CN111247885A - 一种滑切-交互作用式分层深松装置 - Google Patents

一种滑切-交互作用式分层深松装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑切–交互作用式分层深松装置，包括前铲和后铲；前铲包括一体连接的紧固段H1、滑切段H2与连接段H3；后铲包括一体连接的紧固段H4、交互滑切段H5和连接段H6；紧固段H1与紧固段H4平行且分别连接机架，连接段H3与连接段H6分别连接铲尖；滑切段H2的刃口曲线根据秸秆、根茬和土壤的力学特性确定；交互滑切段H5依据根茬、土壤力学特性以及前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置的离散元仿真分析数据和犁底层土壤力学特性确定。前铲依据土壤力学特性对根茬和土壤做初步滑切，后铲对前铲作业后回落后的土壤做进一步滑切，从而降低深松铲整体的耕作阻力、增强深松铲的破茬性能、降低土壤扰动量。

Description

一种滑切-交互作用式分层深松装置
技术领域
本发明涉及农业设备技术领域，更具体的说是涉及一种滑切-交互作用式分层深松装置。
背景技术
深松是保护性耕作的核心技术之一，土壤经过深松可以打破坚硬的犁底层、提高水分利用率、减少水土流失、增强水土保持能力、改善作物根系生长环境，有利于作物根系的生长发育，因此可以大幅度增加根系作物的产量。深松铲是深松机械的关键部件。
现有深松铲在进行深松作业时，往往单独作业，其还存在根土结合体、土块残留较大等问题，而根土结合体和较大土块均提升了土壤的固结程度，使作物的根系生长环境不利且水分利用率低，不利于作物根系的生长发育，作物初期的发育期延长，难以确保作物产量，并且现有技术中的深松铲还存在耕作阻力过大，深松后耕地表层土壤扰动量过大等问题。
因此如何对深松铲进进行设计以降低深松阻力并切割根茬、土壤，降低土壤扰动量，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双深松铲交互作用的分层深松装置，前铲依据秸秆、根茬和土壤力学特性进行设计并对秸秆、根茬和土壤进行初步滑切，对耕作层土壤进行深松，后铲FG段依据根茬、土壤力学特性设计，并对根茬、土壤产生滑切作用；后铲GJ交互段可以对前铲深松后回落的土壤形成交互作用，进一步对土壤形成滑切；后铲JK段依据犁底层土壤力学特性进行设计，可以有效滑切犁底层土壤，后铲对耕作层和犁底层土壤进行深松。整体的滑切交互设计使得分层深松铲具有更低的耕作阻力、更优的破茬性能、更小的土壤扰动。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，包括前铲和后铲；
所述前铲包括一体连接的紧固段H1、滑切段H2与连接段H3；所述后铲包括一体连接的紧固段H4、交互滑切段H5和连接段H6；
所述紧固段H1与所述紧固段H4平行且分别连接机架，所述滑切段H2在前对秸秆、根茬和耕作层内土壤进行滑切，所述交互滑切段H5在后对根茬、前铲作业后的回落土壤和犁底层土壤进行滑切，所述连接段H3与所述连接段H6分别连接铲尖；
所述滑切段H2的刃口曲线根据秸秆、根茬和土壤的力学特性确定；所述交互滑切段H5的刃口曲线依据根茬和土壤力学特性、前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置的离散元仿真分析数据以及犁底层土壤力学特性确定。
优选的，所述滑切段H2的刃口曲线AE包括由上至下一体设置的AB、BC、CD、DE四段，依次由以下四段拟合曲线方程得到：
y＝0.0066x2-2.246x；
y＝-3.487x；
y＝0.0052x2-1.6643x；
y＝0.0021x2-1.4281x；
所述滑切段H2的内准线MN与外准线OP与刃口曲线一致；
所述交互滑切段H5的刃口曲线FK包括由上至下一体设置的FG、GH、HI、IJ、JK五段，依次由以下五段拟合曲线方程得到：
y＝5.416×10-5x2-0.6745x
y＝-2.945×10-6x5+0.0002437x4-0.005619x3+0.01143x2-0.6409x+0.04023
y＝-7.995×10-7x5+0.000193x4-0.01743x3+0.7261x2-15.07x+97.26
y＝-1.289×10-7x5+6.018×10-5x4-0.01154x3+1.132x2-56.79x+1068
y＝-0.00845x2+1.20949x-128.77432；
所述交互滑切段H5的内准线QR与外准线ST与刃口曲线一致。
其中，以地表为0基准面，滑切段H2根据测量秸秆、地表以上的0～124mm的根茬以及地表以下耕作层内-120～0mm的土壤和根茬力学特性确定；交互滑切段H5中FG段根据地表以下-62～0mm根茬和土壤力学特性确定，GJ段根据离散元仿真分析前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置确定，JK段根据地表下-275～-175mm的犁底层土壤的力学特性确定。
优选的，所述交互滑切段H5的F点与所述滑切段H2的C点在同一水平面上，均与地面平齐。
优选的，以地面为0基准面，所述AC段位于地上部分，高度124mm，所述CE段位于地下部分，高度为-120mm；所述FK位于地下，高度-275mm。
优选的，所述B点高度30mm，所述D点高度为-60mm；所述G点高度-62mm，所述J点高度为-175mm。
其中，AC段对地表的秸秆和根茬进行滑切，CE段对耕作层内的土壤进行初步滑切；FG段对耕作层内的根茬和土壤滑切，GJ段对前铲作业后回落的土壤进一步滑切，JK段对犁底层土壤进行滑切。
优选的，所述滑切段H2的刃口切削角与所述交互滑切段H5的刃口切削角均为40°。
优选的，所述连接段H3与所述连接段H6的铲尖连接平面与所述水平面的夹角分别为α和β，所述α＝β＝21°。
优选的，所述紧固段H1与所述紧固段H4水平间距为345mm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种滑切–交互作用式分层深松装置，具有以下优点：
采用前铲与后铲的结合设计，使前后铲交互作用，前铲对秸秆、根茬和土壤进行初步滑切，后铲对前铲切割后回落的土壤等进一步滑切，并滑切犁底层土壤，达到深松的目的，且降低土壤的固结程度；使作物的根系具有良好的生长环境，水分利用率高，利于作物根系的生长发育，缩短作物初期的发育期，有效提升作物产量，并且依据秸秆、根茬、土壤的力学特性以及离散元仿真分析前铲作业后土壤的回落，确定前铲与后铲滑切段的刃口曲线，从而降低深松铲整体的耕作阻力、增强深松铲的破茬性能、降低地表土壤扰动量，达到节能降耗和土地蓄水保墒的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1提供的一种滑切–交互作用式分层深松装置的前铲结构示意图；
图2附图为本发明实施例1提供的一种滑切–交互作用式分层深松装置的后铲结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1-2所示，一种滑切–交互作用式分层深松装置，包括前铲和后铲；
所述前铲包括一体连接的紧固段H1、滑切段H2与连接段H3；所述后铲包括一体连接的紧固段H4、交互滑切段H5和连接段H6。其中高度H1+H2+H3＝554mm，H1高258mm，宽60mm；H4+H5+H6＝734mm，H4高407mm，宽60mm；
所述紧固段H1与所述紧固段H4平行且分别连接机架，所述滑切段H2在前对秸秆、根茬和耕作层内的土壤进行切割，所述交互滑切段H5在后对根茬、耕作层回落土壤和犁底层土壤进行切割，所述连接段H3与所述连接段H6分别连接铲尖；
所述滑切段H2的刃口曲线根据秸秆、根茬和土壤的力学特性确定；所述交互滑切段H5的刃口曲线依据根茬和土壤力学特性、前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置的离散元仿真分析数据以及犁底层土壤力学特性确定；其中，
所述滑切段H2的刃口曲线AE包括由上至下一体设置的AB、BC、CD、DE四段，依次由以下四段拟合曲线方程得到：
y＝0.0066x2-2.246x；
y＝-3.487x；
y＝0.0052x2-1.6643x；
y＝0.0021x2-1.4281x；
所述滑切段H2的内准线MN与外准线OP与刃口曲线一致；
所述交互滑切段H5的刃口曲线FK包括由上至下一体设置的FG、GH、HI、IJ、JK五段，依次由以下五段拟合曲线方程得到：
y＝5.416×10-5x2-0.6745x
y＝-2.945×10-6x5+0.0002437x4-0.005619x3+0.01143x2-0.6409x+0.04023
y＝-7.995×10-7x5+0.000193x4-0.01743x3+0.7261x2-15.07x+97.26
y＝-1.289×10-7x5+6.018×10-5x4-0.01154x3+1.132x2-56.79x+1068
y＝-0.00845x2+1.20949x-128.77432；
交互滑切段H5的内准线QR与外准线ST与刃口曲线一致；
其中，以地表为0基准面，滑切段H2根据测量秸秆、地表以上的0～124mm的根茬以及地表以下耕作层内-120～0mm的土壤和根茬力学特性确定；交互滑切段H5中FG段根据地表以下-62～0mm根茬和土壤力学特性确定，GJ段根据离散元仿真分析前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置确定，JK段根据地表下-275～-175mm的犁底层土壤的力学特性确定。
滑切段H2中，AB段高94mm、BC段高30mm、CD段高60mm、DE段高60mm；工作时AB段与BC段位于地表以上对根茬和秸秆进行滑切；CD段与DE段位于地表以下对根茬和土壤进行初步滑切；
交互滑切段H5中FG段高62mm、GH段高29mm、HI段高43mm、IJ段高41mm、JK段高100mm；工作时FG段顶端与CD段顶端处于同一平面，滑切根茬和土壤；GH、HI、IJ依据前铲作业后土壤的回落设计，从而对回落的土壤进行滑切；JK段依据犁底层土壤特性设计，从而对犁底层土壤进行滑切；
所述滑切段H2的刃口切削角与所述交互滑切段H5的刃口切削角均为40°；所述连接段H3与所述连接段H6的铲尖连接平面与所述水平面的夹角分别为α和β，所述α＝β＝21°；所述紧固段H1与所述紧固段H4水平间距为345mm；
依据秸秆、根茬、土壤的力学特性以及离散元仿真分析前铲作业后土壤的回落，确定前铲与后铲滑切段的刃口曲线，从而降低深松铲整体的耕作阻力、增强深松铲的破茬性能、降低地表土壤扰动量，下面将采用具体的数据说明：
首先，经过滑动摩擦角的测试，具体数据如下表：
Figure BDA0002373081730000071
依据理论分析可知，滑切角大于滑动摩擦角，可以形成滑切，由测定的滑动摩擦角确定深松铲的滑切角，具体如下：
Figure BDA0002373081730000072
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，包括前铲和后铲；
所述前铲包括一体连接的紧固段H1、滑切段H2与连接段H3；所述后铲包括一体连接的机紧固段H4、交互滑切段H5和连接段H6；
所述紧固段H1与所述紧固段H4平行且分别连接机架，所述滑切段H2在前对秸秆、根茬和耕作层内的土壤进行切割，所述交互滑切段H5在后对根茬、前铲作业后回落的土壤和犁底层土壤进行滑切，所述连接段H3与所述连接段H6分别连接铲尖；
所述滑切段H2的刃口曲线根据秸秆、根茬和土壤的力学特性确定；所述交互滑切段H5依据根茬和土壤力学特性以及前铲作业后土壤回落中最大加速度的方向和位置的离散元仿真分析数据以及犁底层土壤力学特性确定。
2.根据权利要求1所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述滑切段H2的刃口曲线AE包括由上至下一体设置的AB、BC、CD、DE四段，依次由以下四段拟合曲线方程得到：
y＝0.0066x2-2.246x；
y＝-3.487x；
y＝0.0052x2-1.6643x；
y＝0.0021x2-1.4281x；
所述滑切段H2的内准线MN与外准线OP与刃口曲线一致；
所述交互滑切段H5的刃口曲线FK包括由上至下一体设置的FG、GH、HI、IJ、JK五段，依次由以下五段拟合曲线方程得到：
y＝5.416×10-5x2-0.6745x
y＝-2.945×10-6x5+0.0002437x4-0.005619x3+0.01143x2-0.6409x+0.04023
y＝-7.995×10-7x5+0.000193x4-0.01743x3+0.7261x2-15.07x+97.26
y＝-1.289×10-7x5+6.018×10-5x4-0.01154x3+1.132x2-56.79x+1068
y＝-0.00845x2+1.20949x-128.77432；
所述交互滑切段H5的内准线QR与外准线ST与刃口曲线一致。
3.根据权利要求2所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述交互滑切段H5的F点与所述滑切段H2的C点在同一水平面上，均与地面平齐。
4.根据权利要求3所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，以地面为0基准面，所述AC段位于地上部分，高度124mm，所述CE段位于地下部分，高度为-120mm；所述FK位于低下，高度-275mm。
5.根据权利要求4所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述B点高度30mm，所述D点高度为-60mm；所述G点高度-62mm，所述J点高度为-175mm。
6.根据权利要求1所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述滑切段H2的刃口切削角与所述交互滑切段H5的刃口切削角均为40°。
7.根据权利要求1所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述连接段H3与所述连接段H6的铲尖连接平面与所述水平面的夹角分别为α和β，所述α＝β＝21°。
8.根据权利要求1所述的一种滑切-交互作用式分层深松装置，其特征在于，所述紧固段H1与所述紧固段H4水平间距为345m。
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