CN109463071A - 一种振动式仿生开沟器 - Google Patents

Abstract

一种振动式仿生开沟器属农业机械技术领域，本发明中垂面缓冲机构中的左端与平面缓冲机构中支撑板的上端经销轴活动连接；铲柄的上端与垂面缓冲机构中弹簧Ⅰ的下端固接，铲柄的近上端与平面缓冲机构中深沟球轴承定位环中的深沟球轴承的内圈过盈连接，铲柄的下端经螺栓与仿生开沟入土机构的上端固接。本发明能开出波浪形的沟形，能极大地增加土壤的受光面积，利于种床条件的构建，并能应对土壤中的冲击，不仅使沟形相对稳定，更能减少机组功耗和石子等对开沟器的破坏磨损。

Description

一种振动式仿生开沟器

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种振动式仿生开沟器。

背景技术

开沟器是播种机施肥机上面的关键部件，其作用是在播种机工作时，开出一定深度和宽度的种沟，引导种子或肥料落入沟内并覆盖湿土。通过开沟作业对种床土攘产生扰动，改变种子周围土壤的种床物理特性，创造出适合种子发芽的种沟环境，满足作物对土壤中水分和养分的需要，为作物后期的生长创造良好的条件。

开沟器进行作业时，会面临复杂的土壤环境，当开沟器触碰土壤中的石子，土壤水稳态团聚体时，使开沟器面临突然地重压或冲击从而使土壤扰动增加，影响开出沟型的农艺要求，并增加机组功耗。

发明内容

本发明的目的是解决现有开沟部件在复杂土壤环境工作时工作阻力波动大，对开沟器表面破坏严重，减少开沟器使用寿命的问题，提供一种新型结构的开沟器主体和配套开沟器承载机构。它采用獾的犬齿提取的曲线轮廓设计而成，达到减小开沟正压力和穿透阻力的目的。并通过两个弹簧的相互作用来实现缓冲冲击，碰撞来实现振动行为。

本发明由垂面缓冲机构A、平面缓冲机构B、仿生开沟入土机构C、铲柄1、螺栓2和销轴3组成，其中垂面缓冲机构A中的左端与平面缓冲机构B中支撑板10的上端经销轴3活动连接；铲柄1的上端与垂面缓冲机构A中弹簧I8的下端固接，铲柄1的近上端与平面缓冲机构B中深沟球轴承定位环16中的深沟球轴承17的内圈过盈连接，铲柄1的下端经螺栓2与仿生开沟入土机构C的上端固接。

所述的垂面缓冲机构A由连杆5、过渡杆6、空心杆7和弹簧I 8组成，其中连杆5左端设有孔I 4，连杆5的右端与过渡杆6的上端左侧固接；过渡杆6、空心杆7和弹簧I 8自上而下顺序排列，且空心杆7的上端与过渡杆6的下端固接，空心杆7的下端与弹簧I 8的上端固接。

弹簧I 8的最大扭转角度与开沟器作业过程中开沟器角度变化的关系如下：

其中：A_N为扭转弹簧的最大扭转角，ξ为相关系数，为开沟器入土部分的水平面内角度变化量。

所述的平面缓冲机构B由悬挂架9、支撑板10、环形槽12、弹簧II 13、压力环14、短连杆15、定位环16和深沟球轴承17组成，其中支撑板10上设有孔II 11；支撑板10的下端与悬挂架9的上端固接；悬挂架9、环形槽12、弹簧II 13、压力环14、短连杆15和定位环16自左至右顺序排列，且弹簧II 13左端经环形槽12固接于悬挂架9下部右侧，弹簧II 13右端经压力环14和短连杆15与定位环16的左侧固接；深沟球轴承17的外圈与定位环16的内圈过盈连接。簧弹簧II 13的变形量和开沟器在机组前进方向上位移量有如下关系：

Δx＝εΔl，(0.7≤ε≤0.9)，

其中：Δx为压缩弹簧的变形量，ε为相关系数，Δl为开沟器入土部分在机组前进方向位移量。

仿生开沟入土机构C由入土刀19、侧翼I 20、侧翼II 21和涂层22组成，入土刀19的轮廓曲线由HJ曲线和HI曲线组成；

侧翼I 20和侧翼II 21对称位于入土刀19两侧，涂层22覆盖于侧翼I 20和侧翼II21的边缘，其中侧翼I 20刃线的方程为：

其中：x′为刃线的横坐标，y′为刃线的纵坐标。

上述正弦波的波长分别为λ₁、λ₂、λ₃，λ＝λ₁+λ₂+λ₃，开沟器入土角为θ。开出的沟形轮廓对应土壤扰动量为：l_水平＝λsinθ＝0.342λ～0.707λ，

l_垂直＝λcosθ＝0.94λ～0.707λ，20°≤θ≤45°。

其中：1为土壤扰动量，λ为正弦波的波长，θ为开沟器入土角

进一步的仿生开沟入土刀19，其特征在于轮廓曲线HJ曲线HJ的方程为：

y＝0.0003433·x³-0.02736·x²+0.8735·x+2.05647(0≤x≤152)

所述曲线HI的方程为：

y＝0.03017x²(0≤x≤152)。

其中：x为轮廓曲线的横坐标，y为轮廓曲线的纵坐标；

可减少土壤粘附和摩擦的正弦波开沟器侧翼I 20和侧翼II 21边缘1-2mm为涂层21，涂层21材料的具体成分为分子量偏低的聚酯柔性链段和氨基甲酸酯链段，聚酯柔性链段质量占比为25％-35％，氨基甲酸酯链段质量占比为65％-75％。加工工艺为聚酯柔性链段和氨基酸甲酸酯链段混炼而成为线型聚合物，在标准大气压下加热到170℃～200℃后浇筑在开沟器侧翼的边缘。

本发明的工作过程为：

仿生开沟入土刀具有较强的刺破土壤的能力，能使开沟器克服土壤阻力逐渐刺入土壤，同时正弦波开沟器侧翼随之缓慢进入土壤，引导土垡缓慢上升，由于轮廓是正弦波状，会开出类似正弦波的沟形，增加土壤受光面积。当土壤在工作过程中触碰到石子或土壤水稳态团聚体时，开沟器受到的土壤阻力会突然增加，从铅垂面内看，这种阻力波动会使开沟器左右受力不均，此时铅垂面缓冲机构内的扭转弹簧会发生扭转，使开沟器绕过这块冲击，当避过障碍后，在扭转弹簧作用下，开沟器能迅速恢复，继续保持原有开沟状态。从水平面内看，这种阻力波动会使开沟器上下受力不均，此时水平面缓冲机构内的压缩弹簧会起作用，当开沟器上部受力大于下侧受力时，开沟器会向下转动，使开沟器绕开冲击，越过障碍后，在压缩弹簧作用下，开沟器会迅速恢复至原有状态，继续进行开沟作业；当开沟器下侧受力大于上侧时，作用过程与上述相反。这样，在压缩弹簧和扭转弹簧的交替作用下，开沟器始终以较好姿态进行开沟作业。

本发明的有益效果

1.正弦波开沟侧翼能开出波浪形的沟形，能极大地增加土壤的受光面积，利于种床条件的构建。

2.仿生开沟入土刀率先入土，刺破土壤后利于开沟器侧翼对土壤向种沟两侧推挤。

3.两个弹簧交替作用，应对土壤中的冲击，不仅使沟形相对稳定，更能减少机组功耗和石子等对开沟器破坏磨损作用。

4.正弦波开沟器侧翼为复合耐磨材料浇筑在金属边缘，此材料能极大地减少土壤对开沟器边缘的破坏效果，延长开沟器使用寿命。

附图说明

图1是振动式仿生开沟器的结构示意图

图2是垂面缓冲机构的结构示意图

图3是平面缓冲机构的前视图

图4是平面缓冲机构的俯视图

图5是仿生开沟入土机构C的结构示意图

图6是仿生开沟入土机构C侧翼的曲线构成

图7是侧翼曲线DE

图8是侧翼曲线EF

图9是侧翼曲线FG

图10是仿生开沟入土刀的曲线HI和HJ

其中：A.垂面缓冲机构 B.平面缓冲机构 C.仿生开沟入土机构 1.铲柄 2.螺栓3.销轴 4.孔I 5.连杆 6.过渡杆 7.空心杆 8.弹簧I 9.悬挂架 10.支撑板 11.孔II 12.环形槽 13.弹簧II 14.压力环 15.短连杆 16.定位环 17.深沟球轴承 18.孔组III 19.入土刀 20.侧翼I 21.侧翼II 22.涂层 DE.正弦波 EF.正弦波 FG.正弦波 HI.仿生开沟入土刀曲线 HJ.仿生开沟入土刀曲线

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明包括有垂面缓冲机构A、平面缓冲机构B、仿生开沟入土机构C组成。垂面缓冲机构A和平面缓冲机构B通过螺栓3、螺纹孔I 4、螺纹孔II 11连接。平面缓冲机构B和仿生开沟入土机构C通过连杆1、螺栓组2、螺纹孔组I 9、螺纹孔组II 18进行连接。垂面缓冲机构A由螺纹孔I 4、纵向浮动杆5、连接孔I 6、扭转弹簧7、连接孔II 8、螺纹孔组I 9构成。其特征在于扭转弹簧7上端焊接在连接孔I 6上，扭转弹簧7下端焊接在连接孔II 8内。扭转弹簧的最大扭转角度与开沟器作业过程中开沟器角度变化的关系如下：

其中：A_N为扭转弹簧的最大扭转角，ξ为相关系数，为开沟器入土部分的水平面内角度变化量。平面缓冲机构B由悬挂架10、螺纹孔II 11压缩弹簧限位槽12、压缩弹簧13、压力环14、深沟球轴承15、连接孔III16、连接孔IV 17构成。压缩弹簧13的左侧焊接在连接孔IV 17内，压缩弹簧13的右侧焊接在连接孔III16内、深沟球轴承15的外圈嵌套在压力环14内。压缩弹簧的变形量和开沟器在机组前进方向上位移量有如下关系：

Δx＝εΔl，(0.7≤ε≤0.9)，

其中：Δx为压缩弹簧的变形量，ε为相关系数，Δl为开沟器入土部分在机组前进方向位移量。仿生开沟入土机构C，由螺纹孔组II 18、仿生开沟入土刀19、正弦波开沟器侧翼20、复合耐摩材料涂层21。其特征在于仿生开沟入土刀19和正弦波开沟器侧翼20为一个整体，复合耐磨材料涂层21覆盖在正弦波开沟器侧翼20的边缘。

如图6、图7、图8、图9所示刃线在x′-y′坐标系x方向为标准水平方向内为幅值和周期逐渐变化的正弦波，侧翼刃线的方程为：

式中：为x′刃线的横坐标，y′为刃线的纵坐标。

上述正弦波的波长分别为λ₁、λ₂、λ₃，λ＝λ₁+λ₂+λ₃，开沟器入土角为θ。

开出的沟形轮廓对应土壤扰动量为：l_水平＝λsinθ＝0.342λ～0.707λ，

l_垂直＝λcosθ＝0.94λ～0.707λ，20°≤θ≤45°。

其中：1为土壤扰动量，λ为正弦波的波长，θ为开沟器入土角。

如图10所示，仿生开沟入土刀19，轮廓曲线HJ为三次多项式函数，其方程为：

y＝0.0003432·x³-0.02783·x²+0.8736·x+2.056(0≤x≤152)

曲线HI方程为一条抛物线函数曲线，其方程为：

y＝0.03017x²(0≤x≤152)。

式中：x为轮廓曲线的横坐标，y为轮廓曲线的纵坐标。正弦波开沟器侧翼20，边缘1～2mm为复合耐磨材料涂层21，复合耐磨材料的具体成分为分子量偏低的聚酯柔性链段和氨基甲酸酯链段，聚酯柔性链段质量占比为25％～35％，氨基甲酸酯链段质量占比为65％～75％。复合耐磨材料涂层21，为聚酯柔性链段和氨基酸甲酸酯链段混炼而成为线型聚合物，在标准大气压下加热到170℃～200℃后浇筑在开沟器侧翼的边缘。

Claims (4)

1.一种振动式仿生开沟器，其特征在于，由垂面缓冲机构(A)、平面缓冲机构(B)、仿生开沟入土机构(C)、铲柄(1)、螺栓(2)和销轴(3)组成，其中垂面缓冲机构(A)中的左端与平面缓冲机构(B)中支撑板(10)的上端经销轴(3)活动连接；铲柄(1)的上端与垂面缓冲机构(A)中弹簧I(8)的下端固接，铲柄(1)的近上端与平面缓冲机构(B)中深沟球轴承定位环(16)中的深沟球轴承(17)的内圈过盈连接，铲柄(1)的下端经螺栓(2)与仿生开沟入土机构(C)的上端固接。

2.按权利要求1所述的振动式仿生开沟器，其特征在于，所述的垂面缓冲机构(A)由连杆(5)、过渡杆(6)、空心杆(7)和弹簧I(8)组成，其中连杆(5)左端设有孔I(4)，连杆(5)的右端与过渡杆(6)的上端左侧固接；过渡杆(6)、空心杆(7)和弹簧I(8)自上而下顺序排列，且空心杆(7)的上端与过渡杆(6)的下端固接，空心杆(7)的下端与弹簧I(8)的上端固接。

3.按权利要求1所述的振动式仿生开沟器，其特征在于，所述的平面缓冲机构(B)由悬挂架(9)、支撑板(10)、环形槽(12)、弹簧II(13)、压力环(14)、短连杆(15)、定位环(16)和深沟球轴承(17)组成，其中支撑板(10)上设有孔II(11)；支撑板(10)的下端与悬挂架(9)的上端固接；悬挂架(9)、环形槽(12)、弹簧II(13)、压力环(14)、短连杆(15)和定位环(16)自左至右顺序排列，且弹簧II(13)左端经环形槽(12)固接于悬挂架(9)下部右侧，弹簧II(13)右端经压力环(14)和短连杆(15)与定位环(16)的左侧固接；深沟球轴承(17)的外圈与定位环(16)的内圈过盈连接。

4.按权利要求1所述的振动式仿生开沟器，其特征在于，所述的仿生开沟入土机构(C)由入土刀(19)、侧翼I(20)、侧翼II(21)和涂层(22)组成，入土刀(19)的轮廓曲线由HJ曲线和HI曲线组成；

侧翼I(20)和侧翼II(21)对称位于入土刀(19)两侧，涂层(22)覆盖于侧翼I(20)和侧翼II(21)的边缘，其中侧翼I(20)刃线的方程为：

其中：x′为刃线的横坐标，y′为刃线的纵坐标。

所述轮廓曲线HJ的方程为：

y＝0.0003433·x³-0.02786·x²+0.8735·x+2.05647(0≤x≤152)

所述曲线HI的方程为：

y＝0.03017x²(0≤x≤152)。

其中：x为轮廓曲线的横坐标，y为轮廓曲线的纵坐标；

侧翼I(20)和侧翼II(21)边缘1-2mm为涂层(22)，涂层(22)材料的具体成分为分子量偏低的聚酯柔性链段和氨基甲酸酯链段，聚酯柔性链段质量占比为25％-35％，氨基甲酸酯链段质量占比为65％-75％。