CN104170551A - 整体式免耕播种开沟器 - Google Patents

Abstract

一种整体式免耕播种开沟器，采用由杠杆式仿形机构控制的沿地表滑行的固定式水平切刀，将地面外露的根茬及秸秆切断，通过分禾切刀导向开沟器两侧，在水平切刀的底部安装锄铲式开沟器，以便于在免耕硬茬地上破土和入土，并将地表以下的根茬切开，其后布置有立轴式破茬碎土装置，在高速旋转过程中打碎土壤中的根茬和碎土，形成种床，破茬碎土装置后面布置有深度不同的施肥开沟器和排种开沟器，以配合施肥和排种装置完成排肥和排种作业，最后由刮板式覆土器完成覆土作业。各工作部件由开沟器侧板封闭，避免了机件缠绕杂草和秸秆造成拥堵，影响机组的通过性。

Description

整体式免耕播种开沟器

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种适合于草籽、谷子、高粱、小麦、豆类、玉米等作物免耕播种作业的破茬开沟装置。

背景技术

根据保护性耕作的农业技术要求，在进行免耕播种作业时，开沟器不仅需要有良好的入土性能，而且要具有破茬、分草等功能，有利于创造良好的种床条件和提高机组作业的通过性。

一般免耕播种开沟器采用传统开沟器并附设防堵、破茬等装置，常见结构形式包括旋转式、直走式和组合式等。直走式开沟器有单圆盘开沟器、双圆盘开沟器、错开式双圆盘开沟器、锯齿式圆盘开沟器、尖角形开沟器等。前四种为固定圆盘类开沟器，开出的种床质量较好，但是入土性能差，不能有效保证破茬和开沟深度，为了增强其入土性能，大多采用增加结构重量来保证开沟深度，对牵引动力要求较高，成本较大；尖角开沟器结构简单，开沟动土量小，可以自动回土，入土性能较好，但通过性较差，拥堵、缠草问题较难解决，要求整地条件较高，当土壤较干板结时，容易翻出较大的整土块，破坏种沟，作业后地表平整度差，不适宜在秸秆和杂草较多的未耕地作业。旋转式开沟器主要以卧式旋耕刀为主，这种开沟器的入土性能不受秸秆量多少影响，可以开出质量较好的种床，但缺陷是覆土质量较差，不能有效保证出苗率。已有的组合开沟器主要是旋耕刀与尖角开沟器的组合，利用前置旋耕刀破茬性能和尖角开沟器的覆土性能，一定程度上提高了机具性能，但缺陷是不能将地表秸秆、杂草隔离，拥堵现象没有得到很好的解决，切碎的秸秆和根茬碎屑混入土内较多，影响种床质量，其仿形常为前置或后置，仿形不及时，易受地表秸秆影响，不能很好的保证开沟深度。

目前的免耕播种开沟器存在的主要问题表现在以下几方面。

1）地表秸秆覆盖量大，前茬作物根茬坚硬，极易造成作业过程中的拥堵，机组通过性差。

2）采用传统旋耕机加装开沟器进行作业，有利于地表秸秆处理，可以在一定程度上改善机组的通过性，但这种作业方式违背了免耕作业的思想，且动力消耗较大。

3）大多数对土坯扰动量较小的窄形免耕开沟器对土坯湿度要求较高，适应性差，难以形成良好的种床条件，且覆土困难，影响免耕作业效果。

4）在现有旋耕机上改造的条带式播种方式虽然可以有效改善上述缺陷，但机组结构相对复杂。

国外的免耕播种机均为大型机具，一般幅宽10m以上，前后距离10m以上，重量均在10t以上，配套动力147kw以上的拖拉机，工作性能稳定，工作质量较好，一般适应产量较低的秸秆覆盖地，总体上适合于中低产田，适应性差，主要是为一年一熟地区设计，不适合我国北方一年两熟地区使用。因此，进行免耕播种机开沟装置的创新与设计，对满足生产所需和提高机械化技术水平具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种整体式免耕播种开沟器，以较好地解决免耕播种开沟器的入土性、通过性、覆土性和种床条件差等技术问题，提高免耕播种机的综合性能。

本发明的整体式免耕播种开沟器是根据开沟器设计的有关理论，应用现代设计技术和手段设计出的一种新的开沟器结构型式，其采用固定式水平切刀，将地面外露的根茬及秸秆切断，并通过水平切刀上部的分禾切刀导向开沟器的两侧，在水平切刀的底部安装锄铲式开沟器，以便于在免耕硬茬地上破土和入土，并将地表以下的根茬切开，其后布置有立轴式破茬碎土装置，在高速旋转过程中打碎土壤中的根茬和碎土，同时形成种床，破茬碎土装置后面布置有深度不同的施肥开沟器和排种开沟器，以配合施肥和排种装置完成排肥和排种作业，最后由刮板式覆土器完成覆土作业。

本发明的整体式免耕播种开沟器具体包括有：

开沟器机架，所述开沟器机架由一个分禾切刀以及连接在分禾切刀两侧的分禾和封闭侧板构成，且所述分禾切刀与分禾和封闭侧板之间构成一个厢式工作空间，所述分禾切刀的前端为锥形，用于将地面切断的根茬及秸秆导向开沟器机架分禾和封闭侧板的两侧；

一个具有锥形前端的水平切刀，固定在开沟器机架上，分禾切刀的下端，贴近地表平面，在所述水平切刀的前端锥形两侧设有刀刃，用于沿地表滑行，将地面上外露的根茬和秸秆切断；

一个锄铲式开沟器，固定在开沟器机架上水平切刀的下方，伸入地表以下，用于将地表以下的根茬切开、土壤破块；

一个立轴式破茬碎土装置，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，锄铲式开沟器的后端，由动力装置和立式刀辊构成，所述立式刀辊的立轴与动力装置的动力输出轴连接，在立轴上设置有刀齿，用于高速旋转打碎土壤中的根茬和碎土；

一个由滑刀和固定于滑刀背部的输肥管构成的施肥开沟器，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，立轴式破茬碎土装置的后方，用于完成排肥作业；

一个由滑刀和固定于滑刀背部的排种管构成的排种开沟器，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，施肥开沟器的后方，用于完成排种作业；

一个刮板式覆土器，位于排种开沟器的后端，其前端铰接在开沟器机架的分禾和封闭侧板上，在所述刮板式覆土器与分禾和封闭侧板之间连接有拉簧，用于拉紧刮板式覆土器，保持与地面的接触；

一个仿形杠杆，在所述仿形杠杆的前端连接有前仿形轮，后端安装有用于镇压覆土的镇压轮，所述仿形杠杆的前部铰接在开沟器机架的分禾和封闭侧板上，用于支撑开沟器机架，并控制水平切刀贴近地表平面。

其中，优选地，所述分禾切刀前端锥形的锥顶角为28°。

本发明所述水平切刀前端锥形的锥顶角为30°，锥形两侧刀刃的刃宽20mm，刃口角20°。这样优化结构的水平切刀有利于将地表根茬切断，并使切断的根茬沿分禾和封闭侧板后移，防止机组作业时造成拥堵现象。

进而，本发明设计所述锄铲式开沟器的入土角为40°，并具有7°的隙角和15°的刃口角，这样可以将地表以下的根茬从中间切开，防止根茬缠堵，保证机组的通过性，为后置立轴破茬碎土装置创造良好的开沟条件。

本发明中，所述立式刀辊高速旋转切削土壤及根茬，形成矩形种床，为后续播种和施肥作业准备了条件。本发明在立式刀辊的立轴上每个断面布置有2把对称分布的刀齿，为使切削负荷尽可能均匀，刀齿沿立式刀辊立轴的轴线方向呈双头螺旋规律分布，螺旋角12o，为保证刀刃对土壤的滑切作用，所述刀齿的刀刃线为圆弧曲线。

本发明所述施肥开沟器和排种开沟器均为滑刀式开沟器，利用滑刀将立轴破茬碎土装置开出的沟槽底部的残留根茬碎块清理到两侧，所述滑刀的入土角优选为136°。

进一步地，本发明所述覆土器的后端内收并上翘，与地面成21.5°的夹角。

本发明所述的镇压轮为对开式V形镇压轮，V形角为146°。其同时也兼做后仿形轮，与前仿形轮配合，通过铰接的仿形杠杆支撑开沟器机架，实现仿形和限深功能。

本发明的整体式免耕播种开沟器同时具有秸秆切断、防止拥堵、硬地入土、根茬破碎、条带种床、化肥深施、种子排放、覆土镇压、地表仿形等多种功能，不仅适用于大量秸秆覆盖的免耕硬茬地作业，也适用于传统整地后的播种作业，可用于多种动力配套的播种机型，不受地形、土壤条件限制，通用性好。

本发明整体式免耕播种开沟器各工作部件除入土部分外，整体被两侧的分禾和封闭侧板封闭，处于相对封闭的环境中，避免了机件接触杂草和秸秆，缠绕秸秆杂草引起的拥堵现象，机组通过性好。

本发明采用前后轮支撑的杠杆式仿形机构，保证了水平切刀与地面贴合，沿地表滑行将地面上外露的根茬及秸秆切断，仿形效果好，同时也易于保证播种和施肥深度的一致性。

附图说明

图1是本发明整体式免耕播种开沟器的结构示意图。

图2是图1中开沟器机架部分的俯视结构示意图。

图3是水平切刀的结构示意图。

图4是图3的A-A视图。

图5是锄铲式开沟器的结构示意图。

图6是图5的俯视结构示意图。

图7是立式刀辊的结构示意图。

图8是立式刀辊上刀刃排列的结构示意图。

图9是刀齿沿立轴轴线方向的分布规律图。

图10是刀刃曲线上各点随其工作半径变化的力学分析图。

图11是刀齿滑切角                                                与刀刃工作半径的关系曲线图。

图12是施肥开沟器和排种开沟器的结构示意图。

图13是覆土器的结构示意图。

图14是图13的俯视结构示意图。

图15是杠杆式仿形机构的结构示意图。

图16是图15中镇压轮的结构示意图。

具体实施方式

整体式免耕播种开沟器的结构如图1所示，主要由开沟器机架1、水平切刀3、锄铲式开沟器4、立轴式破茬碎土装置5、施肥开沟器6、排种开沟器7、覆土器8、仿形杠杆9、前仿形轮2、镇压轮10等组成。

如图2所示，开沟器机架1是由分禾切刀11与两块分禾和封闭侧板12组成的焊接式结构。分禾切刀11采用厚度为25mm的钢板，前端分禾角28°。分禾和封闭侧板12采用厚度为3mm的钢板，焊接在分禾切刀11的后端，组成一个内宽为100mm的箱式工作空间13，锄铲式开沟器4、立轴式破茬碎土装置5、施肥开沟器6、排种开沟器7和覆土器8均设置在该箱式工作空间13内。

水平切刀3和锄铲式开沟器4分别通过两个定位销及M14螺栓与开沟器机架组成固定式连接。

其中水平切刀3的结构如图3所示，由厚度为10mm的钢板制成，图4为图3的A-A视图，体现了水平切刀3的刀刃结构，其刀刃的刃口角为20°，刃宽20mm，有利于将地表根茬切断。为使被切断的根茬能够沿分禾和封闭侧板12后移，设置水平切刀3的分禾角度为15°（两侧切刃的锥顶角为30°），该角度远远小于（其中为土壤或根茬与切刀之间的摩擦角，），满足根茬向后滑移的必要条件，保证切刀对土壤和残茬的滑切作用，同时刃口具有自锐性，防止机组作业时造成拥堵现象。

图5、图6为锄铲式开沟器4的结构图，锄铲式开沟器4采用厚度为25mm的铸钢制造，入土角，隙角，刃口角，通过两个定位销及M14螺栓与水平切刀3一体连接到开沟器机架1上，可以将地表以下根茬从中间切开，防止根茬的缠堵，保证机组的通过性，开沟深度200mm，为后置立轴破茬碎土装置5创造良好的开沟条件。

立轴式破茬碎土装置5布置在锄铲式开沟器4之后，与开沟器机架1通过位于开沟器机架1上部的法兰连接，由动力装置51和立式刀辊52构成。动力装置51由耕作机械动力传动系统驱动，工作转速700～1000r/min。立式刀辊52的结构如图7所示，其立轴521与动力装置51的动力输出轴511连接，在立轴521上设置有刀齿522，其工作直径90mm，由动力装置51驱动，随立轴521高速旋转，用于切削打碎土壤中的根茬和碎土，同时形成一条宽度为90mm的矩形条带种床，为后续播种和施肥作业准备条件。

刀齿522的结构如图8所示，其刀刃线采用圆弧曲线，以保证刀齿522对土壤的滑切作用，防止土壤和杂草缠绕在立式刀辊52上，刀刃线上各点的滑切角均应大于土壤与钢材的摩擦角。

图9反映了刀齿522沿立轴521轴线方向的分布规律。在立轴521的每个断面上布置2把对称分布的刀齿522，为使切削负荷尽可能均匀，刀齿沿立轴轴线方向呈双头螺旋规律分布，螺旋角12o，刀刃厚度5mm，轴向间隔距离为20mm，在200mm长度的立轴上分布有22把刀齿。

图10中，以刀刃曲线上任意点D（被切物料）为研究对象，物料受到垂直于刀刃切线方向的正压力N和摩擦力F的作用，将N分解为沿切线方向的分力T和沿速度方向的分力Q。实现滑切的条件是：，即，其中为滑切角，为土壤与钢材之间的摩擦角，一般。

根据几何关系：

式中：ρ—刀刃曲线曲率半径（mm），根据设计结果；

      R—刀刃曲线曲率中心至刀轴中心的距离（mm），；

      R _i —刀刃上选定点的工作半径（mm），。

图11则反映了刀刃曲线上各点随其工作半径的变化规律。可见，当R _i =15mm时，，R _i =45mm时，，R _i =26mm时，，达到最小值。刀刃曲线上各点均满足滑切要求。

位于立轴式破茬碎土装置5后部的施肥开沟器6和排种开沟器7分别通过螺栓连接，与开沟器机架1组成上下位置可调的固定连接。图12为施肥开沟器6和排种开沟器7的结构图，均为滑刀式开沟器，入土角136°，利用滑刀61在立轴破茬碎土装置5所开出的沟槽底部，将残留的根茬碎块清理到两侧，其施肥深度80～150mm，播种深度30～80mm，可以满足一般中耕作物播种的农业技术要求，并实现肥料侧向深施，有利于提高肥料的利用率。

覆土器8采用刮板式，并与开沟器机架1铰接，通过拉簧保持与地面的接触，完成覆土作业。图13、图14为覆土器的结构图，刮板式覆土器由5mm厚钢板制成，两板间夹角50°，后开口宽50mm，与地面夹角21.5°，通过高度25mm，其前端通过销轴81铰接到分禾和封闭侧板12上，并与分禾和封闭侧板12之间通过拉簧连接，提供覆土作用力，以有效保证覆土量。

图15为由仿形杠杆9、前仿形轮2和镇压轮10组成的杠杆式仿形机构的结构图。前仿形轮2和镇压轮10安装在仿形杠杆9上，通过仿形杠杆9支撑开沟器机架1。前仿形轮2与镇压轮10的轮距1000mm，安装高度可调。仿形杠杆9通过销轴91铰接在开沟器机架1上，铰接点与前仿形轮2的水平距离为257mm，所形成的杠杆式仿形机构可以实现仿形和限深的作用。

其中的镇压轮9如图16所示，为对开式V形镇压轮，轮体直径300mm，轮宽39mm，V形角146°，安装在仿形杠杆9上，兼做后仿形轮，可通过调节在仿形杠杆9上的安装位置，调节镇压高度。

上述整体式免耕播种开沟器采用由杠杆式仿形机构控制的，沿地表滑行的水平切刀将地面上外露的根茬及秸秆切断，以地表为界分割为两部分分别处理。地表上的秸秆和杂草通过锥形的分禾切刀导向开沟器两侧。地表下的根茬和土壤通过锄铲式开沟器进行破土和入土，并由其后的立轴式破茬碎土装置通过动力驱动高速旋转，完成破茬和碎土，形成宽度为90mm的条带式松软种床。在此种床内，由施肥开沟器、排种开沟器、刮板式覆土器和V型镇压轮完成播种和施肥作业。各工作部件由开沟器上分禾和封闭侧板封闭，避免了机件缠绕杂草和秸秆造成拥堵，影响机组的通过性。

Claims (9)

1.一种整体式免耕播种开沟器，包括有：

开沟器机架，所述开沟器机架由一个分禾切刀以及连接在分禾切刀两侧的分禾和封闭侧板构成，且所述分禾切刀与分禾和封闭侧板之间构成一个厢式工作空间，所述分禾切刀的前端为锥形，用于将地面切断的根茬及秸秆导向开沟器机架分禾和封闭侧板的两侧；

一个具有锥形前端的水平切刀，固定在开沟器机架上，分禾切刀的下端，贴近地表平面，在所述水平切刀的前端锥形两侧设有刀刃，用于沿地表滑行，将地面上外露的根茬和秸秆切断；

一个锄铲式开沟器，固定在开沟器机架上水平切刀的下方，伸入地表以下，用于将地表以下的根茬切开、土壤破块；

一个立轴式破茬碎土装置，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，锄铲式开沟器的后端，由动力装置和立式刀辊构成，所述立式刀辊的立轴与动力装置的动力输出轴连接，在立轴上设置有刀齿，用于高速旋转打碎土壤中的根茬和碎土；

一个由滑刀和固定于滑刀背部的输肥管构成的施肥开沟器，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，立轴式破茬碎土装置的后方，用于完成排肥作业；

一个由滑刀和固定于滑刀背部的排种管构成的排种开沟器，固定在分禾和封闭侧板之间的厢式工作空间内，施肥开沟器的后方，用于完成排种作业；

一个刮板式覆土器，位于排种开沟器的后端，其前端铰接在开沟器机架的分禾和封闭侧板上，在所述刮板式覆土器与分禾和封闭侧板之间连接有拉簧，用于拉紧刮板式覆土器接触地表；

一个仿形杠杆，在所述仿形杠杆的前端连接有前仿形轮，后端安装有用于镇压覆土的镇压轮，所述仿形杠杆的前部铰接在开沟器机架的分禾和封闭侧板上，用于支撑开沟器机架，并控制水平切刀贴近地表平面。

2.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述分禾切刀前端锥形的锥顶角为28°。

3.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述水平切刀前端锥形的锥顶角为30°，所述锥形两侧刀刃的刃宽20mm，刃口角20°。

4.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述锄铲式开沟器的入土角40°，隙角7°，刃口角15°。

5.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是在所述立式刀辊的立轴上每个断面布置有2把对称分布的刀齿，所述刀齿沿立式刀辊立轴的轴线方向呈双头螺旋规律分布，螺旋角12o，所述刀齿的刀刃线为圆弧曲线。

6.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述施肥开沟器和排种开沟器上滑刀的入土角为136°。

7.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述覆土器的后端内收并上翘。

8.根据权利要求7所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述覆土器的后端上翘后与地面的夹角为21.5°。

9.根据权利要求1所述的整体式免耕播种开沟器，其特征是所述的镇压轮为对开式V形镇压轮，其V形角为146°。