CN105165187B - 仿生曲面圆盘施肥开沟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，包括安装架、一号曲面圆盘和二号曲面圆盘，一号曲面圆盘和二号曲面圆盘分别轴接在安装架两侧，且两曲面圆盘相互倾斜并成角度交错安装；一号曲面圆盘和二号曲面圆盘结构相同；一号曲面圆盘由多个结构相同的曲面扇形单体组成，每个曲面扇形单体之间紧密连接，曲面扇形单体外缘为齿形结构。本发明盘面采用了仿生曲面结构，模拟动物爪趾形状特点，提高入土性能，降低丢转率，增强破茬与碎土能力，盘面内部采用环状尼龙填充，破坏盘面与土壤接触的水膜结构，不粘附土壤，增强开沟器通过性。

Description

仿生曲面圆盘施肥开沟器

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种仿生曲面圆盘施肥开沟器。

背景技术

开沟器的作用是在整好的田地上开出种沟或肥沟，并将种子或肥料导入沟内，其作用对播种质量和种子发芽具有很大影响。开沟器分为移动式和滚动式两类，根据入土角的大小不同，移动式开沟器分为锐角及钝角式开沟器，锐角开沟器靠器尖刺入土壤，入土能力强。钝角开沟器靠器刃楔入土壤，并靠重量入土，开沟深度比较稳定。锐角式开沟器在开沟时有将土壤升起的作用，将下层湿土翻起并使干湿土壤搅混，不利于保墒，而钝角式开沟器保墒能力较好。开沟器侧边常作成斜线，使下层湿土先塌落到种沟内盖种。

单圆盘开沟器的工作部件是一个球面圆盘，圆盘偏角为3～8°。其开沟原理与圆盘耙片相同。在圆盘凸面一侧，有输种管将种子导入种沟内。当圆盘偏角大、输种管前装有刮土板时，播后苗幅较宽；否则苗幅窄。球面圆盘曲率半径通常为650毫米，圆盘直径为350毫米。开沟深度用改变弹簧压力调整。与双圆盘开沟器相比，单圆盘开沟器重量较轻，入土能力强，对整地不良、潮湿土壤的适应性好，使用调整也比较方便。但是播深一致性较差，开沟时上下土层搅混，不利保墒，有干土覆盖种子现象，不利种子发芽。

芯铧式开沟器是由耙芯子演变来的，是一种锐角开沟器。工作时，芯铧水平刃切开土壤，土壤逐渐沿曲面上升，然后向两侧推移，侧板使土壤继续分开，种子从开沟器两侧间落入沟内，当侧板通过后，土壤落入沟内覆盖种子。芯铧式开沟器的优点是开沟宽、沟底平整、苗幅宽，适用于垄作地区使用，缺点是阻力大，覆土比较困难。

滑刀式开沟器以钝角入土，利用后部的两块侧板使土壤两侧推移而形成种沟。种子从两侧板之间落入沟底。两侧板后端的斜边能使湿土先落入沟内覆盖种子。有时也用滑刀式开沟器施底肥和种肥，在进行精密播种时，为了防止开沟器施肥后形成V型沟，出现种子下落后产生四处跌落，造成种子株距不准确的现象，在开沟器后面加装三角刮板，整理出理想的种床，使播种准确。

双圆盘开沟器工作部件是两个平面圆盘，相互倾斜并相交于一点。工作时在土壤反力作用下，圆盘及圆盘毂在内外锥体所形成的V形槽内转动，转动副用润滑脂润滑。双圆盘开沟器靠重量和弹簧压力入土，改变弹簧压力可调整开沟深度。开沟器用两个旋转的平面圆盘切开土壤，并将土壤向两侧推挤而形成种沟。输种管将种子导入种沟，然后靠沟壁塌下的土壤覆土。开沟时不搅乱土层，且能用下层湿土覆盖种子。圆盘旋转，能切断植物根茎，防止挂草壅土。还可以用刮土板刮去粘附在圆盘上的泥土，所以双圆盘开沟器的适应性比较好，工作可靠，在整地不很细、有作物根茬和杂草以及土壤比较潮湿时均能使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，与现有双圆盘开沟器相比，盘面采用了仿生曲面结构，模拟动物爪趾形状特点，提高入土性能，降低丢转率，增强破茬与碎土能力。盘面内部采用环状尼龙填充，破坏盘面与土壤接触的水膜结构，不粘附土壤，增强开沟器通过性。

本发明是通过以下方案实现的：

一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，包括安装架、一号曲面圆盘和二号曲面圆盘，所述一号曲面圆盘和二号曲面圆盘分别轴接在安装架两侧，且两曲面圆盘相互倾斜并成角度交错安装；一号曲面圆盘和二号曲面圆盘结构相同；一号曲面圆盘采用冲压成型，其由多个结构相同的曲面扇形单体组成，每个曲面扇形单体之间紧密连接，曲面扇形单体外缘为齿形结构。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，每个所述曲面扇形单体外缘的齿形结构平均阵列有多个齿形单体结构，齿形单体结构的齿形高度H＝7～15mm，齿厚T＝2.5～4.5mm。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，曲面圆盘边缘曲线为仿动物爪趾结构，其曲线方程为：

其中，-495≤x≤0，-160≤y≤232，0≤z≤80。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，曲面扇形单体外缘的齿形结构上喷涂有耐磨材料。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，曲面圆盘内侧面设有多个环形凹槽，每个环形凹槽内填充有尼龙材料。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，还包括一号固定板、一号轴承室、一号轴、一号轴套、二号轴套、二号轴、二号轴承室、二号固定板，一号固定板两面分别与所述一号曲面圆盘和一号轴承室螺栓连接，一号轴承室内安装有轴承，一号轴一端与轴承过盈配合，另一端与一号轴套通过紧固螺母限位固定；一号轴套与二号轴套均焊接固定在安装架上；二号固定板两面分别与二号曲面圆盘和二号轴承室螺栓连接，二号轴一端与轴承过盈配合，另一端与二号轴套通过紧固螺栓限位固定。

所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其中，一号轴套一端为40°斜面，斜面固接在安装架的下端；所述二号轴套一端为20°斜面，斜面固定在安装架的下端；一号轴套和二号轴套上均开有限位孔，采用紧固螺栓通过限位孔对一号轴和二号轴进行限位固定。

本发明与现有技术相比有益的效果是：

1、开沟阻力小。设计了空间曲面结构，与传统平面圆盘结构相比，作业时，均布的6片仿生曲面扇形单体依次滑切入土，减小入土阻力，圆盘边缘仿生爪趾结构防止开沟器丢转现象发生，保证滑切入土的稳定性。

2、切茬性能良好。由于圆盘外侧曲线采用了仿鼹鼠、犰狳等动物的爪趾曲线，通过优化曲线方程，在留茬地表工作时，仍能保证良好的工作状态，工作时双曲面圆盘交错切割残茬，同时保证了开沟与切茬效果。

3、碎土性能优异。普通双圆盘开沟器在工作过程中，两平面圆盘切开土壤后，将土壤向两侧挤推并压实，在肥料导入肥沟并覆土后，很容易形成空气穴，影响施肥效果。而所设计的单元曲面结构，工作过程中不会对土壤持续的压实，开沟过程中圆盘边缘持续碎土，保证了塌下的土壤对肥料的覆土效果。

4、不夹土、通过性强。圆盘整体采用冲压工艺制成，保证每个单元曲面连接处对接整齐，外侧曲线采用耐磨材料喷涂，延长了圆盘的使用寿命，保证开沟性能和切茬强度，圆盘主体部分减黏脱附材料喷涂，保证开沟阻力小，防止粘土、兜土现象产生。

5、减黏脱附效果好，不兜土。仿生曲面圆盘开沟器的内侧采用了均布的圆环凹槽结构，凹槽内部采用尼龙材料填充，在与土壤的接触过程中，尼龙起到润滑作用，破坏了接触面水膜的连续性，土壤不易黏附在圆盘内侧，避免作业过程中兜土现象产生。

附图说明

图1是仿生曲面圆盘施肥开沟器的轴测图

图2是仿生曲面圆盘施肥开沟器的工作时背对前进方向的主视图

图3是仿生曲面圆盘施肥开沟器的俯视图

图4是仿生曲面圆盘的主视图

图5是仿生曲面圆盘齿形结构轴测图。

图6是仿生曲面圆盘齿形结构正视图。

图7是仿生曲面圆盘齿形结构参数示意图。

图8是曲面圆盘内侧结构示意图

图9是一号曲面圆盘结构示意图

图10是二号曲面圆盘结构示意图

图11是一号轴套结构轴测图

图12是二号轴套结构轴测图

图中：

1、安装架，2、一号曲面圆盘，3、一号固定板，4、一号轴承室，5、一号轴，6、一号轴套，7、二号轴套，8、二号轴，9、二号轴承室，10、二号固定板，11、二号曲面圆盘

具体实施方式

如图1、图2所示，仿生曲面圆盘施肥开沟器通过安装孔安装在施肥机上，安装架1上设有等距的7个安装孔，以适应不同作业条件下调整开沟深度，保证肥料的顺利施放。

如图2，图3所示，仿生曲面圆盘施肥开沟器由安装架1、一号曲面圆盘2、一号固定板3、一号轴承室4、一号轴5、一号轴套6、二号轴套7、二号轴8、二号轴承室9、二号固定板10、二号曲面圆盘11组成。其中，一号固定板3与一号曲面圆盘2通过6个螺栓连接，与一号轴承室4通过3个螺栓连接，轴承安装固接于轴承室中，一号轴5一端与轴承过盈配合，另一端与一号轴套6通过紧固螺母限位固定。一号轴套6与二号轴套7均焊接固定在安装架1上。二号固定板10与二号曲面圆盘11通过6个螺栓连接，与二号轴承室9通过3个螺栓连接，二号轴8的一端与轴承过盈配合，另一端二号轴套7通过紧固螺栓限位固定。

如图3，图4所示仿生曲面圆盘开沟器俯视图，通过调整一号轴5与二号轴8在一号轴套6和二号轴套7中的深度，可以控制开沟器的开沟宽度，其中一号轴套6与二号轴套7与安装架1焊接时，由图示，两曲面圆盘相互倾斜并成角度交错安装，交错角θ为12～35°，开沟宽度L＝3.5～10mm。

如图5、图6所示曲面圆盘外侧齿形结构示意图，曲面圆盘采用冲压成型，其由6个结构相同的曲面扇形单体组成，每个曲面扇形单体之间紧密连接，曲面扇形单体外缘为齿形结构，每个曲面扇形单体的齿形结构平均阵列有6～9个齿形单体结构，齿形单体结构的齿形高度H＝7～15mm，齿厚T＝2.5～4.5mm。工作过程中，齿形结构不断切割秸秆并松碎土块。由于齿形结构直接接触土壤受力，因此设计过程中对齿形结构喷涂耐磨材料，延长其使用寿命。普通平面双圆盘开沟器仅是在整机压力作用下被动旋转进行开沟，在留茬地表工作困难，常常产生圆盘丢转、夹土等现象、通过性差。通过对外围的曲线进行参数设计优化，仿动物爪趾挖土掘土等特点，增强开沟器入土强度与切茬能力，保证了在留茬地表工作的作业效果。

如图5、图7所示仿生曲面圆盘轴向边缘爪趾参数曲线图，曲面圆盘边缘曲线MO和曲线NP的设计参照犰狳、鼹鼠等刨洞能力强的动物爪趾结构，其曲线方程为：

其中-495≤x≤0，-160≤y≤232，0≤z≤80，如图所示，曲面AB与曲面CD的曲面参数方程为(y-190)²+(z-40)²＝40²，平面EFGH的参数方程为70x+200y-123z-13460＝0，曲面AB和曲面CD与平面EFGH所交曲线为仿生爪趾曲线，选取该空间曲线进行作为仿生曲面圆盘的边缘曲线。

如图8所示曲面圆盘内侧结构示意图，单个曲面圆盘直径B为280～350mm，圆盘内侧面开有宽度c＝10mm，深度2mm的3个环形凹槽(图中剖面线结构)，每个环形凹槽内填充尼龙，尼龙作为典型的工程塑料，具有高强度、耐磨、耐腐蚀、加工容易、价格低廉等优点，在曲面圆盘内侧通过火焰喷涂或流化床气化工艺，将尼龙材料固定在环状凹槽中。曲面圆盘在工作过程中，由于两个曲面圆盘呈一定角度固定，容易产生兜土、粘土现象，通过尼龙填充，破坏了土壤与曲面圆盘内侧接触时产生的水膜结构，减小接触面的粘附力，达到减黏脱附的效果，使土壤不易粘附在圆盘上，当两片曲面圆盘内侧挤压土壤后，土壤能够在自身重力作用下坠落。

如图9，图10所示一号曲面圆盘2与二号曲面圆盘11结构示意图，盘面采用冲压工艺制作而成，将曲面圆盘平均分为6个结构相同的曲面扇形单体，每个曲面扇形单体与固定板接触部位上均有一个安装孔，使其通过螺栓能与固定板装配，每个曲面扇形单体的圆心角α＝60°，各曲面扇形单体之间平滑连接。通常的曲面圆盘如圆盘耙结构，在双圆盘开沟器的结构中常常产生极大的开沟阻力，将曲面圆盘单元化，能够减小开沟阻力，有效避免了易兜土的现象产生。

如图11所示一号轴套6结构示意图，轴套一端为40°斜面，斜面固接在安装架的下端，轴套的一侧开有直径d＝10mm的限位孔，紧固螺栓通过限位孔对一号轴进行限位固定。

如图12所示的二号轴套7结构示意图，轴套一端为20°斜面，斜面固定在安装架的下端，轴套的一侧开有直径e＝10mm的限位孔，紧固螺栓通过限位孔对二号轴进行限位固定。

Claims (5)

1.一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其特征在于，包括安装架、一号曲面圆盘和二号曲面圆盘，所述一号曲面圆盘和二号曲面圆盘分别轴接在安装架两侧，且两曲面圆盘相互倾斜并成角度交错安装；所述曲面圆盘边缘曲线为仿动物爪趾结构，其曲线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}70x+200y-123z-13460=0\\ {(y-190)}^2+{(z-40)}^2={40}^2\end{array}\right.$

其中，-495≤x≤0，-160≤y≤232，0≤z≤80；

一号曲面圆盘和二号曲面圆盘结构相同，曲面圆盘内侧面设有多个环形凹槽，每个环形凹槽内填充有尼龙材料；一号曲面圆盘由多个结构相同的曲面扇形单体组成，每个曲面扇形单体之间紧密连接，曲面扇形单体外缘为齿形结构。

2.如权利要求1所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其特征在于，每个所述曲面扇形单体外缘的齿形结构平均阵列有多个齿形单体结构，齿形单体结构的齿形高度H＝7～15mm，齿厚T＝2.5～4.5mm。

3.如权利要求1所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其特征在于，所述曲面扇形单体外缘的齿形结构上喷涂有耐磨材料。

4.如权利要求1所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其特征在于，还包括一号固定板、一号轴承室、一号轴、一号轴套、二号轴套、二号轴、二号轴承室、二号固定板，一号固定板两面分别与所述一号曲面圆盘和一号轴承室螺栓连接，一号轴承室内安装有轴承，一号轴一端与轴承过盈配合，另一端与一号轴套通过紧固螺母限位固定；一号轴套与二号轴套均焊接固定在安装架上；二号固定板两面分别与二号曲面圆盘和二号轴承室螺栓连接，二号轴一端与轴承过盈配合，另一端与二号轴套通过紧固螺栓限位固定。

5.如权利要求4所述的一种仿生曲面圆盘施肥开沟器，其特征在于，所述一号轴套一端为40°斜面，斜面固接在安装架的下端；所述二号轴套一端为20°斜面，斜面固定在安装架的下端；一号轴套和二号轴套上均开有限位孔，采用紧固螺栓通过限位孔对一号轴和二号轴进行限位固定。