CN110447323A - 一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机及使用方法，其中粉垄机包括机架，所述机架上铰接钻头悬臂，钻头悬臂上安装有位于钻头悬臂与机架铰接点下方的粉垄钻头，以及驱动所述粉垄钻头旋转的动力装置，钻头悬臂与机架铰接点的上方设有两端分别与钻头悬臂、机架铰接的气缸，所述气缸通过避障管道装置连通气源装置。本发明通过将相邻螺旋绞龙叶片设置为不连续且旋向相反，相邻旋向相反的螺旋绞龙叶片提土与压土同时进行，土壤在两片相邻螺旋叶片之间上下翻动，可以实现粉碎土壤的同时不打乱土层；通过设置避障管道装置，实现了粉垄钻头的自主避障，减小了阻碍物对钻土的损伤，从而延长了粉垄钻头的使用寿命。

Description

一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机及使用方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及到一种可实现粉垄作业时自主避障的可避障粉垄机，具体为一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机及使用方法。

背景技术

随着农业机械化水平的不断提高，我国农业迅速发展，作物产量不断提升。然而由于长期的浅耕，土壤受农机具的挤压，导致耕作层和心土层之间土壤被过度压实而得不到松翻，形成了犁底层。犁底层土壤的容重大，有机物等营养物质明显减少，土壤孔隙度减小，土壤板结，透气性差，不利于作物根系发育，影响作物产量。粉垄耕作技术（又称深旋耕技术），是通过粉垄钻头深入土中，打碎、研磨土壤，可以疏松土壤，能够有效打破犁底层，改善土壤理化性质。

现有技术中针对粉垄作业已经提出了一些改进方案。例如，中国发明专利“一种松耕粉垄机构（申请号201510079692.8）”公开了一种可实现在钻头垂直于土地方向和平行于土地方向两种状态下进行粉垄作业的粉垄机构，可以减小粉垄作业的行进阻力，避免粉垄钻头受到径向阻力。中国发明专利“一种浮动式松耕粉垄机（申请号201820063580.2）”公开了一种浮动式松耕粉垄机，在松耕作业过程中，能减小震动，耕深稳定，提高松耕粉垄机的使用寿命。

但是，上述设计并没有实现避障功能，在粉垄作业时遇到石块等坚硬物体将会损伤粉垄钻头以及传动箱。而且粉垄作业后土层易被打乱，下层贫瘠土壤上翻，上层肥沃土壤下陷，土壤肥力不能得到有效利用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机及使用方法，能使粉垄装置在粉垄作业中遇到石块等坚硬物体时及时避开障碍，实现对粉垄装置的保护；提供一种多段式粉垄钻头，可实现粉碎土壤的同时不打乱土层。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，包括机架，所述机架上铰接钻头悬臂，钻头悬臂上安装有位于钻头悬臂与机架铰接点下方的粉垄钻头，以及驱动所述粉垄钻头旋转的动力装置，钻头悬臂与机架铰接点的上方设有两端分别与钻头悬臂、机架铰接的气缸，所述气缸通过避障管道装置连通气源装置。

本方案通过设置机架给其余零部件提供安装载体，钻头悬臂与机架铰接，使得钻头悬臂可在气缸作用下绕铰接点转动，钻头悬臂与机架可以通过销铰接；粉垄钻头安装在钻头悬臂下部，由动力装置驱动粉垄钻头旋转作业；通过气源装置提供气动元件所需的高压空气，通过设置避障管道装置，使得气缸可以在作业阻力大时改变伸缩状态，实现避障；实际生产中，在进行粉垄作业时，由拖拉机提供行进动力，动力装置驱动粉垄钻头进行粉垄作业；当粉垄作业过程中某一粉垄钻头遇到石块等坚硬物体行进阻力过大时，相应气缸受压过大因过载保护泄气，钻头悬臂绕销转动带动该粉垄钻头出土；延迟几秒后，气缸恢复动作，粉垄钻头重新入土继续粉垄作业。

作为优化，所述避障管道装置包括连通气缸无杆腔和气源装置出气端的第一管路，以及通过第二管路与气源装置出气端连通的延时控制阀，所述第一管路上自气源装置向气缸方向依次设置有气控式二位四通阀和单向阀，气缸与单向阀之间的管路通过设置有溢流阀的第三管路与气控式二位四通阀的左气控口连通，气控式二位四通阀的右气控口通过设置有减压阀的第四管路与延时控制阀连通，延时控制阀的进气端通过设置有减压阀的第五管路与气控式二位四通阀连通。本优化方案的避障管道装置设置，实现了自主避障，行进阻力过大时气缸泄气，障碍过后气缸恢复工作，其中单向阀进口管路与第五管路位于气控式二位四通阀的同侧，单向阀允许气体由气源装置向气缸流动通过；高压气体经过气控式二位四通阀、单向阀为气缸供气，此时气缸正常工作；当行进阻力过大时，气缸内气压升高，溢流阀打开，气缸泄气的同时气控式二位四通阀换向，高压空气通过气控式二位四通阀、减压阀为延时控制阀供气，待延时结束后延时控制阀换向；高压空气通过延时控制阀、减压阀到气控式二位四通阀气控开关，使得气控式二位四通阀换向，气缸恢复正常工作。

作为优化，所述第一管路和第二管路汇集至主管路后与气源装置连通，所述主管路上安装有气动三联件。本优化方案通过设置主管路，使设备的整体管路布置更加整齐合理，通过设置气动三联件，进行过滤和减压，保证使用的可靠性。

作为优化，所述气源装置包括固设在机架上的干燥器、气罐和空气压缩机，所述空气压缩机的进气口与干燥器连通，空气压缩机的出气口与气罐连通。本优化方案的气源装置通过干燥器对进入空气压缩机的空气进行干燥，利用空气压缩机将气体压缩后送至气罐内储存，以保证高压气体供应的连续性。

作为优化，所述钻头悬臂的前侧固接有尖端朝前的破土刃。本优化方案通过设置破土刃代替钻头钻杆破土，以减小粉垄作业时的行进阻力，可在破土刃的内部开设通孔，以用于安置气体管道。

作为优化，所述粉垄钻头包括通过轴承套设安装在钻头悬臂下端的套筒和固接于套筒下端的钻尖，所述套筒的外侧壁上固接有若干段断续分布的螺旋绞龙叶片。本优化方案的粉垄钻头通过轴承与钻头悬臂连接，提高了钻头旋转的稳定性和灵活性，通过设置螺旋绞龙叶片进行粉垄，由于螺旋绞龙叶片之间不连续，因此可以避免粉垄时土壤拥堵，从而提高粉垄效果。

作为优化，相邻的两螺旋绞龙叶片旋向相反。通过本优化方案的设置，在粉垄作业过程中，相邻旋向相反的螺旋绞龙叶片提土与压土同时进行，土壤在两片相邻螺旋叶片之间上下翻动，可以实现粉碎土壤的同时而不打乱土层，使土壤肥力得到有效利用。

作为优化，螺旋绞龙叶片的切土端设有切削刃，螺旋绞龙叶片切削刃法线方向与运动方向呈11.28°滑切角。通过本优化方案的设置，在粉垄作业过程中，粉垄钻头螺旋绞龙叶片切削刃可以将土壤的切削由平切变为滑切，减小切削阻力。

作为优化，所述动力装置包括固定于钻头悬臂内部且输出轴沿轴向伸出钻头悬臂的气动马达，以及将气动马达输出轴和粉垄钻头同轴固接的键套。本优化方案将气动马达作为动力装置，可以与气缸使用同一气源装置，简化了整机结构，减小了整机占用空间，将气动马达固定在钻头悬臂内部，对气动马达起到防护作用，同时进一步减小了占用空间。

一种气动深松粉垄机的使用方法，包括如下方面：

1、由拖拉机提供前进动力，由气动马达驱动粉垄钻头旋转，由气源装置提供高压气体；

2、正常工作时，高压气体依次经过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和单向阀为气缸供气；

3、粉垄钻头遇到坚硬物体而造成行进阻力过大时，气缸无杆腔内的气压升高，溢流阀打开，气缸泄气的同时气控式二位四通阀换向；高压空气依次通过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和减压阀为延时控制阀供气，待延时结束后延时控制阀换向；高压空气依次通过气罐、气动三联件、延时控制阀、减压阀到气控式二位四通阀的气控开关，使得气控式二位四通阀换向，气缸恢复正常工作。

本方法在使用时，通过供气管路的设置，使设备在粉垄作业过程中遇到坚硬阻碍物时，可以通过气缸的动作将粉垄钻头旋转出土壤，从而实现了避障，提高了粉垄钻头的寿命。

本发明的有益效果为：通过将相邻螺旋绞龙叶片设置为不连续且旋向相反，在粉垄作业过程中，相邻旋向相反的螺旋绞龙叶片提土与压土同时进行，土壤在两片相邻螺旋叶片之间上下翻动，可以实现粉碎土壤的同时不打乱土层，并且多段螺旋绞龙叶片对应着更多的切削刃，可以对土壤更好地切削打碎；通过设置避障管道装置，实现了粉垄钻头的自主避障，减小了阻碍物对钻土的损伤，从而延长了粉垄钻头的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是钻头悬臂示意图；

图3是粉垄钻头示意图；

图4是螺旋绞龙叶片切削刃示意图；

图5是粉垄钻头剖视图；

图6是避障管道装置气路原理图；

图7是单一粉垄钻头粉垄作业状态示意图；

图8是单一粉垄钻头避障状态示意图。

图中所示：

1、干燥器；2、限深轮；3、气体管道；4、钻头悬臂；5、粉垄钻头；6、机架；7、气缸；8、气罐；9、空气压缩机；10、破土刃；11、轴承端盖；12、双列圆锥滚子轴承；13、套筒；14、气动马达；15、深沟球轴承；16、密封圈；17、键套；18、气动三联件；19、气控式二位四通阀；20、单向阀；21、溢流阀；22、减压阀；23、延时控制阀。

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。

实施例一

如图1所示一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，包括安装有限深轮2的机架6和安装在机架上的气源装置，气源装置为整机的气动元件提供高压空气，机架6用于安装和支撑其他部件，并且机架通过三点悬挂挂接在拖拉机上，通过拖拉机提供行走动力。气源装置包括固设在机架上的干燥器1、气罐8和空气压缩机9，所述空气压缩机9的进气口与干燥器连通，空气压缩机的出气口与气罐连通。

机架6上通过销铰接有沿横向排布的若干钻头悬臂4，所述钻头悬臂4上安装有位于钻头悬臂与机架铰接点下方的粉垄钻头5，以及驱动所述粉垄钻头5旋转的动力装置，钻头悬臂与机架铰接点的上方设有两端分别与钻头悬臂、机架铰接的气缸7，所述气缸7通过避障管道装置连通气源装置，气缸7动作时，可驱动钻头悬臂绕销转动。

钻头悬臂的前侧固接有尖端朝前且位于粉垄钻头上方的破土刃10，破土刃内部开有通孔用于安置气体管道3，现有粉垄机只有在粉垄钻头钻杆下部分存在螺旋绞龙叶片，在进行作业时没有螺旋绞龙叶片的钻杆部分也位于土下，由钻杆直接破土。在本发明中由钻头悬臂上的破土刃代替钻头钻杆破土，可以有效减小粉垄作业时的行进阻力。

如图6，避障管道装置包括连通气缸无杆腔和气源装置出气端的第一管路，以及通过第二管路与气源装置出气端连通的延时控制阀23，所述第一管路上自气源装置向气缸方向依次设置有气动三联件18、气控式二位四通阀19和单向阀20，单向阀允许气体由气源装置向气缸流动通过。气缸7与单向阀20之间的管路通过设置有溢流阀21的第三管路与气控式二位四通阀19的左气控口连通，气控式二位四通阀的右气控口通过设置有减压阀的第四管路与延时控制阀23连通，延时控制阀的进气端通过设置有减压阀22的第五管路与气控式二位四通阀连通，单向阀进口管路与第五管路位于气控式二位四通阀的同侧。第一管路和第二管路汇集至主管路后与气源装置的气罐连通，所述主管路上安装有气动三联件18。

为实现气缸7动作，即行进阻力过大时气缸泄气，障碍过后气缸恢复工作，设计原理如图6所示的避障管道装置，高压气体经过气罐8、气动三联件18、气控式二位四通阀19、单向阀20为气缸7供气，此时气缸7正常工作；当行进阻力过大时，气缸7内气压升高，溢流阀21打开，气缸7泄气的同时气控式二位四通阀19换向；高压空气通过气罐8、气动三联件18、气控式二位四通阀19、减压阀22为延时控制阀23供气，待延时结束后延时控制阀23换向；高压空气通过气罐8、气动三联件18、延时控制阀23、减压阀到气控式二位四通阀19气控开关，使得气控式二位四通阀19换向，气缸7恢复正常工作。

粉垄钻头采用多段式设计，由多段螺旋绞龙叶片组成，相邻螺旋绞龙叶片不连续且旋向相反。具体地，粉垄钻头包括通过轴承套设安装在钻头悬臂下端的套筒和固接于套筒下端的钻尖，所述套筒的外侧壁上固接有若干段断续分布的螺旋绞龙叶片5，相邻的两螺旋绞龙叶片旋向相反，第一片螺旋绞龙叶片起点与钻头钻杆有钻尖的一端重合。

在本实施方式中，粉垄钻头5的螺旋绞龙叶片分为相反旋向的两组，依次分布于钻头钻杆上，螺距为50mm。第一片螺旋绞龙叶片起点与钻头钻杆有钻尖的一端重合，高度为0.5倍螺距，为半圈螺旋绞龙叶片；以过第一片螺旋绞龙叶片起点与钻杆轴线的平面为对称面，将第一片螺旋绞龙叶片镜像，并沿钻杆轴线向远离钻尖的方向平移0.5倍螺距，生成第二片螺旋绞龙叶片；以此类推，生成全部的6片螺旋绞龙叶片，如图3所示。螺旋绞龙叶片的切土端设有切削刃，螺旋绞龙叶片切削刃法线方向与运动方向呈11.28°滑切角，如图4所示。

动力装置包括固定于钻头悬臂内部且输出轴沿轴向伸出钻头悬臂的气动马达14，以及将气动马达14的输出轴和粉垄钻头同轴固接的键套17。具体地，如图5所示，气动马达14通过法兰安装在钻头悬臂4上，通过键套17与钻头钻尖配合，驱动粉垄钻头5转动。粉垄钻头5的安装采用一支点双向固定，另一支点游动的轴承配置。粉垄钻头5安装在钻头悬臂4上，下支点采用深沟球轴承15，由气动马达法兰盘及套筒13限制其轴向移动；上支点采用双列圆锥滚子轴承12，由轴肩和套筒3及轴承端盖11限制其轴向移动，轴承端盖11与钻头悬臂之间设有密封圈16。

该粉垄机进行粉垄作业时，由拖拉机提供前进动力，由气动马达14驱动粉垄钻头5。当粉垄作业过程中某一粉垄钻头遇到石块等坚硬物体行进阻力过大时，气缸7在过载保护的作用下泄气，钻头悬臂4绕销转动使得粉垄钻头5出土；等障碍过后气缸7恢复动作粉垄钻头5入土继续进行粉垄作业，如图7所示。粉垄机的自主避障功能，减少或避免了土下石块等坚硬物体对粉垄钻头的损伤，提高了粉垄机的适用范围。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，粉垄钻头由3组螺旋绞龙叶片组成。每片螺旋绞龙叶片高度为1/3螺距，即1/3圈螺旋绞龙叶片。在钻杆径向截面中，以钻头轴线所在位置为圆心，可将该截面分为3组扇面，每组扇面为120°，每组螺旋绞龙叶片在上述平面的投影分别分布在3组扇面中。钻头钻杆可沿轴向方向分为若干段，每段高度为1/3螺距，以靠近钻尖一段开始，交替分布第1、2、3组螺旋绞龙叶片，且相邻螺旋绞龙叶片旋向相反。

相邻两螺旋绞龙叶片旋向相反可以避免螺线绞龙叶片在作业过程中对土壤土层的打乱，每片螺旋绞龙叶片之间不连续可以避免土壤拥堵。多段螺旋绞龙叶片与单螺旋绞龙叶片相比，切削刃更多，土壤粉碎效果更好。切削刃滑切角的设计使叶片对土壤的切削由平切变为滑切，减少切削阻力。

上述两实施例气动深松粉垄机的使用方法，包括如下方面：

1、由拖拉机提供前进动力，由气动马达驱动粉垄钻头旋转，由气源装置提供高压气体；

2、正常工作时，高压气体依次经过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和单向阀为气缸供气；

3、粉垄钻头遇到坚硬物体而造成行进阻力过大时，气缸无杆腔内的气压升高，溢流阀打开，气缸泄气的同时气控式二位四通阀换向；

高压空气依次通过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和减压阀为延时控制阀供气，待延时结束后延时控制阀换向；

高压空气依次通过气罐、气动三联件、延时控制阀、减压阀到气控式二位四通阀的气控开关，使得气控式二位四通阀换向，气缸恢复正常工作。

本粉垄机的避障设计，避免或减少了粉垄作业时土下石块等坚硬物体对粉垄钻头的损伤，提高了粉垄钻头的寿命。避障功能可以使粉垄机在山地丘陵土壤深度较浅且石块较多的地区进行粉垄作业，提高了粉垄机的适用范围。

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 (10)

1.一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，包括机架（6），其特征在于：所述机架（6）上铰接钻头悬臂（4），钻头悬臂（4）上安装有位于钻头悬臂与机架铰接点下方的粉垄钻头（5），以及驱动所述粉垄钻头（5）旋转的动力装置，钻头悬臂与机架铰接点的上方设有两端分别与钻头悬臂、机架铰接的气缸（7），所述气缸（7）通过避障管道装置连通气源装置。

2.根据权利要求1所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述避障管道装置包括连通气缸无杆腔和气源装置出气端的第一管路，以及通过第二管路与气源装置出气端连通的延时控制阀（23），所述第一管路上自气源装置向气缸方向依次设置有气控式二位四通阀（19）和单向阀（20），气缸（7）与单向阀（20）之间的管路通过设置有溢流阀（21）的第三管路与气控式二位四通阀（19）的左气控口连通，气控式二位四通阀的右气控口通过设置有减压阀的第四管路与延时控制阀（23）连通，延时控制阀的进气端通过设置有减压阀（22）的第五管路与气控式二位四通阀连通。

3.根据权利要求2所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述第一管路和第二管路汇集至主管路后与气源装置连通，所述主管路上安装有气动三联件（18）。

4.根据权利要求1所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述气源装置包括固设在机架上的干燥器（1）、气罐（8）和空气压缩机（9），所述空气压缩机（9）的进气口与干燥器连通，空气压缩机的出气口与气罐连通。

5.根据权利要求1所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述钻头悬臂的前侧固接有尖端朝前的破土刃（10）。

6.根据权利要求1所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述粉垄钻头包括通过轴承套设安装在钻头悬臂下端的套筒和固接于套筒下端的钻尖，所述套筒的外侧壁上固接有若干段断续分布的螺旋绞龙叶片（5）。

7.根据权利要求6所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：相邻的两螺旋绞龙叶片旋向相反。

8.根据权利要求6或7所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：螺旋绞龙叶片的切土端设有切削刃，螺旋绞龙叶片切削刃法线方向与运动方向呈11.28°滑切角。

9.根据权利要求1所述的一种采用反螺旋叶片钻头的气动深松粉垄机，其特征在于：所述动力装置包括固定于钻头悬臂内部且输出轴沿轴向伸出钻头悬臂的气动马达（14），以及将气动马达（14）的输出轴和粉垄钻头同轴固接的键套（17）。

10.一种气动深松粉垄机的使用方法，其特征在于，包括如下方面：

（1）由拖拉机提供前进动力，由气动马达驱动粉垄钻头旋转，由气源装置提供高压气体；

（2）正常工作时，高压气体依次经过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和单向阀为气缸供气；

（3）粉垄钻头遇到坚硬物体而造成行进阻力过大时，气缸无杆腔内的气压升高，溢流阀打开，气缸泄气的同时气控式二位四通阀换向；

高压空气依次通过气罐、气动三联件、气控式二位四通阀和减压阀为延时控制阀供气，待延时结束后延时控制阀换向；

高压空气依次通过气罐、气动三联件、延时控制阀、减压阀到气控式二位四通阀的气控开关，使得气控式二位四通阀换向，气缸恢复正常工作。