CN102487611A - 复合式减阻深松铲 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业耕整地作业机械领域的一种复合式减阻深松铲，由铲柄和通过螺栓连接在铲柄上的复合形铲尖组成，铲柄由自上而下的机架连接段(H₁)、倾斜工作段(H₂)、仿形工作段(BC，DE)和铲尖连接段(L)构成；其特征是所述铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角(α)为20°～23°；所述倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角(β)为22°～35°；仿形工作段内准线(BC)和外准线(DE)是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：

该深松铲与市场上现有的深松铲相比，特别是在深松深度在200mm至400mm范围时，工作阻力相比降低6％～12％，具有适应深松深度范围广，有利于节约能源消耗。

Description

复合式减阻深松铲

技术领域

本发明涉及农业耕整地作业机械领域的一种深松铲。

背景技术

深松技术是重要的农业保护性耕作技术之一，在国内外已得到了广泛应用，并在农业生产中发挥越来越重要的作用，为农业可持续发展提供了一项技术保障。但传统的深松机具的能耗较大，特别是随着深松深度和机器前进速度的增加机具牵引阻力显著增大，需要大功率拖拉机牵引才能实施作业，因此减少深松机耕作阻力，对于节约能耗具有重要的意义。深松铲是深松机具上实现疏松土壤，打破犁底层，不翻转土壤的保护性耕作机具，主要由深松铲柄和铲尖组成，由于深松铲的切土、破碎和松动土壤的过程是同时进行的，其结构形状对深松机具的土壤耕作阻力影响很大。

现有的“仿生减阻深松铲柄”是通过模仿某些土壤动物的爪趾结构形态，经等比例放大设计出的一种比传统深松铲柄具有减阻效果的曲线结构。其曲线是用与耕深有关的多项式方程制得的曲线，因此，当耕深发生变化时，对应的铲柄结构参数将随之改变，产生一个耕深要求对应一个铲柄现象。另外，由于土壤动物是通过爪趾的刨、钩、抓等动作将土壤切碎、运走，而深松机具通常是通过深松铲的移动进行作业，与土壤动物爪趾的运动不同。因此，除了模仿爪趾的结构形态，还要考虑作业时的姿势及适应的深松深度。

深松铲尖是深松铲重要组成部分，现有的深松铲尖主要有凿形、箭形和双翼形，铲尖结构对入土性能、松土范围和耕作阻力也具有较大的影响。特别是用深松铲进行深松作业时铲尖处的土壤坚实度较高，耕作阻力也较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种新型结构的耕作阻力小、适应深松深度大的通用型复合式减阻深松铲。

本发明复合式减阻深松铲，如图1所示，它包括一个铲柄1，一个通过螺栓2连接在铲柄上的复合形铲尖3。所述的铲柄部分如图4所示，由自上而下的机架连接段H₁、倾斜工作段H₂、仿形工作段BC、DE和铲尖连接段L组成，内准线的前部刃角

为50°～60°，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行。所述铲尖连接段L的铲尖安装平面与水平面夹角α为20°～23°；倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角β为22°～35°(一般取22°)，在工作时铲柄对土垡产生轻微的抬升作用，减少了深松铲对土壤的挤压；仿形工作段模仿土壤动物爪趾轮廓形态，并控制其作业姿势，使仿形工作段内准线BC和外准线DE是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：

$y_1=0.00000116x_1^4+{0.000579x}_1^3+0.100583x_1^2+7.85075x_1$

$y_2=0.00016x_2^3+0.01783x_2^2+0.949{1x}_2-239.00$

式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x₁≤0和-55.686≤x₂≤74.9954。

所述的复合形铲尖如图5和图6所示，上端面后部为矩形、前部刃线mnp是一对称圆弧线组成。其铲尖楔角γ为19°-20°，前部刃角θ为50°～60°(一般取60°)，刃线mnp是按如下方程式制得的曲线：

$y_3=\±[\sqrt{R^2-{(\frac{\sqrt{3}}{2}R-x_3)}^2}-\frac{1}{2}R]$

式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向后端，Y轴正向向上，x取值范围满足

R取值范围满足H₃≤R≤1.5H₃、H₃为铲尖宽度。

本发明的有益效果是：通过控制以上结构参数实现减少深松铲作业时土壤耕作阻力的效果。具体表现在：倾斜工作段在工作时铲柄对土垡产生轻微的抬升作用，减少了深松铲对土壤的挤压，降低了耕作阻力；仿形工作段具有减粘降阻效果；复合形铲尖具有良好的入土性能、耕作阻力小。研究表明，使用该深松铲与市场上现有的其他类型(深松铲柄采用直线、折线或圆弧过渡型，深松铲尖采用凿形、箭形和双翼形)深松铲相比，特别是在深松深度在200mm至400mm范围时，工作阻力相比降低6％～12％，具有适应深松深度范围广，有利于节约能源消耗。

附图说明

图1是复合式深松铲结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图2中所示A-A向剖面视图；

图4是铲柄结构示意图；

图5是铲尖结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是图6所示f-f向剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1至图4，复合式减阻深松铲由一个铲柄1，一个通过螺栓2连接在铲柄1上的复合形铲尖3组成。铲柄1由自上而下的机架连接段、倾斜工作段、仿形工作段和铲尖连接段组成。内准线的前部刃角

为50°～60°，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行。其特点是：铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角α为20°～23°；倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角β为22°～35°；仿形工作段内准线BC和外准线DE是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：

$y_1=0.00000116x_1^4+{0.000579x}_1^3+0.100583x_1^2+7.85075x_1$

$y_2=0.00016x_2^3+0.01783x_2^2+0.949{1x}_2-239.00$

式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x₁≤0和-55.686≤x₂≤74.9954。

铲柄采用不低于GB/T 700规定的Q275钢制造，铲柄宽度L₂和厚度σ的取值范围分别是72～80mm和28～35mm，按照机架结构的安装要求设计连接孔或卡具。机架连接段H₁和倾斜工作段H₂的结构尺寸范围分别是250～260mm和100～120mm。铲尖连接段L和螺栓孔位L₁的取值分别是82～85mm和40mm。

由内准线BC方程：

求得BC段的x₁、y₁坐标(单位：mm)计算列表如下：

x1	0	-10	-20	-30	-40	-50
							y1	0	-69.0166	-121.228	-159.6912	-187.184	-206.205
x1	-60	-70	-80	-90	-97.64
							y1	-218.977	-227.441	-233.263	-237.829	-241.168

由外准线DE方程：

确定外准线DE的x₂、y₂坐标(单位：mm)计算列表如下：

x2	-55.686	-40	-30	-20	-10	0	10
								y2	-264.191	-258.676	-255.746	-252.13	-246.868	-239	-227.566
x2	20	30	40	50	60	70	74.9954
								y2	-211.606	-190.16	-162.268	-126.97	-83.306	-30.316	-0.05284

如图5至图7所示，复合形铲尖2上端面后部为矩形、前部刃线mnp是由一对称圆弧线组成，铲尖楔角γ为19°-20°，前部刃角θ为50°～60°(一般取60°)，刃线mnp是按如下方程式制得的曲线：

$y_3=\±[\sqrt{R^2-{(\frac{\sqrt{3}}{2}R-x_3)}^2}-\frac{1}{2}R]$

式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向后端，Y轴正向向上，x取值范围满足

R取值范围满足H₃≤R≤1.5H₃、H₃为铲尖宽度。

深松铲尖采用GB/T 711规定的65锰钢制造。铲尖宽度H₃和厚度H₄的取值范围分别是40～60mm和10～15mm。铲尖长度L₃的取值范围是165～175mm，螺栓孔位L₁的取值为40mm。

Claims (2)

1.一种复合式减阻深松铲，由铲柄(1)和通过螺栓(2)连接在铲柄(1)上的复合形铲尖(3)组成；所述的铲柄由自上而下的机架连接段(H₁)、倾斜工作段(H₂)、仿形工作段(BC，DE)和铲尖连接段(L)构成，内准线(BC)的前部刃角为50°～60°，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线(BC)平行，其特征在于：所述铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角(α)为20°～23°；所述倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角(β)为22°～35°；仿形工作段内准线(BC)和外准线(DE)是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：

$y_1=0.00000116x_1^4+{0.000579x}_1^3+0.100583x_1^2+7.85075x_1$

$y_2=0.00016x_2^3+0.01783x_2^2+0.949{1x}_2-239.00$

式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x₁≤0和-55.686≤x₂≤74.9954。

2.根据权利要求1所述的一种复合式减阻深松铲，其特征在于：所述的复合形铲尖(3)上端面后部为矩形、前部刃线(mnp)是一对称圆弧线组成，其铲尖楔角(γ)为19°-20°，前部刃角(θ)为50°～60°，前部刃线(mnp)是按如下方程式制得的曲线：

$y_3=\±[\sqrt{R^2-{(\frac{\sqrt{3}}{2}R-x_3)}^2}-\frac{1}{2}R]$

式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向后端，Y轴正向向上，x取值范围满足

R取值范围满足H₃≤R≤1.5H₃、H₃为铲尖宽度。

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