CN102282921A - 后掠式弧形深松铲柄 - Google Patents

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Abstract

一种后掠式弧形深松铲柄，本发明属于农业机械领域，涉及对深松铲柄的改进。本发明的目的是通过对铲柄结构的改变，从而减少在农业深松过程中阻力的后掠式弧形深松铲柄。本发明铲柄分为固定深松铲柄作用的上部分、破土和起土作用的下部分、铲尖部分三部分组成，破土和起土作用的下部分相对于固定深松铲柄作用的上部分垂直状态向后弯曲成圆弧状，形成后掠方式，上部垂直部分左边垂直线与下部圆弧部分的上边切线形成的后掠角，下部分连接的铲尖部分入土角不变，下部分的圆弧状内侧是切削减阻作用的刀刃形状。本发明制造工艺简单，耕深调节范围大，能起到明显的压土效果，减小牵引阻力，强度大，工作稳定，装卸方便。

Description

后掠式弧形深松铲柄
技术领域
本发明属于农业机械领域，涉及对深松铲柄的改进。
背景技术
深松是保护性耕作关键技术之一，深松机是完成深松耕作的机具。深松铲是完成深松的主要工作部件，它由深松铲柄和铲尖组成。在有效深松深度内，深松铲对土壤进行切削，松动耕层土壤，打破犁底层，达到调节土壤“三相”比例、增强土壤的透水性，提高土壤抗旱抗灾能力和改良土壤的作用。因此，深松作业是一种非常适合北方旱田的蓄水保墒的耕作方法。目前国内深松机种类繁多，机器保有量也在逐年增加，但机器的性能差异较大。
深松机普遍存在的最大问题是深松阻力过大，导致机架变形、深松铲弯曲失效、连接装置断裂、燃油消耗过大和深松成本过大。深松机普遍存在的第二个问题是深松造成土壤上部侧向位移大，有可能造成土壤水分蒸发过快。
发明内容
本发明的目的是通过对铲柄结构的改变，从而减少在农业深松过程中阻力的后掠式弧形深松铲柄。
本发明铲柄分为固定深松铲柄作用的上部分、破土和起土作用的下部分、铲尖部分三部分组成，破土和起土作用的下部分相对于固定深松铲柄作用的上部分垂直状态向后弯曲成圆弧状，形成后掠方式，上部垂直部分左边垂直线与下部圆弧部分的上边切线形成的后掠角，下部分连接的铲尖部分入土角不变，下部分的圆弧状内侧是切削减阻作用的刀刃形状。
本发明破土和起土作用的下部分的参数为：后掠角30o～60o，圆弧半径200mm～300mm，最大深松深度400mm。
本发明制造工艺简单，耕深调节范围大，能起到明显的压土效果，减小牵引阻力，强度大，工作稳定，装卸方便，同时减小横向空间。圆弧部分设计出刀刃形状具有切削减阻作用，同时圆弧上部的滑切和压土作用，对大块土壤泛起起到明显的压制作用，具有水平阻力小和竖直阻力小等优于国家标准深松铲的性能。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明深度为300mm、作业速度                                                
Figure 962383DEST_PATH_IMAGE001
情况下，七种铲柄水平方向受力情况；
图3是本发明深度为300mm、作业速度
Figure 879524DEST_PATH_IMAGE001
情况下，七种铲柄竖直方向受力情况；
图4是本发明深度为400mm、作业速度情况下，七种铲柄水平方向受力情况；
图5是本发明深度为400mm、作业速度情况下，七种铲柄竖直方向受力情况；
图6是本发明中后掠角对水平阻力影响图；
图7是本发明中圆弧半径对水平阻力影响图；
图8是本发明中深松深度对水平阻力影响图；
图9是本发明中后掠角对竖直阻力影响图；
图10是本发明中圆弧半径对竖直阻力影响图；
图11是本发明中深松深度对竖直阻力影响图。
具体实施方式
本发明铲柄分为固定深松铲柄作用的上部分1、破土和起土作用的下部分3、铲尖部分4三部分组成，破土和起土作用的下部分相对于固定深松铲柄作用的上部分垂直状态向后弯曲成圆弧状，形成后掠方式，上部垂直部分左边垂直线与下部圆弧部分的上边切线形成的后掠角，下部分连接的铲尖部分入土角不变，下部分的圆弧状内侧是切削减阻作用的刀刃形状2。
本发明破土和起土作用的下部分的参数为：后掠角30o～60o，圆弧半径200mm～300mm，最大深松深度400mm。
以下结合附图对本发明做详细的描述：
本发明由上部垂直部分（具有固定深松铲柄作用）、下部圆弧部分（具有破土和起土作用，能够减少深松阻力）和铲尖固定部分（保证入土角，具有入土作用）三部分组成。把下部圆弧部分后掠，与上部垂直部分和铲尖固定部分（入土角不变，结构与国家标准深松铲尖部分相同）相接，这样就形成了后掠圆弧型深松铲柄。如图1所示后掠圆弧型深松铲结构，上部垂直部分左边垂直线与下部圆弧部分的上边切线形成的后掠角
Figure 993476DEST_PATH_IMAGE002
，圆弧部分半径
Figure 815939DEST_PATH_IMAGE003
，铲尖入土角
Figure 145289DEST_PATH_IMAGE004
，深松深度
Figure 344189DEST_PATH_IMAGE005
。因此，只要结构参数
Figure 573920DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 567284DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 383930DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 120942DEST_PATH_IMAGE005
已知，就可以设计出后掠圆弧型深松铲柄。一般入土角是固定的，此角已经通过试验得到了一个固定值。圆弧部分设计出刀刃形状具有切削减阻作用，同时上部圆弧滑切和压土作用和下部起土减阻作用形成了优于国家标准深松铲性能的可能性。国家标准深松铲柄可以看成为后掠角
Figure 136488DEST_PATH_IMAGE006
的后掠圆弧型深松铲。
1）
Figure 440431DEST_PATH_IMAGE007
后掠圆弧型深松铲柄试验
根据中国北方旱作土壤的犁底层在耕深300mm以内，深松深度应逐步加深，以及大田作物有用生长深度的具体情况，试验深松深度选在400mm以内。通过计算机仿真设计，
Figure 715554DEST_PATH_IMAGE007
圆弧在400mm深松深度内结构比较合理。在400mm设计深松深度下，设计，后掠角
Figure 257973DEST_PATH_IMAGE008
七种深松铲柄（代号分别为1、2、3、4、5、6、7）。在正常机具作业速度
Figure 986895DEST_PATH_IMAGE001
情况下，在300mm、400mm两种深松深度下，做深松阻力测试试验。
试验在吉林大学农机试验室土槽实验场地进行。运用八角环传感器对后掠圆弧形深松铲水平方向、竖直方向受力进行数据采集，每组试验进行了重复试验，确保了试验准确性。试图通过试验，与国家标准深松铲柄进行深松阻力对比，并找到合理后掠圆弧深松铲柄的参数范围。
试验结果如下：
由图2～5可见：
Figure 128026DEST_PATH_IMAGE009
同一后掠角度下，水平阻力和竖直阻力随深松深度增加而增大；
Figure 626004DEST_PATH_IMAGE010
同一深松深度下，水平阻力和竖直阻力随后掠角度增大而减小，同时也看到后掠角
Figure 459967DEST_PATH_IMAGE011
时竖直阻力变化范围很小。因此，有理由相信，后掠型深松铲柄比国家标准深松铲柄省力。省力原因应该是后掠圆弧上部的滑切起作用。也正是因为上部的压土作用，使得竖直阻力在
Figure 410606DEST_PATH_IMAGE011
时变化范围减小。二者综合作用产生了优于国家标准深松的性能。
2）后掠角、深松深度、圆弧半径正交试验
后掠圆弧上部的滑切和压土作用也应该有一定的适用范围和规律，因此，进行了后掠角、深松深度、圆弧半径正交试验。试验以后掠圆弧型深松铲柄的水平阻力为试验指标，选取深松铲柄的后掠角度
Figure 355428DEST_PATH_IMAGE002
、圆弧半径
Figure 707912DEST_PATH_IMAGE003
和深松深度为试验因素，每个因素选取3个水平，表1为试验因素水平表。根据试验因素水平选取了
Figure 234750DEST_PATH_IMAGE012
正交表，作为试验方案表。
表1试验因素水平表
表2为正交试验水平阻力结果分析
 
Figure 155618DEST_PATH_IMAGE016
表3为正交试验竖直阻力结果分析
Figure 628188DEST_PATH_IMAGE018
图6、图7、图8列出了后掠角、圆弧半径、深松深度对水平阻力影响的试验结果。
Figure 803954DEST_PATH_IMAGE009
深松铲水平阻力随着后掠角的增大而稍有增大。
Figure 729185DEST_PATH_IMAGE010
深松铲水平阻力随着圆弧半径的增加而稍有减小。
Figure 15810DEST_PATH_IMAGE019
深松铲水平阻力随着深松深度的增加而明显增大。
 因此，对后掠圆弧型深松铲水平阻力影响的因素组合为C1A3B3，即后掠角为500，圆弧半径为200mm，深松深度为200 mm时水平阻力最小。其中在置信度为75%时，可认为在深松作业中耕作深度影响最大。说明试验参数范围内，后掠角和圆弧半径影响水平阻力不明显。
图9、图10、图11列出了各试验因素对竖直阻力影响的试验结果。
Figure 77307DEST_PATH_IMAGE009
深松铲竖直阻力随着后掠角的增大而稍有增大。
Figure 925439DEST_PATH_IMAGE010
深松铲竖直阻力随着圆弧半径的增大而增大。深松铲竖直阻力随着深松深度的增加而稍有减小。
因此，对深松铲竖直阻力影响的因素组合为B1C3A3，即后掠角为500，圆弧半径为150mm，深松深度为400 mm时竖直阻力最小。其中在置信度为75%时，可认为在深松作业中圆弧半径影响最大。说明试验参数范围内，深松深度和后掠角影响竖直阻力不明显。
正交试验中，竖直阻力比水平阻力小得很多，可考虑影响水平阻力的因素是主要的。水平阻力随着后掠角增大而稍有增大，结合
Figure 428282DEST_PATH_IMAGE007
试验结论（水平阻力随着后掠角增大而减小，并且后掠角
Figure 609865DEST_PATH_IMAGE011
时竖直阻力变化范围很小），可以认为：后掠角在
Figure 861854DEST_PATH_IMAGE020
范围内，后掠圆弧型深松铲水平阻力小，且明显优于国家标准深松铲性能。正交试验中，水平阻力随圆弧半径增大而稍有减小，可以认为：圆弧半径在范围内，存在水平阻力小的圆弧型深松铲。
综上所述，可以认为后掠圆弧型深松铲柄最优性能的四个参数为：
后掠角
Figure 390105DEST_PATH_IMAGE020
，
圆弧半径，
最大深松深度400mm,
入土角。

Claims (2)

1.一种后掠式弧形深松铲柄，其特征在于：铲柄分为固定深松铲柄作用的上部分、破土和起土作用的下部分、铲尖部分三部分组成，破土和起土作用的下部分相对于固定深松铲柄作用的上部分垂直状态向后弯曲成圆弧状，形成后掠方式，上部垂直部分左边垂直线与下部圆弧部分的上边切线形成的后掠角，下部分连接的铲尖部分入土角不变，下部分的圆弧状内侧是切削减阻作用的刀刃形状。
2.根据权利要求1所述的后掠式弧形深松铲柄，其特征在于：破土和起土作用的下部分的参数为：后掠角30o～60o，圆弧半径200mm～300mm，最大深松深度400mm。
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