側傾抬土曲線PQ分別位于兩個相互垂直的平面內。
[0040]前傾切土曲線MN沿三維坐標系的X軸方向正向拉伸形成的曲面與側傾抬土曲線PQ 沿三維坐標系的Y軸方向正向拉伸形成的曲面在空間中相交于第一曲線EF。該第一曲線EF 即為所述彎曲式犁體的鏟刃線。
[0041]最后將所述第一曲線沿Y軸方向，負向延伸預定的寬度后，即可得到所述工作曲 面。
[0042]所述前傾切土曲線在三維坐標系中的曲線方程為：
[0043] z = 4E-07x4-0.0002x2-0.573x+16.73;
[0044] 所述側傾抬土曲線在三維坐標系中的曲線方程為：
[0045] z = lE-05y4-0 · 0002x2-12 · 357y+159 · 19。
[0046] 所述三維坐標系中的Z軸為犁體的里側邊線，X軸為沿前進方向上的犁齒尖頂點所 在的與Z軸垂直的水平線，原點為Z軸與X軸的交點，Y軸為垂直于前進方向上過原點的水平 線。
[0047]其中，所述前傾切土曲線MN的基礎為仿生減阻深松鏟。所述側傾抬土曲線PQ則依 據一導曲線所確定。
[0048] 所述導曲線的具體繪制過程如下：
[0049] 所述導曲線是控制水平元線位置的指導曲線。導曲線采用圓弧形的圓柱型曲面， 犁體曲面大多采用拋物線形狀，拋物線形導曲線的尺寸和形狀由以下參數確定：
[0050] 導曲線開度1、高度h、犁鏵安裝角ε、始端直線長度s和拋物線兩端點切線的夾角 ω。導曲線參數l、h、e、△ ε、及S均為已知參數，由此可以求出導曲線拋物線部分的高度hi以 及開度Ii:
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]關于參數的確定：
[0057] 1.開度L當導曲線高度一定時，開度L越小則曲面越陡峭，碎土能力強，但犁體阻力 較大;開度L越大則曲面越平緩，阻力越小，碎土能力較弱。故碎土型犁體的1值較翻土型犁 體的1值小，開度L的選擇與犁體尺寸有關。
[0058]由于所述彎曲式深松犁工作特點為碎土不翻土，因此應當選擇較小的開度值L。
[0059] 2.高度h導曲線的高度h與犁體工作面頂端的高度有關。通常h略小于犁體工作面 的最大高度，即按Hmax>h>H確定一個較為合理的數值。最后根據導曲線在平行于工作面 投影的實際高度加以修正。在本實施例中，彎曲式深松犁的深度為300-400mm，工作面高度 為450mm。因此，可以確定高度h應當為:450mm>h>300。
[0060] 3.切線夾角ω由￡和八ε確定，即ω = 90°+ε - Δ ε，為了有利于破碎而不翻轉土壤， 導曲線的上部可向前小幅度扭曲，但是扭曲程度不宜過大，以保證土垡不產生翻轉為準，其 上端點的切線與鉛垂線的夾角為A ε，一般為Δ ε =0°~10°。
[0061] 上述導曲線的各參數及所處的空間位置確定后，可以通過包絡線作圖法繪制導曲 線：
[0062]在坐標XOZ內，分別量取已知的高度h和開度1，確定導曲線的最高點Α。自坐標原點 〇作直線OB，與X軸正方向成ε角，并在OB上截取始端直線段S。過最高點A作直線AD，與OB成ω 并相交于E點，ω按部件的耕作要求確定。在AE與CE兩段直線段上截取相同的等分點，分別 由下至上、由左至右順序編號，用直線連接相同編號的點，得到一直線段族，做直線段族的 公切線即可得到導曲線的包絡線(如圖4和圖5所示）。
[0063]在實際設計過程中，可以使用solidworks軟件生成對應的立體三維模型。首先建 立上述的三維坐標系，然后輸入真實外形尺寸，在應用特征對于創建的彎曲犁體的曲面進 行模型填充以獲得最終的三維模型。
[0064]上述曲面的切土曲線采用前傾切土曲線MN結構，彎曲式犁體采用空間曲面式結 構，M、N兩點控制在工作過程中與地面之間的夾角，合理的漸變式夾角能夠提高鏟刃對土壤 的切削能力，同時增加土壤與鏟刃之間的切除面積，有利于保持鏟刃的鋒利。
[0065]由于鏟柄的結構經過合理設計，整個彎曲式犁體的重心不會發生偏移，始終與彎 曲式犁體鏟柄保持在同一條垂線方向上，可以確保機具在工作過程中不發生偏移。進行曲 線擬合優化，可以進一步得到如下兩組曲線方程(即上述MN、PQ兩條曲線）：
[0066] z = 4E-07x4-0.0002x3+0.0225x2-0.573x+16.731;
[0067] z = lE-05y4-0 · 0031y3+0 · 3223y2_12 · 357y+159 · 19。
[0068] 上述該曲線方程所描述下的彎曲式深松犁具有以下優點：使刃線與鏟柄光滑連 接，降鏟柄片在鍛壓過程中產生的應力集中，降低鏟柄在工作過程中由于土壤阻力產生的 偏移，而導致的鏟柄變形。
[0069]良好的切土曲線與土壤水平面之間的夾角隨作業深度的變化而改變，可保證良好 的切土角度、提高深松鏟對土壤的切削能力、減小作業阻力。側傾抬土曲線可使鏟柄深入到 作物根系底部，增加土壤的有效深松體積，作業后可形成一個弧形的斜向下的溝縫，有效減 少不必要的跑墑和水分蒸發;整個結構圓滑過渡，可避免產生不必要的磨損、提高了使用壽 命。
[0070]在本發明的具體實施例中，如圖1所示，所述彎曲式犁體包括:包括所述工作曲面 的本體IOO、犁齒200、連接臺300、立柱400以及犁托500。
[0071]其中，犁托500通過立柱400與固定犁架相連。本體100承載所受的主要載荷，直接 與土壤接觸。犁齒200為入土機構，設置所述本體100上。當然，犁齒可以進行高頻淬火以提 高其耐磨性，所述犁齒200與本體100的之間通過銷釘卡套鑲嵌式連接。
[0072]上述犁齒的結構設置，能夠保持鏟尖的鋒利并易于更換，可以有效延長深松部件 的使用壽命，提高深松效果和作業效率。
[0073] 所述立柱400通過犁托500與本體100連接。所述連接臺300設置在立柱400的一端。 [0074] 所述連接臺300上設置有調節定位孔301(直徑為Φ20πιπι)。實際使用中，可以通過 螺栓將其固定在所述固定犁架上。另外，調節彎曲式犁體在固定犁架的間距可以實現間隔 深松或全幅深松。
[0075]具體的，如圖2和圖3所示，所述犁托500與本體100分別開有四個間距均勻的圓形 通孔101。犁托500與本體100之間通過銷釘卡套鑲嵌式連接。
[0076]較佳的是，所述犁托500和本體100采用高強度硼鋼制作。鋼板經過預定的熱處理 工藝，洛氏硬度為52HRC-62HRC。其中，犁托500鋼板厚度為15mm左右，本體100的鋼板厚度為 8mm 〇
[0077]更具體的，所述犁托500的前端與所述主體100相接。所述犁托500的后端與立柱 400及加強筋401相焊接。較佳的，所述立柱400可以通過鋼管切割、沖壓制造。與傳統的的鑄 鐵澆鑄件相比，簡化了犁體結構、制造工藝，又減輕了整體重量，具有良好的技術效果。 [0078]綜上所述，本發明所述的彎曲式深松犁，采用結構較為合理的空間工作曲面。通過 對深松部件的合理配置，既可以進行間隔深松，也可以進行全幅深松，實現了對不同地塊的 作業要求，同時具有三種深松部件的優點。
[0079] 所述的彎曲式深松犁具有延長深松部件的使用壽命，降低整機的橫向震動，提高 土壤破碎效果，增加有效深松體積，提高作業效率。
[0080] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及本發 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保 護范圍。
【主權項】
1. 一種彎曲式深松犁，包括與拖拉機懸掛式連接的固定犁架以及固定在固定犁架上的 若干彎曲式犁體，其特征在于，所述彎曲式犁體包括一工作曲面； 所述工作曲面通過前傾切土曲線和側傾抬土曲線疊加形成;所述前傾切土曲線與側傾 抬土曲線分別位于兩個相互垂直的平面內；前傾切土曲線沿三維坐標系的X軸方向正向拉 伸形成的曲面與側傾抬土曲線沿三維坐標系的Y軸方向正向拉伸形成的曲面在空間中相交 于第一曲線； 所述第一曲線沿所述Y軸方向負向延伸預定的寬度以形成所述工作曲面； 所述前傾切土曲線在三維坐標系中的曲線方程為： z = 4E07x4-0.0002x2-0.573x+16.73 ； 所述側傾抬土曲線在三維坐標系中的曲線方程為： z = lE-05y4-0·0002x2-12 · 357y+159·19。2. 根據權利要求1所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述彎曲式犁體包括:包括所述 工作曲面的本體、犁齒、連接臺、立柱以及犁托； 所述立柱通過犁托與本體連接，所述連接臺設置在立柱的一端，連接臺上設置有調節 定位孔，通過螺栓與所述固定犁架上;所述犁齒設置所述本體入土的一側。3. 根據權利要求2所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述犁托與本體分別開有四個間 距均勻的圓形通孔;通過銷釘卡套鑲嵌式連接。4. 根據權利要求2所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述犁托的前端與所述主體相 接，所述犁托后端與立柱相焊接。5. 根據權利要求2所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述立柱通過鋼管切割、沖壓制 造。6. 根據權利要求2所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述犁托和本體為硼鋼材質。7. 根據權利要求2所述的彎曲式深松犁，其特征在于，所述犁托的鋼板厚度為15mm，所 述本體的鋼板厚度為8mm。
【文檔編號】A01B13/08GK105960842SQ201610304202
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月7日
【發明人】張春燕, 許安定, 喬印虎, 楊杰
【申請人】安徽科技學院