CN106171062A - 一种斜置潜土逆转深旋耕装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种斜置潜土逆转深旋耕装置，包括机架、悬挂架、变速箱、斜置刀辊；斜置刀辊由同向有序排列的旋耕刀组成，斜置刀辊与前进方向成一斜置角55～70度，旋耕刀的刀尖均朝向前进方向的右边，刀辊最左侧设置一列侧向力平衡刀，抵消耕作过程中刀辊受到的轴向分力。本发明的工作方式是斜置潜土逆转旋耕，被切土壤的上方没有约束，土壤因张力作用破裂。在旋耕刀高速有序切土过程中，旋耕刀进行切土时侧面减少了一个约束面，具有轴向分速度，使被切土壤毁于拉，并使被切土垡抛出时具有指向侧面已耕地的分速度，使被切土垡抛向侧后方的已耕地，减少重耕，降低耕作能耗。此外，避免了变速箱、轴承座与未耕土发生干涉，使刀辊沉入地下，实现深耕。

Description

一种斜置潜土逆转深旋耕装置
技术领域
本发明属于农业工程领域，具体涉及一种斜置潜土逆转深旋耕装置。
背景技术
土壤耕作是重负荷作业，要消耗大量的能量。目前土壤耕作的主要方式仍以犁耕和旋耕为主。铧式犁采用的是顺序切土，翻土性能好且能达到深耕，但要想达到农艺要求，需要对耕后的土壤进行二次整理，作业程序复杂，效率低，能耗大，成本高。旋耕机具有耕地和耙地双重作用，对残茬、杂草、绿肥作物切碎能力强，耕后地表平整，土垡破碎，不需要整地作业就达到农艺要求，有利于抢农时，但其功耗大，覆盖性能相对铧式犁较差，耕后植被在耕层上较多，耕后杂草萌生较早。随着农业技术的迅速发展，栽培技术也应用于根茎类作物栽培，为了提高根茎类作物的等级质量和产量，对耕作土壤的质量要求比较苛刻，即耕深加大、松碎土壤要求更高。为了满足增厚土壤熟化层，改善深层透气性，增大持水能力及秸秆还田的农艺要求，增加耕深、降耗节能、提高耕耘质量一直是耕作机械的主要研究方向之一。
目前，正转旋耕，因为刀轴位于地表以上，要加大耕深必须加大刀滚直径，但刀滚直径过大将使整机结构庞大笨重，功耗急剧增加。依据现行旋耕机设计理论，正转作业时旋耕刀从刀滚中心水平线以下开始切土，刀片转到垂直位置时基本上结束切土过程。当刀滚半径R、耕深H、旋耕速比λ满足关系式：H＝R(1-1/λ)时，刀滚转动瞬心的水平迹线落在地表面上，正切刃切削速度垂直向下，获得最小动态切土角，入土阻力较小。利用此关系式，按农艺要求确定目标耕深H后，刀滚半径R≥Hλ/(λ-1)。旋耕速比λ的常用值为4～10，为提高碎土率和沟底平整度，同时为保证有合理的动态隙角，使旋耕刀正切面不挤推未耕土壤应选用偏大的λ值。由此式确定的R值相对较小，使旋耕机结构紧凑，但随着耕深的增加，若增加耕深，其负荷功耗将急剧增加；刀滚切削土壤的阻力指向前上方，其垂直分力向上，阻碍刀滚入土，尤其快速前进时因刀背挤土反力更大，易产生旋耕机跳动，影响耕深稳定性；其水平分力向前，如果大于拖拉机滚动阻力与由机组其它工作部件产生的阻力之和时将推动机组前进而使拖拉机向前滑移，产生按封闭回路循环的寄生功率，加重了旋耕机和拖拉机传动装置的负荷，加大功耗并折损机械寿命。
正置潜土反转旋耕，即刀轴位于地表以下的旋耕方式，由于逆转旋耕，旋耕刀旋转方向与拖拉机驱动轮旋转方向相反，从底部开始向上切削土壤，更多的土壤因张力作用而破裂，可以减少切削力和切削扭矩，降低碎土能耗，同时由于刀轴在地表以下，可以在短刀的情况下实现深耕，但正置潜土逆转旋耕将被切土垡向后抛掷的同时有不少土垡因不能被抛掷到后面而堵塞在工作部件前方，造成前面产生壅土的现象，引起重耕，使作业负荷和功率消耗急剧增大，严重时装置将无法工作。此外，为了使刀轴沉入地表以下，必须设置特珠的切土部件来避免旋耕机变速箱下缘、轴承座下缘与未耕地面发生干涉，使旋耕机结构复杂，传动效率低。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种斜置潜土逆转深旋耕装置，在工作过程中实现高速有序切土，使土壤更多毁于“拉”，并且改变了抛土轨迹，减少了重耕，极大地减少了功耗，增加了耕深。
为了解决以上技术问题，本发明采用顺序切土，工作方式为斜置潜土逆转旋耕，具体技术方案如下：
一种斜置潜土逆转深旋耕装置，包括机架、悬挂件、变速箱、斜置刀辊；其特征在于：所述的变速箱位于机架的中央，其输入轴通过万向节与驱动拖拉机输出轴连接且与拖拉机前进方向成110～125°角，变速箱输出轴为花键轴，输出轴两侧分别与两边的斜置刀辊轴的一端连接，斜置刀辊轴的另一端安装在轴承座的轴承内，轴承座通过螺栓固定在机架上；
所述的斜置刀辊由同向有序排列的旋耕刀组成，斜置刀辊与牵引拖拉机前进方向成55～70°斜置角，斜置刀辊上的旋耕刀的刀尖一致朝向前进方向的右边，斜置刀辊最左侧装有一列侧向力平衡刀，侧向力平衡刀在与轮胎旋转平面平行的平面内运动，即侧向力平衡刀的旋转中心轴与斜置刀辊成20～35°斜置角且与拖拉机驱动轮轴平行。
优选地，所述的斜置刀辊是斜置潜土逆转旋耕，即斜置刀辊轴位于地表以下5-10cm且旋转方向与前进时拖拉机驱动轮旋转方向相反。
优选地，斜置刀辊轴的端部装有斜置轴承座，斜置轴承座与机架通过螺栓固定连接，所述的斜置轴承座在驱动轮胎平行的平面内开有内槽，圆柱滚子轴承安装在斜置轴承座的内槽中、且圆柱滚子轴承的外圈与斜置轴承座配合，钢球座套在斜置刀辊轴上，且与圆柱滚子轴承的内圈配合，所述侧向力平衡刀固定在刀盘上，所述刀盘固定在钢球座上，斜置刀辊轴上开有凹槽，所述钢球座与斜置刀辊轴之间设有钢球，位于钢球凹槽内。
优选地，所述的钢球座与圆柱滚子轴承的内圈过盈配合，圆柱滚子轴承的外圈与斜置轴承座过盈配合。
优选地，所述侧向力平衡刀的数量为4～6把。
优选地，所述的侧向力平衡刀只有侧切面而没有正切面，且侧切面包含切削刃I和切削刃II。
优选地，所述的切削刃I为笛卡尔叶形线；所述的切削刃II为α＝1，0.5<β<1,γ＝0时的威布尔分布，α、β、γ为威布尔分布的参数。
优选地，相邻旋耕刀的刀盘相距100～150mm，每个刀盘安装2～3把旋耕刀，安装在相邻刀盘上的旋耕刀的相位角为60～90°。
优选地，所述的旋耕刀刀长为150～250mm，刀厚为8～10mm，正切面宽为15～20mm，侧切面宽为80～120mm。
本发明的工作过程如下：拖拉机动力通过万向节输入变速箱，变速箱变速后由输出轴带动两侧的刀辊逆转旋转切土，即斜置刀辊轴位于地表以下5-10cm且旋转方向与拖拉机驱动轮旋转方向相反。由于刀辊在水平面内斜置，旋耕刀回转平面与机具前进方向成一适当斜置角，旋耕刀切土时有一个沿刀辊轴向的相对速度，使土壤尽可能地毁于拉而避免毁于压。旋耕刀在刀轴上的安装弯向相同，达到顺序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀进行切土时侧面减少了一个约束面，使土壤更容易破坏，由此达到节能降耗的目的。该装置的工作方式是斜置潜土逆转旋耕，旋耕刀从底部开始向上切削土壤，更多的土壤因张力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作业稳定、功耗低，被切土垡有指向侧面已耕地的分速度，使被切土垡更多地抛向已耕地，减少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀辊斜置且顺序切土，在工作过程中斜置刀辊能够切掉变速箱以及轴承座下面的土，避免了变速箱、轴承座与未耕土发生干涉，使变速箱、轴承座以及刀辊轴可以沉入地下，实现深耕。
刀辊轴的左侧开有凹槽，凹槽里设有钢球，钢球的一部分在凹槽内，一部分在安装在斜置刀辊左侧的钢球座内，钢球座与刀盘通过螺栓连接，刀盘上装有侧向力平衡刀，侧向力平衡刀旋转平面与拖拉机轮胎平行。刀辊轴转动的同时通过钢球传动使钢球座一起转动，从而使侧向力平衡刀不仅能够切土，还能充当侧板起到抵消刀辊工作过程时受到的轴向分力的作用。
本发明具有有益效果：本发明通过将斜置刀辊与牵引拖拉机前进方向成55～70°斜置角，使旋耕刀切土时有一个沿刀辊轴向的相对速度，使土壤尽可能地毁于拉而避免毁于压。同时，旋耕刀在刀轴上的安装弯向相同，能达到顺序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀进行工作切土时侧面减少了一个约束面，使土壤更容易破坏，由此达到节能降耗的目的。斜置刀辊左侧安装一列侧向力平衡刀，侧向力平衡刀的旋转中心轴与斜置刀辊成20～35°斜置角且与拖拉机驱动轮轴平行，在耕作过程中不仅能旋转切土，还能充当侧板抵消刀辊工作过程时受到的轴向分力的作用。该装置的工作方式是斜置潜土逆转旋耕，旋耕刀从底部开始向上切削土壤，更多的土壤因张力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作业稳定、功耗低，被切土垡抛向后面的已耕地时还有指向侧面已耕地的分速度，使被切土垡更多的抛向已耕地，减少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀辊斜置且顺序切土，在工作过程中斜置刀辊能够切掉变速箱以及轴承座下面的土壤，避免了变速箱、轴承座与未耕土发生干涉，使刀辊轴沉入地下，达到短刀深耕的效果。该装置结构简单紧凑，经济可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A部分的局部放大图；
图3是图1中B部分的局部放大图；
图4是图1中C部分的局部放大图；
图5是旋耕刀示意图；
图6是侧向力平衡刀示意图；
图7是本发明工作示意图；
图8是本发明旋耕刀切土运动示意图；
图9是本发明的切土示意图；
图10是本发明旋耕刀对土壤作用示意图；
图11是正置潜土逆转旋耕装置抛土方向示意图；
图12是本发明旋耕抛土方向示意图。
图中：
1、机架；2、悬挂架；3、变速箱；4、轴承座；5、斜置刀辊；6、旋耕刀；7、斜置刀辊轴；8、钢球；9、钢球座；10、刀盘；11、未耕地；12、被切土垡；13、地表面；14、已耕地；15、土粒。16、侧向力平衡刀；17、输出轴；18、轴承座；19、切削刃I；20、切削刃II；21、斜置轴承座；22、圆柱滚子轴承。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图3和图4所示，本发明所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，包括机架1、悬挂架2、变速箱3、斜置刀辊5；斜置潜土逆转深旋耕装置通过悬挂架2连接在牵引拖拉机后面，悬挂架2还与机架1相连。变速箱3位于装置的中央，拖拉机动力输出轴通过万向节将动力输入变速箱3，变速箱3输出轴17为花键轴，其两侧与两边的斜置刀辊轴7的一端连接，斜置刀辊轴7的另一端安装在轴承座4的轴承18内，轴承座4通过螺栓固定在机架1上，变速箱3输出轴带动两侧的斜置刀辊5逆转切土。
如图1和图2所示，斜置刀辊5由同向有序排列的旋耕刀6组成，斜置刀辊5与前进方向成55～70°斜置角，旋耕刀6的安装弯向一致朝向前进方向的右边，斜置刀辊5最左侧安装一列侧向力平衡刀16，其旋转中心线与斜置刀辊5成20～35°斜置角且与拖拉机驱动轮轴平行。
如图2所示，斜置刀辊轴7左端开有凹槽，凹槽里设有钢球8，钢球8的一部分在凹槽内，一部分在安装在斜置刀辊5最左侧的一列侧向力平衡刀16的钢球座9内，钢球座9与刀盘10通过螺钉连接，刀盘10上装有侧向力平衡刀16。钢球座9与圆柱滚子轴承22的内圈过盈配合，圆柱滚子轴承22的外圈与斜置轴承座21过盈配合，斜置轴承座21与机架通过螺栓固定连接。斜置刀辊轴7旋转工作时，钢球8带动钢球座9转动的同时还在斜置刀辊轴7左端的凹槽里来回滚动，钢球座9又带动圆柱滚子轴承22内圈转动，由于圆柱滚子轴承22的外圈与斜置轴承座21固定不动，从而使侧向力平衡刀16在与牵引拖拉机轮胎平行的平面内旋转切土。
如图5所示，本发明所采用的旋耕刀6为专门设计旋耕刀6，其刀长为150～250mm，刀厚为8～10mm，正切面宽为15～20mm，侧切面宽为80～120mm。这种设计使旋耕刀6的侧切面的面积增大，正切面的面积减少，使在耕作过程中减少向前的抛土量，且增加向侧后方的抛土量。
如图6所示，安装在斜置刀辊5左侧的侧向力平衡刀16的刀数为4把；侧向力平衡刀16侧面积相对较大且具有切削刃I 19和切削刃II 20，切削刃I 19为笛卡尔叶形线，切削刃II 20为α＝1，0.5<β<1,γ＝0时的威布尔分布，α、β、γ为威布尔分布的参数。在切土过程中，大的侧面更有利于抵消刀辊工作过程时受到的轴向分力的作用。
如图7所示，斜置刀辊5由实线位置运动到虚线位置，虚线位置时的变速箱3位于实线位置时的耕作区，即在工作时，变速箱3位于已耕地14，从而避免了变速箱3与未耕地11发生干涉，使斜置刀辊轴7沉入地下，实现深耕。
如图8所示，旋耕过程中，当旋耕刀6由位置a运动到位置b时，旋耕刀6向前运动了距离L的同时，还向右侧平移了距离S，可以看出旋耕时旋耕刀6有一个指向右侧已耕地14的侧向推土运动，使土壤毁于拉，减少了切土功耗；还使被切土垡12被抛出的同时获得一个指向侧边已耕地14的侧向分速度，使土壤抛向侧边的已耕地14，从而避免了重耕。
如图9所示，本发明的工作方式是斜置潜土逆转旋耕，在旋耕过程中，旋耕刀6从底部开始向上切削土壤，被切土垡12的上方地表面13没有约束，更多的土壤因张力作用而破裂，同时使部分被切土抛出时具有指向已耕地侧向分速度，减少了前方壅土。
如图10所示，耕作切土时，旋耕刀6右边为已耕地14，被切土垡12减少了一个约束面，减小了切削力，使土壤更容易破坏，降低了碎土能耗，由于旋耕刀6侧切刃与前进方向成20～35°角，旋耕时旋耕刀6的侧切刃具有侧向位移，使侧切刃对被切土垡12产生了图中所示方向的作用力，由于被切土垡12的右侧面为已耕地14，使更多的土垡因张力而破碎，从而使耕作减少功耗。
如图11和图12所示，正置潜土逆转旋耕装置旋耕时，被抛出的土粒15所具有的速度方向如图7中所示，土粒15大多抛向前方，造成前方壅土，增加耕作能耗；斜置潜土逆转旋耕时，被抛出的土粒15的速度如图8中所示，土粒15除了具有正置时的向前或者向后的抛出速度，还具有向侧面已耕地14抛出的分速度，使更多的土抛向已耕地14，从而减少了壅土量，进而减少了重耕，降低了能耗。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种斜置潜土逆转深旋耕装置，包括机架(1)、悬挂件(2)、变速箱(3)、斜置刀辊(5)；其特征在于：所述的变速箱(3)位于机架(1)的中央，其输入轴通过万向节与拖拉机输出轴连接且与拖拉机前进方向成110～125°角，变速箱(3)输出轴(17)为花键轴，输出轴(17)两侧分别与两边的斜置刀辊轴(7)的一端连接，斜置刀辊轴(7)的另一端安装在轴承座(4)的轴承(18)内，轴承座(4)通过螺栓固定在机架(1)上；
所述的斜置刀辊(5)由同向有序排列的旋耕刀(6)组成，斜置刀辊(5)与牵引拖拉机前进方向成55～70°斜置角，斜置刀辊(5)上的旋耕刀(6)的刀尖一致朝向前进方向的右边，斜置刀辊(5)最左侧装有一列侧向力平衡刀(16)，侧向力平衡刀(16)在与驱动轮胎旋转平面平行的平面内运动，即侧向力平衡刀(16)的旋转中心轴与斜置刀辊(5)成20～35°斜置角且与拖拉机驱动轮轴平行。
2.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述斜置刀辊(5)是斜置潜土逆转旋耕，即斜置刀辊轴(7)位于地表以下5-10cm且旋转方向与拖拉机前进时驱动轮旋转方向相反。
3.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：斜置刀辊轴(7)的端部装有斜置轴承座(21)，斜置轴承座(21)与机架通过螺栓固定连接，所述的斜置轴承座(21)在驱动轮胎平行的平面内开有内槽，圆柱滚子轴承(22)安装在斜置轴承座(21)的内槽中、且圆柱滚子轴承(22)的外圈与斜置轴承座(21)配合，钢球座(9)套在斜置刀辊轴(7)上，且与圆柱滚子轴承(22)的内圈配合，所述侧向力平衡刀(16)固定在刀盘(10)上，所述刀盘(10)固定在钢球座(9)上，斜置刀辊轴(7)上开有凹槽，所述钢球座(9)与斜置刀辊轴(7)之间设有钢球(8)，位于钢球(8)凹槽内。
4.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述的钢球座(9)与圆柱滚子轴承(22)的内圈过盈配合，圆柱滚子轴承(22)的外圈与斜置轴承座(21)过盈配合。
5.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述侧向力平衡刀(16)的数量为4～6把。
6.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述的侧向力平衡刀(16)只有侧切面而没有正切面，且侧切面包含切削刃I(19)和切削刃II(20)。
7.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述的切削刃I(19)为笛卡尔叶形线；所述的切削刃II(20)为α＝1，0.5<β<1,γ＝0时的威布尔分布，α、β、γ为威布尔分布的参数。
8.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：相邻旋耕刀(6)的刀盘相距100～150mm，每个刀盘安装2～3把旋耕刀(6)，安装在相邻刀盘(10)上的旋耕刀(6)的相位角为60～90°。
9.根据权利要求1所述的斜置潜土逆转深旋耕装置，其特征在于：所述的旋耕刀(6)刀长为150～250mm，刀厚为8～10mm，正切面宽为15～20mm，侧切面宽为80～120mm。
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