CN109328502B - 一种土壤分层旋耕试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤分层旋耕试验装置，包括旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置；所述旋耕刀辊转速调节装置由所述增速齿轮箱接入动力，而后把动力传递给多挡变速箱，多挡变速箱可通过换挡手柄调整减速比，以控制不同的输出转速；碎土刀辊转速调节装置由液压泵通过油箱吸入油，而后通过伺服阀控制液压油的流量，然后输入至液压马达来控制马达转速，进而调整碎土刀辊的转速；所述碎土刀辊位置调节装置由采用丝杠连接内、外套筒组成的曲柄摇块机构驱动碎土刀辊位置的上下位置可调并由左、右滚珠丝杠带动碎土刀辊左、右运动。本发明能够随时调节双轴间距及转速并适用室外田间用的复式旋耕机的土壤分层旋耕工作。

Description

一种土壤分层旋耕试验装置

技术领域

本发明涉及一种土壤分层旋耕试验装置，属于农业机械技术领域。

背景技术

土壤耕作是农业机械化生产中最为基础和重要的环节，耕整地作业质量的好坏直接关系到后续农作物种植、收获的质量及产量。随着农民对于生产效率要求的提高，国内土壤耕作机械逐渐趋于复式作业，不但大幅减少同一地块反复多次作业费时费工问题，同时可减少土壤压实、降低作业功耗等优势，推广应用面积逐年增加。为此，农民对于复式耕作机械的需求也急剧上升。

为降低成本，减少设计返工次数，耕作机械设计一般都采用仿真和台架试验相结合的方式进行，而现有应用普遍的台架试验基本都采用土槽试验台，根据结构形式，分为直线型和旋转型两类土槽试验台，比如专利文件CN201610567976.6公开了一种直线型土槽试验台，试验台车在固定的土槽上行走，试验台车可根据作业需要挂接测试旋耕或播种部件等；专利文件ZL201310753918.9中报道了一种齿轮啮合驱动的旋转式环形土槽，包括导轨系统、土槽组件、减速系统和伺服电机等动力，作业时环形土槽旋转，机具和检测设备不动，实现机具的不间断测试。

虽然上述两类试验台都可解决旋耕机械能耗测试，但仅适用于单轴旋转的旋耕或犁耕机械测试，对于双轴旋转型耕作机械，一方面不可在线随时调节双轴间距及转速等参数，导致复式旋耕机械各轴的能耗及作业质量研究无法实现；另一方面土槽试验台多为室内试验，与田间实际场合作业相比，存在差异性，所得试验结果与实际作业结果间的误差较大。为此急需研发室外田间用复式旋耕机械试验测试装置，对相关机型的设计具有重要意义。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种能够随时调节双轴间距及转速、适用室外田间用的复式旋耕机的土壤分层旋耕试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种土壤分层旋耕试验装置，包括旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置，所述旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置均安装在机架上；

所述旋耕刀辊转速调节装置包括增速齿轮箱、多挡变速箱、侧齿轮箱、旋耕刀辊以及安装在旋耕刀辊上的若干旋耕刀片，所述增速齿轮箱的输入轴与动力源连接，所述增速齿轮箱的输出轴与多挡变速箱的输入轴连接，所述多挡变速箱的输出轴与侧齿轮箱的输入轴连接，所述旋耕刀辊由侧齿轮箱的输出轴驱动；

所述碎土刀辊位置调节装置包含支架、外套筒、内套筒、左连接块、右连接块、左滚珠丝杠、右滚珠丝杠、左活动板、右活动板、碎土刀辊及安装在碎土刀辊上的若干碎土刀齿，所述左连接块、左滚珠丝杠、左活动板分别与右连接块、右滚珠丝杠、右活动板以内套筒为对称轴对称设置；

所述支架固定在机架上，所述左连接块、右连接块均铰接在机架上；

所述外套筒与内套筒配合形成丝杠传动机构，所述外套筒与支架铰接，所述内套筒与左连接块、右连接块均铰接；

所述左滚珠丝杠的螺母与左连接块固接，所述左滚珠丝杠的螺杆与左活动板固接，所述右滚珠丝杠的螺母与右连接块固接，所述右滚珠丝杠的螺杆与右活动板固接；所述碎土刀辊安装在左、右活动板之间，所述左、右活动板可拆式固定在机架上；

所述碎土刀辊转速调节装置包括碎土刀辊以及由增速齿轮箱驱动的液压泵和由液压泵驱动的液压马达，所述液压泵和液压马达之间串接有伺服阀，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴固接。

优选的，所述增速齿轮箱的输出轴与多挡变速箱的输入轴通过第一联轴器连接，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴通过第二联轴器连接。

上述技术方案的进一步改进是：所述多挡变速箱的输出轴与侧齿轮箱的输入轴之间设有第一扭矩转速传感器，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴之间设有第二扭矩转速传感器。再进一步地，所述碎土刀辊上间隔设有多个力传感器，所述力传感器的位置及排布方式均可调整。

上述技术方案的再进一步改进是：所述机架上方设有用于覆盖碎土刀辊的上盖板，所述上盖板上设有用于将上盖板固定在机架上的安装位置可调式活动接口，所述上盖板位于旋耕刀辊和碎土刀辊交接处上方的部分为软布制成。

本发明的工作原理如下：

1）旋耕刀辊转速调节原理：所述增速齿轮箱接入动力，而后把动力传递给多挡变速箱，多挡变速箱可通过换挡手柄调整减速比，以控制不同的输出转速，而后经过第一扭矩转速传感器，传递给侧齿轮箱，由侧齿轮箱带动旋耕刀辊转动，实现旋耕刀辊的调速，同时可由第一扭矩转速传感器检测旋耕刀辊的扭矩、转速等数值。

2）碎土刀辊转速调节原理：增速齿轮箱接入的动力输送给液压泵，液压泵通过油箱吸入油，而后通过伺服阀控制液压油的流量，通过管件将油输入至液压马达，从而控制马达的转动及转速，进而调整碎土刀辊的转速，同时可由第二扭矩转速传感器检测碎土刀辊的扭矩、转速等数值。

3）碎土刀辊位置调节原理：首先要说明的是，在调整碎土刀辊位置时，首先要将所述左、右活动板从在机架上拆下，从而可使左、右活动板随左、右滚珠丝杠移动，在调整完毕后，再将左、右活动板固定在机架上。为保证碎土刀辊和旋耕刀辊间相对位置可调，本发明采用控制外套筒与内套筒的相互移动，内外套筒采用丝杠连接，内套筒与左连接块、右连接块铰接，左右连接块分别绕着机架旋转铰接，从而使内、外套筒以及左连接块、右连接块形成带有移动副的四杆机构——曲柄摇块机构，通过移动内套筒可实现左连接块、右连接块分别带动两侧的左、右滚珠丝杠上下运动，使得左、右活动块上下位置可调，即碎土刀辊位置的上下位置可调。另一方面，左、右滚珠丝杠本身可调节左、右位置，左、右滚珠丝杠带动左、右活动板左、右移动，进而带动碎土刀辊左、右运动。

本发明带来的有益效果是：1）本发明通过机电液控制技术融合，实现前后旋耕刀辊和碎土刀辊相互间位置及转速可调，同时可在线随时监测刀辊阻力及功耗等技术参数，为研究设计双轴分层耕作机械碎土机理及耕作质量奠定了基础，降低了设计成本。

2）本发明可通过手动或自动方式实现前后轴之间的相互位置关系，同时前轴（旋耕刀辊）采用换挡变速实现前刀辊转速可调；后轴（碎土刀辊）采用液压泵伺服阀控制油液的进给量从而调节马达转速，以实现碎土刀辊转速可调，整个装置根据工作场合及测试要求自由调节，精准检测，实时模拟分析不同作业工况下双刀辊切削土壤作业效果，为设计土壤分层旋耕提供了参考。

3）本发明采用牵引式结构形式，可自由更换动力，移动方便。优选的，所述旋耕刀片可拆式安装在旋耕刀辊上，所述碎土刀齿可拆式安装在碎土刀辊上，这样可方便跟换刀齿结构及数量，可在不同地区、不同类型土壤地块开展试验工作，适应性广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的主视示意图。

图2是本发明实施例的俯视示意图。

图3是图1的A-A向示意图。

图4是上盖板的结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是碎土刀辊相对于旋耕刀辊之间位置的可调节区域示意图。

附图标记：1机架，2支架，3外套筒，4摇柄，5左滚珠丝杠，6左手柄，7出油管，8控制柜，9换挡手柄，10过滤器，11油箱，12回油管，13伺服阀，14三点悬挂支架，15增速齿轮箱，16第三联轴器，17进油管，18液压马达，19左活动板，20左连接块，21内套筒，22左直角块，23多档变速箱，24液压泵，25-1第二扭矩转速传感器，25-2第二联轴器，26吸油管，27第一联轴器，28侧齿轮箱，29第一扭矩转速传感器，30右活动板，31右直角块，32右滚珠丝杠，33右连接块，34上盖板，34-2软布，34-3活动接口，43右手柄，35力传感器A，36力传感器B，37力传感器C，38力传感器D，39碎土刀齿，40碎土刀轴，42旋耕刀辊。

具体实施方式

实施例

本实施例的土壤分层旋耕试验装置，如图1-3和图6所示，包括旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置，旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置均安装在机架1上。

旋耕刀辊转速调节装置包括增速齿轮箱15、多挡变速箱23、侧齿轮箱28、旋耕刀辊42以及安装在旋耕刀辊42上的若干旋耕刀片。本实施例中，土壤分层旋耕试验装置通过三点悬挂支架14挂接在拖拉机上，增速齿轮箱15的输入轴与拖拉机PTO输出轴连接，接入动力。本实施例采用牵引式结构形式，可自由更换动力，移动方便，因此也可以采用其他的动力源。

增速齿轮箱15的输出轴与多挡变速箱23的输入轴通过第三联轴器16连接，多挡变速箱23的输出轴与侧齿轮箱28的输入轴通过第一联轴器27连接，旋耕刀辊42由侧齿轮箱28的输出轴驱动。多挡变速箱23可通过换挡手柄9调整齿轮箱减速比，以控制不同的输出转速，而后经过第一扭矩转速传感器29，传递给侧齿轮箱28。

碎土刀辊位置调节装置包含支架2、外套筒3、内套筒21、左连接块20、右连接块33、左滚珠丝杠5、右滚珠丝杠32、左活动板19、右活动板30、碎土刀辊40及安装在碎土刀辊40上的若干碎土刀齿39，支架2固定在机架1上，左连接块20、左滚珠丝杠5、左活动板19分别与右连接块33、右滚珠丝杠32、右活动板30以内套筒21为对称轴对称设置。

支架2固定在机架1上，左连接块20、右连接块33均铰接在机架1上。外套筒3与内套筒21配合形成丝杠传动机构，内套筒21上固接有摇杆4，用于移动内套筒21。外套筒2与支架2铰接，内套筒21与左连接块20、右连接块33均铰接。

左滚珠丝杠5的螺母与左连接块20固接，左滚珠丝杠5的螺杆与左活动板19通过左直角块22固接，左滚珠丝杠5的螺杆上安装有左手柄6，方便移动左活动板19。右滚珠丝杠32的螺母与右连接块33固接，右滚珠丝杠32的螺杆通过右直角块31与右活动板30固接，右滚珠丝杠32的螺杆上安装有右手柄43，方便移动右活动板30。碎土刀辊40安装在左、右活动板19、30之间，左、右活动板19、30可拆式固定在机架1上。机架1上设有多个左、右活动板19、30的安装位置，在调整碎土刀辊40的位置时，首先要将左、右活动板19、30从在机架上1拆下，从而可使左、右活动板19、30随左、右滚珠丝杠5、32移动，在调整完毕后，再将左、右活动板19、30固定在机架1上，此时，左、右活动板19、30的安装位置会发生变化。如图6所示，剖面线部分即为碎土刀辊相对于旋耕刀辊形成的可移动调节的区域范围。

碎土刀辊转速调节装置包括碎土刀辊40以及由增速齿轮箱15驱动的液压泵24和由液压泵24驱动的液压马达18，液压泵24和液压马达18之间串接有伺服阀13，液压马达18的输出轴与碎土刀辊40的输入轴通过第二联轴器25-2连接。液压泵24通过吸油管26从油箱11吸入油，而后通过伺服阀13控制液压油的流量，通过进油管17将油输入至液压马达18（液压马达18回油至油箱11时，由过滤器10首先对油进行过滤），从而控制马达的转动及转速。

本实施例还可以作以下改进：1）多挡变速箱23的输出轴与侧齿轮箱28的输入轴之间设有第一扭矩转速传感器29，液压马达18的输出轴与碎土刀辊40的输入轴之间设有第二扭矩转速传感器25-1。再进一步地，碎土刀辊上间隔设有多个力传感器，力传感器的位置及排布方式均可调整，比如图3中所示的力传感器A 35，力传感器B 36，力传感器C 37及力传感器D 38的布置方式。第一扭矩转速传感器29和第二扭矩转速传感器25-1以及多个力传感器均与控制柜8连接，控制柜8还输出一路信号用于控制伺服阀的电压值，从而在线控制阀口的开口大小。

这样就可在线随时监测刀辊阻力及功耗等技术参数，为研究双轴分层耕作机械碎土机理及耕作质量奠定基础，降低了设计成本。

2）如图2、图4和图5所示，机架1上方设有用于覆盖碎土刀辊40的上盖板34，上盖板34上设有用于将上盖板34固定在机架1上的安装位置可调式活动接口34-3，上盖板34位于旋耕刀辊42和碎土刀辊40交接处上方的部分为软布34-2制成。通过活动式的上盖板可以适应碎土刀辊40的位置调整工作。

3）旋耕刀片可拆式安装在旋耕刀辊上，碎土刀齿可拆式安装在碎土刀辊上，这样可方便跟换刀齿结构及数量，可在不同地区、不同类型土壤地块开展试验，适应性广。

4）摇柄4、左手柄6和右手柄43都可换为电机驱动，变形为自动控制；碎土刀齿39形状可变换为方形、梯形等类似结构；内、外套筒21、3之间的移动副可替换为液压缸或电缸等类似的移动副。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：包括旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置，所述旋耕刀辊转速调节装置、碎土刀辊转速调节装置和碎土刀辊位置调节装置均安装在机架上；

所述旋耕刀辊转速调节装置包括增速齿轮箱、多挡变速箱、侧齿轮箱、旋耕刀辊以及安装在旋耕刀辊上的若干旋耕刀片，所述增速齿轮箱的输入轴与动力源连接，所述增速齿轮箱的输出轴与多挡变速箱的输入轴连接，所述多挡变速箱的输出轴与侧齿轮箱的输入轴连接，所述旋耕刀辊由侧齿轮箱的输出轴驱动；

所述碎土刀辊位置调节装置包含支架、外套筒、内套筒、左连接块、右连接块、左滚珠丝杠、右滚珠丝杠、左活动板、右活动板、碎土刀辊及安装在碎土刀辊上的若干碎土刀齿，所述左连接块、左滚珠丝杠、左活动板分别与右连接块、右滚珠丝杠、右活动板以内套筒为对称轴对称设置；

所述支架固定在机架上，所述左连接块、右连接块均铰接在机架上；

所述外套筒与内套筒配合形成丝杠传动机构，所述外套筒与支架铰接，所述内套筒与左连接块、右连接块均铰接；

所述左滚珠丝杠的螺母与左连接块固接，所述左滚珠丝杠的螺杆与左活动板固接，所述右滚珠丝杠的螺母与右连接块固接，所述右滚珠丝杠的螺杆与右活动板固接；所述碎土刀辊安装在左、右活动板之间，所述左、右活动板可拆式固定在机架上；

所述碎土刀辊转速调节装置包括碎土刀辊以及由增速齿轮箱驱动的液压泵和由液压泵驱动的液压马达，所述液压泵和液压马达之间串接有伺服阀，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴固接。

2.根据权利要求1所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述多挡变速箱的输出轴与侧齿轮箱的输入轴之间设有第一扭矩转速传感器，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴之间设有第二扭矩转速传感器。

3.根据权利要求1所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述碎土刀辊上间隔设有多个力传感器。

4.根据权利要求3所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述力传感器的位置及排布方式均可调整。

5.根据权利要求1所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述增速齿轮箱的输出轴与多挡变速箱的输入轴通过第一联轴器连接，所述液压马达的输出轴与碎土刀辊的输入轴通过第二联轴器连接。

6.根据权利要求1所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述旋耕刀片可拆式安装在旋耕刀辊上，所述碎土刀齿可拆式安装在碎土刀辊上。

7.根据权利要求1所述的土壤分层旋耕试验装置，其特征在于：所述机架上方设有用于覆盖碎土刀辊的上盖板，所述上盖板上设有用于将上盖板固定在机架上的安装位置可调式活动接口，所述上盖板位于旋耕刀辊和碎土刀辊交接处上方的部分为软布制成。