CN110447322B - 一种设施的间距角度可调的旋转深松机及深松方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设施的间距角度可调的旋转深松机及深松方法，其中深松机包括机架、凸轮和圆盘，所述圆盘上铰接有若干沿周向分布的深松铲叶片，且圆盘上设置有使深松铲叶片末端与凸轮轮面接触的伸缩装置；所述凸轮的轮面包括与圆盘同中心线的圆弧段和连接圆弧段两端点的凹槽段，深松铲叶片的末端移动至凹槽段中时，深松铲叶片相对于其末端与圆弧段接触时的夹角为负10°~10°。本发明通过深松铲叶片与凸轮的相互配合调整深松铲叶片旋转入土角度到阻力较小的旋转入土角度，因此能够有效的减小深松铲工作时的阻力；深松铲之间间距可调，因此本发明的深松机可以避开设施中的水肥一体化管道，防止水肥一体化管道受到破坏，能够用于设施大棚之中的深松。

Description

一种设施的间距角度可调的旋转深松机及深松方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及到一种设施的间距角度可调的旋转深松机及深松方法。

背景技术

近年来，随着人们环保观念的日益提高以及现如今面临的巨大的环境压力，保护性耕作技术也随之发展起来。而深松技术作为保护性耕作技术中特别重要的技术之一，也渐渐地受到了人们的重视。深松技术的发展离不开深松铲的发展，但是传统深松铲过度破坏了土壤表面，使得地表上覆盖的对农作物有益的腐殖质被破坏，反而在一定程度上破坏了农作物的生长条件。旋转深松技术便应运而生，旋转深松技术是一个近年来国外提出的一个新的概念，在普通的深松作业之中并不常见，可以在有效打破犁底层的同时减少对土壤表面的破坏。

但是现有的旋转深松技术虽然能够减少对土壤表面的破坏，但是在深松作业时存在所受到阻力依旧比较大，在深松作业中效率低下，作业成本比较大等不足。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种设施的间距角度可调的旋转深松机及深松方法，利用深松铲叶片与凸轮相配合调整深松铲叶片旋转入土角度到阻力较小的旋转入土角度，因此其能够有效的减小深松铲工作时的阻力，并且旋转深松机叶片可以设置为12.7mm厚，能减小深松对土壤表面的破坏。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种设施的间距角度可调的旋转深松机，包括机架、固接于机架上的凸轮和转动连接于机架上的圆盘，所述圆盘上铰接有若干沿周向分布的深松铲叶片，且圆盘上设置有使深松铲叶片末端与凸轮轮面接触的伸缩装置；所述凸轮的轮面包括与圆盘同中心线的圆弧段和连接圆弧段两端点的凹槽段，深松铲叶片的末端移动至凹槽段中时，深松铲叶片相对于其末端与圆弧段接触时的夹角为负10°~10°。

本方案以深松铲叶片切割入土的一端为作业端，远离作业端的一端为末端，以深松铲叶片相对于圆盘顺时针偏转为正，深松铲叶片相对于圆盘逆时针偏转为负；作业时，牵引装置的行走使深松铲随动旋转，凸轮固定不动，圆盘转动时带动深松铲叶片转动，非工作状态的深松铲叶片在伸缩装置的作用下，其末端与圆弧段接触配合，当圆盘旋转至末端进入凹槽段时，深松铲叶片通过与凸轮配合调整深松作业时旋转入土的角度到阻力较小的旋转入土角度，因此其能够有效的减小深松铲工作时的阻力，凸轮机构在旋转深松铲中的应用可以使得深松铲叶片调整入土角度；在与凹槽段配合时，深松铲叶片相对于圆盘有角度的改变，因此保证叶片相对于圆盘正向旋转10度时深松铲工作的耕深，这样其余角度的深松铲耕深会大于或等于本角度下的耕深，从而满足耕深要求。

作为优化，所述深松铲叶片的末端通过沿轴向延伸的铰轴铰接有与凸轮轮面接触的滚轮。本优化方案通过设置滚轮，减小了叶片与凸轮之间的摩擦力，使凸轮与旋转深松铲叶片上末端的滚轮之间相配合，其机械模型相当于摆动滚子凸轮机构，深松铲叶片相当于摆动推杆，从而保证了作业的顺利可靠进行。

作为优化，所述伸缩装置为一端圆盘连接、另一端与深松铲叶片末端连接的弹簧。本优化方案利用弹簧作为伸缩装置，结构简单，弹簧可随叶片受到的入土阻力变化而自行响应伸缩，并且弹簧的使用和维护成本低，有利于降低作业成本。

作为优化，所述凹槽段的槽底为弧形，凹槽段与圆弧段之间也通过弧形过渡。本优化方案的设置，提高了叶片进入和离开凹槽段时的平滑性，相应地使叶片进入和离开土壤时更加平顺，更有利于减小入土和出土阻力。

作为优化，所述圆弧段对应的圆心角为207°。本优化方案的圆弧段圆心角设置，使凹槽段所对应的角度范围为153°，可满足常用耕深的要求，扩大了适用范围。

作为优化，所述机架上设有沿畦宽方向滑接的套筒，套筒上螺纹连接有顶至机架的紧固螺钉，所述套筒固接向下延伸的安装架，所述凸轮与所述安装架固接，所述圆盘转动连接在所述安装架上。本优化方案的凸轮和圆盘通过安装架与机架连接，通过调整套筒的位置，实现相邻深松铲间距的调节，从而满足不同种植行距的要求。

作为优化，所述凸轮与圆盘之间的距离不小于2mm。本优化方案的设置使凸轮与圆盘之间留有一定的间隙，防止因圆盘转动导致凸轮和圆盘的磨损和产生噪声。

作为优化，所述机架上还安设有将深松铲叶片罩住的防护罩。本优化方案通过在机架上加设保护罩，将裸漏的深松铲用保护罩隔离起来，能够提高操作者操作深松机时的安全性，为了便于调整旋转深松铲的间距还有深松作业的深度，可将深松机的保护罩设计为可拆卸，并且在调整的位置预留空隙。

作为优化，深松铲叶片的入土端设有沿圆盘旋转方向倾斜的引导部。本优化方案通过设置引导部，减小了叶片入土时与土壤的接触面积，从而进一步减小了入土阻力。

本方案还提供一种深松作业方法，包括如下方面：

1、调整各旋转深松铲的间距和高度，并对深松铲的位置进行固定；

2、再将深松机机架装配至拖拉机的后面，并安装防护罩，通过拖拉机的牵引使旋转深松铲随动旋转，进行深松作业；

3、深松作业过程中，凸轮固定，当深松铲叶片开始旋转到与地面相接触的时候，深松铲叶片末端开始与凸轮上的凹槽段相接触，调整深松铲叶片旋转入土的角度为所受阻力较小的角度，进行深松作业；进入土壤进行深松作业的深松铲叶片通过与凸轮的配合调整旋转入土的角度至所受阻力较小的旋转入土角度，使得深松机在深松时所受到的阻力减小；在深松铲叶片深松作业结束之后，深松铲叶片旋转到凸轮的圆弧表面部分，开始与凸轮的圆弧部分相配合，由于此时凸轮的轮廓为圆弧，因此深松铲叶片不会相对于圆盘转动；

4、深松作业过程中，利用弹簧牵引深松铲叶片，使非工作状态时的深松铲叶片末端与凸轮相配合，保证深松作业过程的正常进行；

5、以叶片相对于圆盘顺时针偏转为正，刚旋转入土时叶片偏转角度是0度，然后随着旋转深松铲叶片的旋转，通过凹槽段使叶片偏转角度依次变为负6度、负10度、2度；当旋转深松铲叶片旋转到凹槽段中间位置时，叶片偏转角度变为10度，然后随着旋转深松铲的旋转，叶片偏转角度变为6度，最后又回归到0度。

本发明的有益效果为：通过深松铲叶片与凸轮的相互配合调整深松铲叶片旋转入土角度到阻力较小的旋转入土角度，因此能够有效的减小深松铲工作时的阻力；深松铲之间间距可调，因此本发明的深松机可以避开设施中的水肥一体化管道，防止水肥一体化管道受到破坏，能够用于设施大棚之中的深松。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明左视图；

图3为本发明俯视图；

图4为本发明轴测视图；

图5为本发明深松铲结构示意图；

图6为图5中A-A剖面图；

图7为本发明深松铲的装配示意图；

图8为本发明深松机机架结构示意图；

图9为本发明凸轮结构示意图；

图10为深松铲叶片偏转0度时实验结果；

图11为深松铲叶片偏转2度时实验结果；

图12为深松铲叶片偏转负2度时实验结果；

图13为深松铲叶片偏转6度时实验结果；

图14为深松铲叶片偏转负6度时实验结果；

图15为深松铲叶片偏转10度时实验结果；

图16为深松铲叶片偏转负10度时实验结果；

图中所示：

1、手扶拖拉机；2、旋转深松铲；2.1、深松铲叶片；2.2、圆盘；2.3、凸轮；2.4、弹簧；2.5、固定螺栓；2.6、转动轴；2.7、滚动轴承；2.8、凸轮连接件；3、防护罩；4、深松固定装置；4.1、机架；4.2、滑块。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。以深松铲叶片切割入土的一端为作业端，远离作业端的一端为末端，以深松铲叶片相对于圆盘顺时针偏转为正，深松铲叶片相对于圆盘逆时针偏转为负。

如图1~4所示一种设施的间距角度可调的旋转深松机，包括具有机架的深松固定装置4、固接于机架上的凸轮2.3和转动连接于机架上的圆盘2.2，凸轮与圆盘之间的距离不小于2mm，防止因圆盘转动导致凸轮和圆盘的磨损和产生噪声。圆盘的中心孔通过滚动轴承2.7穿设安装有转动轴2.6，凸轮通过固定螺栓2.5进行固定。圆盘上铰接有5件沿周向分布的深松铲叶片2.1，深松铲叶片的入土端设有沿圆盘旋转方向倾斜的引导部，且圆盘上设置有使深松铲叶片末端与凸轮轮面接触的伸缩装置2.4，本实施中的伸缩装置为一端圆盘连接、另一端与深松铲叶片末端连接的弹簧。弹簧2.4牵引深松铲叶片2.1非工作状态时与凸轮2.3相配合，保证深松作业过程的正常进行。深松铲叶片2.1进入土壤进行深松作业时，深松铲叶片受到的土壤阻力使得深松铲叶片2.1末端的滚轮压紧凸轮2.3。

深松铲叶片的末端通过沿轴向延伸的铰轴铰接有与凸轮轮面接触的滚轮，为进一步降低凸轮机构在使用过程中的磨损，本实施例采用如下措施：通过加润滑油的方式，使得凸轮副在接触的时候形成边界膜；在凸轮和滚子的生产过程中，对凸轮和滚子的接触表面进行表面强化；在凸轮和滚子表面涂一层耐磨涂层，来提高凸轮和滚子的耐磨性。

凸轮的轮面包括与圆盘同中心线的圆弧段和连接圆弧段两端点的凹槽段，圆弧段对应的圆心角为207°，深松铲叶片的末端移动至凹槽段中时，深松铲叶片相对于其末端与圆弧段接触时的夹角为6°~10°。凹槽段的槽底为弧形，凹槽段与圆弧段之间也通过弧形过渡。

机架上还安设有将深松铲叶片罩住的防护罩3，将裸漏的深松铲用保护罩隔离起来，从而提高了操作的安全性。为了便于调整旋转深松铲的间距还有深松作业的深度，将深松机的保护罩设计为可以拆卸的，并且在调整的位置预留空隙。

本实施例的深松机以手扶拖拉机作为动力牵引装置，机架通过销轴与小型手扶拖拉机相连接。旋转深松铲是进行深松作业的部件，在旋转深松装置中，三个旋转深松铲与凸轮相配合，连接于机架上，其中凸轮相对于机架是固定的，旋转深松铲随手扶拖拉机的牵引随动。

三个深松铲之间的间距可以通过在机架上的固定螺栓调整，它们的作业深度也可以通过与机架的固定螺栓进行调整。三个深松铲之间的深松间距可以从40cm到60cm调整。机架上设有沿畦宽方向滑接的套筒，套筒上螺纹连接有顶至机架的紧固螺钉，所述套筒固接向下延伸的安装架，所述凸轮与所述安装架固接，所述圆盘转动连接在所述安装架上。

安装架为桁架结构，并且深松机机架的后面设有两根桁架用于旋转深松铲的固定，之所以采用两根桁架，是为了确保旋转深松铲固定的稳定性，防止因为单根桁架固定引起旋转深松铲位置和角度的改变，从而引起整台深松机工作的失效。套筒为滑接在桁架上的空心桁架套，通过套筒上的螺栓与机架的挤压实现旋转深松铲位置的固定与调节，当螺栓旋紧时旋转深松铲与机架固定在一起，螺栓旋松时旋转深松铲与机架分离，从而实现了旋转深松铲位置和深松深度的可调节性。为了深松机机架能保证其强度，在机架上还设有用于加固的横梁。

为了得到凸轮轮廓曲线，将旋转深松铲叶片相对于圆盘的位置顺时针改变2度、6度、10度，然后分别再逆时针改变2度、6度和10度，加上不改变角度的深松铲，共得到了七个深松铲。将七个深松铲分别进行田间深松实验，分别研究在不同旋转角度下叶片深松作业角度的改变对深松铲阻力的影响。本发明中需要保证的最低耕深为25cm，由于叶片相对于圆盘有角度的改变，因此需要保证叶片相对于圆盘正向旋转10度时深松铲工作的耕深，这样其余角度的深松铲耕深会大于或等于本角度下的耕深。

将上述实验结果受力折线图放在EXCEL表格中整理分析，绘制受力折线图，这样能够直观准确的确定当旋转深松铲深松作业每旋转固定的角度时受力最小的叶片偏转角度。确定这七个入土瞬间受力最小的一个是叶片偏转角度为0度时的模型，所以入土瞬间旋转深松铲叶片偏转的角度选择为0度，在旋转深松铲出土根据出土时各个模型的实验结果，同样的也选择叶片偏转角度为0度，这与实际的情况也是相符合的。在研究实验的结果时，我们是以旋转深松铲旋转时的角度为研究的自变量，根据实验的结果确定当旋转深松铲叶片深松作业时，每旋转一定的角度时，叶片偏转角度对旋转深松铲叶片所受阻力的影响。这样我们就能够找出旋转深松铲每转动一定的角度时，受力最小的叶片偏转角度。为了便于设计凸轮的轮廓曲线，把一些不合理的角度去除掉，最后确定设计凸轮轮廓曲线的叶片偏转角度。刚旋转入土时叶片偏转角度是0度，然后随着旋转深松铲叶片的旋转，角度变为负6度、负10度、2度。当旋转深松铲叶片旋转到中间位置时，叶片偏转角度变为10度，然后随着旋转深松铲的旋转，叶片偏转角度变为6度，最后又回归到0度。深松铲中凸轮部件轮廓曲线的设计是根据实验结果，得到深松铲旋转入土时的较优的角度与位置，反求得到凸轮的轮廓曲线。

利用本实施例凸轮与叶片的配合，减小了深松作业中深松机所受到的阻力，提高了深松机的效率，并且由于使用旋转深松铲，可以有效的减少深松作业对土壤表面的破坏。

在深松作业时，先通过了解设施中的水肥一体化管道的布置间距，调整深松机机架4.1上的套筒，将旋转深松铲2调整到合适的位置，将深松机机架上的螺钉拧紧固定，确定旋转深松铲2之间的相对位置。确定旋转深松铲2之间的相对位置以后，根据设施作物所需要的耕深，调节旋转深松铲2的高度，调整至合适的位置以后，拧紧固定滑块4.2上的螺栓，通过螺栓与旋转深松铲2上的凸轮连接件2.8的挤压来固定旋转深松铲2。固定后的深松机机架4.1装配至手扶拖拉机1的后面，将可拆卸的防护罩3安装到深松机机架4.1上，通过手扶拖拉机1的牵引，旋转深松铲2随动旋转，进行深松作业。

在具体深松作业过程中，以其中一个旋转深松铲2为例，旋转深松铲2包括圆盘2.2、凸轮2.3和五个深松铲叶片2.1。深松铲叶片2.1铰接于圆盘2.2上，可以相对于圆盘2.2相对转动。深松铲叶片2.1末端装配的滚轮和相对于机架4.1固定的凸轮2.3相互配合，改变其相对于圆盘2.2的角度。在进行深松作业时，五个深松铲叶片2.1都和凸轮2.3相接触，凸轮2.3的轮廓曲线如图所示。当深松铲叶片2.1开始旋转到与地面相接触的时候，其开始与凸轮2.3上的凹槽段相接触，调整其旋转入土的角度为所受阻力较小的角度，进行深松作业。进入土壤进行深松作业的深松铲叶片2.1通过与凸轮2.3的配合调整旋转入土的角度至所受阻力较小的旋转入土角度，使得深松机在深松时所受到的阻力减小。在深松铲叶片2.1深松作业结束之后，其旋转到凸轮2.3的圆弧表面部分，开始与凸轮2.3的圆弧部分相配合，由于此时凸轮的轮廓为圆弧，因此深松铲叶片2.1不会相对于圆盘2.2转动。其余的两个旋转深松铲深松作业的过程与此过程相同。

使用本实施例深松机进行的深松作业方法，包括如下方面：

1、调整各旋转深松铲的间距和高度，并对深松铲的位置进行固定；

2、再将深松机机架装配至拖拉机的后面，并安装防护罩，通过拖拉机的牵引使旋转深松铲随动旋转，进行深松作业；

3、深松作业过程中，凸轮固定，当深松铲叶片开始旋转到与地面相接触的时候，深松铲叶片末端开始与凸轮上的凹槽段相接触，调整深松铲叶片旋转入土的角度为所受阻力较小的角度，进行深松作业；进入土壤进行深松作业的深松铲叶片通过与凸轮的配合调整旋转入土的角度至所受阻力较小的旋转入土角度，使得深松机在深松时所受到的阻力减小；在深松铲叶片深松作业结束之后，深松铲叶片旋转到凸轮的圆弧表面部分，开始与凸轮的圆弧部分相配合，由于此时凸轮的轮廓为圆弧，因此深松铲叶片不会相对于圆盘转动；

4、深松作业过程中，利用弹簧牵引深松铲叶片，使非工作状态时的深松铲叶片末端与凸轮相配合，保证深松作业过程的正常进行；

5、以叶片相对于圆盘顺时针偏转为正，刚旋转入土时叶片偏转角度是0度，然后随着旋转深松铲叶片的旋转，通过凹槽段使叶片偏转角度依次变为负6度、负10度、2度；当旋转深松铲叶片旋转到凹槽段中间位置时，叶片偏转角度变为10度，然后随着旋转深松铲的旋转，叶片偏转角度变为6度，最后又回归到0度。

本发明中的深松机可以有效的进行设施深松作业，既能对设施大棚进行深松，在深松作业时不会破坏设施中的水肥一体化管道，对于深松作业的土壤表面的破坏较小，不会影响设施作物的生长，并且能够减小传统旋转深松铲深松作业的工作阻力，提高深松作业的效率。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种设施的间距角度可调的旋转深松机，包括机架和安装在机架上的旋转深松铲，其特征在于：所述旋转深松铲包括固接于机架上的凸轮（2.3）和转动连接于机架上的圆盘（2.2），所述圆盘上铰接有若干沿周向分布的深松铲叶片（2.1），且圆盘上设置有使深松铲叶片末端与凸轮轮面接触的伸缩装置（2.4）；

所述凸轮的轮面包括与圆盘同中心线的圆弧段和连接圆弧段两端点的凹槽段，深松铲叶片的末端移动至凹槽段中时，深松铲叶片相对于其末端与圆弧段接触时的夹角为6°~10°；

所述伸缩装置为一端圆盘连接、另一端与深松铲叶片末端连接的弹簧；

使用所述旋转深松机进行的深松作业方法，包括如下方面：

1）调整各旋转深松铲的间距和高度，并对深松铲的位置进行固定；

2）再将深松机机架装配至拖拉机的后面，并安装防护罩，通过拖拉机的牵引使旋转深松铲随动旋转，进行深松作业；

3）深松作业过程中，凸轮固定，当深松铲叶片开始旋转到与地面相接触的时候，深松铲叶片末端开始与凸轮上的凹槽段相接触，调整深松铲叶片旋转入土的角度为所受阻力较小的角度，进行深松作业；进入土壤进行深松作业的深松铲叶片通过与凸轮的配合调整旋转入土的角度至所受阻力较小的旋转入土角度，使得深松机在深松时所受到的阻力减小；在深松铲叶片深松作业结束之后，深松铲叶片旋转到凸轮的圆弧表面部分，开始与凸轮的圆弧部分相配合，由于此时凸轮的轮廓为圆弧，因此深松铲叶片不会相对于圆盘转动；

4）深松作业过程中，利用弹簧牵引深松铲叶片，使非工作状态时的深松铲叶片末端与凸轮相配合，保证深松作业过程的正常进行；

5）以叶片相对于圆盘顺时针偏转为正，刚旋转入土时叶片偏转角度是0度，然后随着旋转深松铲叶片的旋转，通过凹槽段使叶片偏转角度依次变为负6度、负10度、2度；当旋转深松铲叶片旋转到凹槽段中间位置时，叶片偏转角度变为10度，然后随着旋转深松铲的旋转，叶片偏转角度变为6度，最后又回归到0度。

2.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述深松铲叶片的末端通过沿轴向延伸的铰轴铰接有与凸轮轮面接触的滚轮。

3.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述凹槽段的槽底为弧形，凹槽段与圆弧段之间也通过弧形过渡。

4.根据权利要求3所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述圆弧段对应的圆心角为207°。

5.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述机架上设有沿畦宽方向滑接的套筒，套筒上螺纹连接有顶至机架的紧固螺钉，所述套筒固接向下延伸的安装架，所述凸轮与所述安装架固接，所述圆盘转动连接在所述安装架上。

6.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述凸轮与圆盘之间的距离不小于2mm。

7.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：所述机架上还安设有将深松铲叶片罩住的防护罩。

8.根据权利要求1所述的一种设施的间距角度可调的旋转深松机，其特征在于：深松铲叶片的入土端设有沿圆盘旋转方向倾斜的引导部。