CN111372439B - 泥土切割设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种泥土切割设备(200)，包括：多个铰接元件(210、212)，这些铰接元件至少包括其上具有安装结构(214)的第一元件(210)和铰接地连接到第一元件(210)的相邻的第二元件(212)。提供了一种泥土切割构件(216)，其包括枢转地安装到第一元件(210)的安装结构(214)的近端(216.1)和泥土切割端(216.2)。泥土切割构件(216)可滑动地连接(218)到相邻的第二元件(212)并且可在延伸位置(220)和缩回位置(222)之间移动，使得相邻的第二元件(212)相对于第一元件(210)的铰接运动导致泥土切割构件(216)可滑动地从相邻的第二元件(212)延伸到延伸位置(220)，以便可操作地切割泥土。相邻的第二元件(212)在相反方向上的铰接运动导致泥土切割构件(216)可滑动地缩回到缩回位置(222)。

Description

泥土切割设备、系统和方法

对相关申请的交叉引证

本申请要求2017年11月17日提交的南非临时专利申请号2017/07797的优先权，其通过引证的方式结合于此。

技术领域

本发明涉及泥土切割、泥土切割设备、泥土切割系统和泥土切割方法。

更具体地，但不是唯一地，本发明涉及泥土或土壤的深加工，以准备和处理农业用土壤。

背景技术

用于农业目的土壤耕作或犁耕涉及各种技术和设备，许多有着古老的起源。这些技术和设备在现代已经发展到包括各种各样或成套的加工工具，例如各种设计和结构的犁和松土机，以及另外的加工工具，例如在土壤中工作的剪刀和趾部。通过驱动系统(例如拖拉机)将这些犁和松土机牵引通过土壤。驱动系统和各种加工工具有许多可能的组合，每种都在农业中有特定的应用。这些装置中的一些是专用的，以便产生适合于特定的一年生或多年生作物的栽培的土壤条件。

传统地，这些犁耕或耕作系统用于将土壤疏松到一定深度，并允许根发育以及水和养分渗透到土壤中。通常将水和养分引导到土壤的顶面上。

这些犁耕和耕作系统随着时间的推移变得更加复杂，并且已经被开发成穿透土壤至更大的深度，同时还实现了更宽的范围。因此，随着时间的推移，土壤疏松和翻耕的效果以及将包括肥料在内的各种物质引入土壤的效果已经得到改善，然而这些改善的程度有限。

犁耕或耕作系统的功效的量度是在耕作土壤区域时使用的所需拉力或推力(也称为牵引力)。这种所需的拉力或推力受到诸如增加土壤压实等因素的影响，而这又导致土壤强度和堆积密度增加。土壤压实及因此的堆积密度随着土壤表面下方深度的增加而增加，这导致：

耕作所需的能量输入的量增加；

植物根生长的障碍，特别是在低水分水平时；

土壤的水渗透减少和水分保持能力降低；

用于容纳足够的水-空气-养分混合物的空隙空间减少；以及

由于增加的土壤堆积密度而导致的土壤孔隙尺寸大小减小，这恶化了农作物的水和养分。

即使在保护性耕作系统中，包括最小或免耕实践，压实的负面影响也会随着时间而累积。这些负面影响甚至可能在原生土壤中发生。

在田间遇到的问题是，提供传统耕作机具所需的牵引力、拉力或推力所需的能量的量以大于耕作深度成比例增加的速率增加。这具有限制深度耕作的效果，这是由于增加的操作成本以及耕作设备上增加的磨损的原因。耕作系统的有效性和效率由用于切穿土壤的加工工具组的设计来确定，该加工工具组在犁耕的情况下包括犁的剪刀或刀片，并且在松土的情况下包括松土机的趾部或尖端。

传统的耕作总是使用窄的耕作工具，依赖于土壤区域的三维模式，该土壤区域在工具的前面以及在其侧面失效。对于此模式，假定临界深度为600mm。通过增加加工深度与工具宽度的比率和/或在临界深度以下加工来改变和改善土壤破坏具有需要增加牵引力、拉力或推力的效果。这些增加的拉力或推力具有所需功率指数增加的结果。然而，在临界深度以下加工的副作用是土壤扰动随着土壤压实的增加而减少。

对工业和采矿操作的环境意识的增加及其活动的影响，包括土壤的污染，也已经提高了对修复和补救由此污染的土壤的需求。为了达到将可用于农业、林业或环境目的土壤条件以及不容许任何形式污染的生态相互作用，通常需要将土壤渗透并移动到大于农业通常所需深度的深度，同时引入土壤改良和改善。已知的装置、系统和方法不能执行超过临界深度的耕作。

因此，需要一种设计和建造用于土壤或泥土深加工的设备。还存在解决上述缺点和问题的范围，或者至少提供已知的装置、系统和方法的有用的替代方式。

对本发明的背景技术的前述讨论仅旨在便于理解本发明。应理解，该讨论不是承认或认可所引用的任何材料是在本申请的优先权日时本领域的公知常识的一部分。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种泥土切割设备，包括：

多个铰接元件，其至少包括其上具有安装结构的第一元件和铰接地连接到第一元件的相邻的第二元件；以及

泥土切割构件，其包括可枢转地安装到第一元件的安装结构的近端和泥土切割端，泥土切割构件可滑动地连接到相邻的第二元件，并且可在缩回位置和延伸位置之间移动，使得相邻的第二元件相对于第一元件的铰接运动导致泥土切割构件从相邻的第二元件可滑动地延伸到延伸位置，以便可操作地切割泥土，并且相邻的第二元件在相反方向上的铰接运动导致泥土切割构件可滑动地缩回到缩回位置。

进一步的特征提供：第一元件和第二元件是铰接板形式；第一元件和第二元件形成具有多个彼此相邻布置的第一元件和第二元件的板或元件的铰接带的一部分；元件的铰接带围绕惰轮和驱动轮设置，以在使用中旋转元件带；多个泥土切割构件设置在元件带上；并且泥土切割构件构造为在使用中当元件带围绕驱动轮和惰轮移动时在其延伸位置和缩回位置之间移动。

更进一步的特征提供：泥土切割构件构造为接收泥土切割钻头；泥土切割钻头在其泥土接合端处可移除地安装到泥土切割构件；泥土切割钻头是在元件带旋转时接合和切割泥土的圆锥形或扁平钻头形式。

又进一步的特征提供：相邻的第二元件包括转环，其中，泥土切割构件可滑动地安装；泥土切割构件和相邻的第二元件之间的可滑动连接构造为当泥土切割构件在其延伸位置和缩回位置之间移动时清洁该泥土切割构件；并且转环构造为便于泥土切割构件的清洁。

进一步的特征提供：泥土切割设备构造为使得第一元件和第二元件的铰接运动导致泥土切割构件的往复运动；并且当第一元件和第二元件围绕惰轮或驱动轮运动时导致该往复运动。

根据本发明的另一方面，提供一种泥土切割系统，包括：

铰接元件带，其至少包括第一元件和铰接地连接到第一元件的相邻的第二元件，铰接元件带围绕惰轮和驱动轮设置，用于在使用中旋转元件带；以及至少一个泥土切割构件，其包括近端和泥土接合端，泥土切割构件可滑动地连接到第一元件和第二元件中的一个，并且可在缩回位置和延伸位置之间移动，使得当带旋转时，泥土切割构件在其处于相对于惰轮的第一位置时移动到其延伸位置以可操作地切割泥土，并且在其处于相对于惰轮的第二位置时移动到其缩回位置。

进一步的特征提供：该系统包括用于提供动力以驱动该驱动轮的动力源；该系统包括副滚筒；将副滚筒设置为邻近驱动轮；副滚筒可在与驱动轮相同或相反的方向上旋转；在副滚筒上设置多个齿或凸起或桨状物或刷；该多个凸起布置为在使用中插入泥土切割构件，从而便于清洁泥土切割构件；副滚筒小于驱动轮，优选地具有可以在驱动轮半径的20％至40％的范围内的半径；并且副滚筒构造为以驱动轮的有效速度的至少两倍的有效速度旋转，该有效速度在驱动轮或副滚筒的外边缘处进行测量。

更进一步的特征提供：该系统设置在用于在耕作方向上切割或耕作土壤的车辆上；该车辆构造为通过将惰轮推入泥土中而对泥土进行耕作，从而导致泥土切割构件切割泥土；元件带可随着带的第一部分朝向耕作方向移动且带的第二部分在远离耕作方向的方向上移动而旋转；当泥土切割构件围绕惰轮在向上方向上移动时，带的朝向耕作方向移动的第一部分成为带的下部，并且带布置为切割或耕作泥土；泥土切割构件是自磨尖的，使得惰轮的旋转导致泥土切割构件在其切穿泥土时被磨尖；并且泥土切割构件构造为在泥土上执行向上的切割动作。

又进一步的特征提供：该车辆包括可调节支撑件，其构造为：将惰轮升高或降低到土壤中以改变其加工深度；并且改变驱动轮和副滚筒之间的集成或相互作用或距离。

进一步的特征提供：驱动轴用于驱动该驱动轮；驱动轮为链轮的形式，用于驱动元件带，或者提供一个或多个链轮以驱动元件带。

更进一步的特征提供：每个泥土切割构件构造为接收泥土切割钻头；泥土切割钻头在其泥土接合端处可移除地安装到泥土切割构件；泥土切割钻头是在元件带旋转时接合和切割泥土的圆锥形或扁平钻头形式；该多个泥土切割钻头构造为可操作地穿透、加工、切割或移动泥土或土壤；并且该多个泥土切割钻头和泥土接合构件以及系统的其他部件是可更换的。

又进一步的特征提供：相邻的第二元件包括转环，泥土切割构件可滑动地安装到该转环；泥土切割构件和相邻的第二元件之间的可滑动连接由转环提供；并且转环或可滑动连接构造为当泥土切割构件在其延伸位置和缩回位置之间移动时清洁该泥土切割构件。

进一步的特征提供：该系统还包括多个直接安装到元件带的泥土切割钻头。

更进一步的特征提供：元件带构造为使得第一元件和第二元件的铰接运动导致泥土切割构件的往复运动；并且当第一元件和第二元件围绕惰轮或驱动轮运动时导致该往复运动。

又进一步的特征提供：惰轮的直径小于驱动轮的直径的80％；并且在驱动轮和惰轮之间提供至少5:4的直径比。

根据本发明的另一方面，提供一种泥土切割方法，包括：

使铰接元件带旋转，该铰接元件带至少包括第一元件和铰接地连接到第一元件的相邻的第二元件，铰接元件带围绕惰轮和驱动轮设置，用于在使用中旋转元件带；

利用至少一个泥土切割构件，其包括近端和泥土接合端，泥土切割构件可滑动地连接到第一元件和第二元件中的一个，并且可在缩回位置和延伸位置之间移动，使得当带旋转时，泥土切割构件在其处于相对于惰轮的第一位置时移动到其延伸位置以可操作地切割泥土，并且在其处于相对于惰轮的第二位置时移动到其缩回位置；以及

通过利用动力源驱动驱动轮以使元件带围绕惰轮可操作地旋转来切割泥土。

进一步的特征提供：该方法进一步包括：用元件带提升切割的泥土；将物质或材料与切割的泥土混合；以及将混合物沉积到正在被切割或加工的泥土的表面上。

更进一步的特征提供：该方法包括：提供用于将材料与切割的泥土混合的混合室；该混合包括将气体或液体或任何其他材料注入或引入到切割的泥土中。

现在将参考附图仅通过实例的方式描述本发明的实施方式。

附图说明

在附图中：

图1是示出了实例性泥土切割系统的侧视图和顶视图的示意图，该泥土切割系统包括围绕驱动轮和惰轮设置的元件带；

图2是示出了实例性泥土加工机器的侧视图和顶视图的示意图，该泥土加工机器包含泥土切割系统并使用动力源向其提供动力；

图3是示出了实例性泥土加工机器的侧视图和顶视图的示意图，该泥土加工机器包括动力源、扭矩转换系统和用于驱动所述驱动轮的轴；

图4是示出了围绕驱动轮和惰轮设置的元件带的侧剖视图，并示出了设置在带上的多个泥土切割构件的示意图；

图5是元件带的实例性铰接元件的特写视图的示意图，示出了彼此铰接连接的第一元件和相邻的第二元件；

图6是惰轮的特写侧视图的示意图，示出了元件带的旋转并示出了泥土切割构件的操作；

图7是设置在第一元件上的安装结构的特写侧视图和特写前视图的示意图，并且示出了可安装到泥土切割构件的实例性泥土切割钻头；

图8是示出了实例性泥土切割系统和副滚筒的顶视图的示意图，该副滚筒包括可操作地插入在泥土切割构件之间的齿、桨状物和刷；

图9是示出了设置有往复式泥土切割构件和直接安装到这些元件中的一个的泥土切割构件的组合的实例性第一元件和第二元件的特写侧视图的示意图；

图10是示出了实例性往复式泥土切割构件并示出了其在泥土切割元件可滑动地穿入或延伸到泥土中以及从泥土中抽出或缩回时的自清洁能力的特写侧视图的示意图；

图11是示出了与当围绕惰轮转动时直接安装在一个元件上的镐或其他泥土切割构件相比往复式泥土切割构件更深地穿入泥土或土壤的特写侧视图的示意图；

图12是示出了在泥土表面上使用的元件带的泥土切割系统的侧视图的示意图；

图13示出了两个曲线图，其示出了使用传统耕作和使用利用本发明的泥土切割系统进行的连续深层泥土加工对土壤的影响；以及

图14示出了两个图示，其示出了利用使用本发明对土壤进行的连续深加工对土壤的影响。

具体实施方式

土壤的深加工在本领域中有时称为“土壤深加工”(SDW)。在本说明书中所指的SDW，以及设计和用于穿透土壤并在其中工作的加工工具组是指可以在比传统的犁耕或耕作工具可能具有的深度更深的深度处进行的过程。

公开了一种土壤加工设备、土壤加工系统和土壤加工方法。土壤加工系统包括多个履刺或板，其布置在可用发动机或电动机而围绕动力传递构件或驱动轮和自由旋转构件或惰轮旋转的链条中。可提供液压机构或其他移动机构，用于将泥土加工系统降低到地面或土壤中，以在大于600毫米的深度处对地面进行加工。泥土加工设备或旋转滑动切割工具可设置在板链中的两个连续的板上，并且可构造为将板的旋转运动转换成泥土加工设备的泥土加工构件的线性运动，以导致泥土加工构件在其移动通过地面时对土壤进行撕裂、拾取或穿孔。土壤加工设备和土壤加工系统可设置在诸如轮式或履带式车辆的车辆上，用于在土壤加工系统用来加工或准备土壤时运送该土壤加工系统。

在本发明的实施方式中，提供如图1至图4、图8和图12所示的泥土切割系统(100)；以及图4至图7和图9至图11所示的泥土切割设备(200)。参考图5，泥土切割设备(200)包括多个铰接元件(210、212)，该铰接元件至少包括其上具有安装结构(214)或锚定柱的第一元件(210)和铰接地连接(213)到第一元件的相邻的第二元件(212)。提供泥土切割构件(216)，其包括近端(216.1)和泥土切割端(216.2)，该近端枢转地安装到第一元件(210)的安装结构(214)或由其保持。泥土切割构件(216)可滑动地连接(218)到相邻的第二元件(212)，并且可在延伸位置(220)和缩回位置(222)之间移动。相邻的第二元件(212)相对于第一元件(210)(在第一方向箭头D1的方向)上的铰接运动导致泥土切割构件(216)从相邻的第二元件(212)可滑动地延伸(220)到延伸位置，以便可操作地切割泥土。相邻的第二元件(212)在相反方向(与箭头D1相反)上的铰接运动导致泥土切割构件(216)可滑动地缩回到缩回位置(222)。泥土切割设备(200)也可称为旋转滑动切割工具。泥土切割构件(216)的轴可构造为在设置在相邻的第二元件(212)中的转环(218)中滑动。

相邻的第二元件(212)包括转环(218)，泥土切割构件(216)可滑动地安装在其中。在泥土切割构件(216)和相邻的第二元件(212)(以及转环(218))之间的这种可滑动连接还可构造为当泥土切割构件(216)在其延伸位置(220)和缩回位置(222)之间移动时清洁泥土切割构件(216)。泥土切割设备(200)构造为使得第一元件(210)和第二元件(212)的铰接运动(D1)导致泥土切割构件的往复运动(226)(在图10中示出)。当第一元件和第二元件围绕泥土切割系统(100)的惰轮(112)移动时，导致往复运动(226)，如下面更详细地讨论的。

参考图1至图3，在实例性实施方式中，第一元件(210)和第二元件(212)是铰接板的形式，该铰接板形成板或元件的铰接带(110)的一部分，该铰接带具有多个彼此相邻布置的第一元件(210)和第二元件(212)。在图1至图3中，示出了泥土切割系统(100)的侧视图和顶视图的示意图。铰接带(110)围绕惰轮(112)和驱动轮(114)设置，用于在使用中旋转元件带(110)。多个泥土切割构件(216)设置在元件带(110)上，并且泥土切割构件(216)构造为在使用中当元件带(110)围绕驱动轮(114)和惰轮(112)移动时在其延伸位置(220)和缩回位置(222)之间移动。泥土切割系统(100)可设置在泥土加工机器(116)或车辆的平台上。泥土切割设备(200)可称为加工工具组，其设置在板的链或板链上。驱动轮(114)具有比惰轮(112)小的直径或半径。在实例性实施方式中，提供了液压系统(118)形式的可调节支撑件，用于将铰接带(110)提升或升高到泥土中以及降低到泥土外，以改变其加工深度，并且还在切割或加工泥土时迫使铰接带进入泥土中。可用液压或机械驱动的压头迫使惰轮(和/或惰轮旋转组件)向下进入土壤中和从土壤中提升，该压头还可包括减震蓄能器。

图5还示出了重叠元件(210、212)或履刺板的滑动铰链机构(213)，允许元件带(110)或板链围绕驱动轮(114)和惰轮(112)转动。在该实例性实施方式中，惰轮(112)的直径不大于驱动轮(114)的直径的80％。例如，泥土切割系统(100)的驱动轮可具有1000mm的直径，而惰轮将具有小于800mm的直径。因此，在驱动轮(114)和惰轮(112)之间提供至少5:4的直径比。

泥土切割构件(216)构造为接收泥土切割钻头(224)，其优选地在泥土切割构件(216)的泥土接合端(216.2)处可移除地安装到该泥土切割构件。如图7所示，泥土切割钻头(224)可以是锥形钻头(224.1)或扁平钻头(224.2)的形式，用于在元件带(110)旋转时接合和切割泥土。泥土切割系统(100)(也称为主两轮连结板链系统)的元件带(110)的旋转使用旋转穿透原理来对土壤进行加工。泥土切割构件(216)的轴通过锚固柱子组件(214)固定到第一元件(210)，并且装配有锚固轴(213)，当元件(210、212)随着系统(100)的元件带的旋转而围绕其铰链连接转动时，该锚固轴允许铰链运动。在图7中，为了说明目的，将泥土切割构件的轴示出为被切掉(以虚线表示)。泥土切割构件或旋转滑动切割工具可包括可移除的泥土切割钻头(224)(也称为可移除的前加工部件)和固定到柱(214)的后保持轴部件，该后保持轴部件可称为柱-锚-铰链子组件。这些柱安装在第一元件(210)的内侧上。泥土切割构件还可包括位于前加工部件和后保持轴部件之间的连接子组件。连接子组件可包括减震部件。加工部件或泥土切割钻头(224)可在磨损时回转或移除和更换。

如图2和图3所示，在实例性实施方式中，泥土切割系统(100)由动力源(120)提供动力，该动力源例如可以是安装在车辆(116)上的柴油发动机。也可使用其他动力源(或动力供应单元)，例如柴油-电动或柴油-机械系统、柴油发电机(有时称为发电机组)、汽油发动机或发电机、电动机、混合系统或驱动器。例如，在图3中，示出了柴油发动机120，其用于产生电力以便为一个或多个电动机(126)提供动力。提供了扭矩转换系统(122)和一个或多个用于驱动所述驱动轮(114)的驱动轴(124)。一个或多个链轮可用于驱动所述驱动轮(114)。动力供应单元(120)构造为转动与驱动链啮合的链轮，元件带或板链安装在该驱动链上。该元件带可固定到该一个或多个围绕驱动轮和惰轮旋转的驱动链。如图5所示，元件带(例如，履刺板)通过滑动或滑动铰链机构(213)而彼此互连。

如从图8和图12中更显而易见的，在实例性实施方式中，系统(100)包括与驱动轮(114)相邻的副滚筒(128)或副轮。副滚筒可在与驱动轮(114)相同或相反的方向上旋转。在副滚筒(128)上设置有多个齿或凸起(130)或桨状物或刷。这些凸起布置为在使用中插入泥土切割构件(216)，从而便于泥土切割构件(216)和/或其泥土切割钻头(224)的清洁。副滚筒小于驱动轮(114)，优选地具有可以在驱动轮(114)的半径的20％至40％的范围内的半径。副滚筒(128)构造为以至少为驱动轮(114)的有效速度的两倍的有效速度旋转，该有效速度在驱动轮或副滚筒的外边缘处进行测量(即，其切向速度)。液压系统(118)还可用于改变驱动轮(114)和副滚筒(128)之间的集成或相互作用或距离。图8示出了可称为主系统的反向旋转泥土切割系统(100)的顶视图，并且，与凸起(130)、镐、切割工具、桨状物和刷相互啮合的副滚筒(128)可称为副系统。该副系统也可由动力源(120)(或动力供应单元)旋转，并且副系统的桨状物或刷或凸起可用于清洁系统(100)并便于将有益材料引入到正在加工的土壤中。副滚筒(或副旋转系统)可以是安装在泥土切割系统(100)的顶端处的圆柱形轮或滚筒。副滚筒(128)和驱动轮(114)之间的直径比可小于1:4。副滚筒(128)可优选地在与驱动轮(114)相反的方向上旋转。元件带(110)或板链的旋转将土壤混合物运送到主旋转系统的顶部，在那里土壤混合物倒空到混合室(214)中，此后土壤混合物沉积回到土壤中。在混合室内，副旋转滚筒的反向旋转动作可用于将运送到主旋转系统顶部的有益材料向下注入到土壤中的空隙中，该空隙由主旋转系统穿过土壤的向前运动产生。附加的主旋转系统和副旋转系统可安装在可移动平台或车辆(116)上，但是平行于第一主旋转系统和副旋转系统，在两个旋转系统之间具有至少1米的空间，其中，将安装适当的动力供应单元和其他必要的设备。

车辆(116)构造为通过将惰轮推入泥土中(如图12所示)而在耕作方向(132)上切割或耕作泥土，从而导致泥土切割构件(216)及其泥土切割钻头(224)切割和/或刺穿泥土。元件带(110)是可旋转的，带的第一部分(110.1)朝向耕作方向(132)移动，并且带的第二部分(110.2)在远离耕作方向(132)的方向上移动。带(110)的朝向耕作方向(132)移动的第一部分(110.1)优选地是带(110)的下部。当泥土切割构件(216)如第二方向箭头(D2)所示在向上的方向上围绕惰轮(112)移动时，带布置为在泥土的表面(134)下方切割或耕作泥土。泥土切割构件(216)和/或其泥土切割钻头(224)是自磨尖的，使得惰轮(112)的旋转导致泥土切割钻头(224)在其切穿泥土时被磨尖。泥土切割构件(216)构造为在泥土上执行向上的切割动作。图12还示出了混合室(241)，在该混合室处，土壤可与沿板链向上输送的有益材料混合，包括可能的液体注入(242)。可提供护罩(243)来覆盖副滚筒或轮(128)。然后将土壤和其他材料的混合物沉积(244)回到土壤中。系统(100)的旋转元件(也称为主板链旋转系统)可首先通过刮板(247)清洁，该刮板靠近板链安装并且能够刮擦移动的泥土切割构件、镐或旋转滑动切割工具之间的表面。护罩(243)也可用作刮擦板。

在图4中更详细地示出了泥土切割系统(100)。泥土切割构件(216)构造为接收泥土切割钻头(224.1、224.2)，其在泥土切割构件(216)的泥土接合端(216.2)处可移除地安装到该泥土切割构件。系统(100)还可以可选地包括多个泥土切割钻头(224)，其直接安装到一个或多个元件(也称为传统的泥土切割钻头)，优选地安装到第一元件(210)，如图9所示。图4示出了该系统的实例性实施方式，其中泥土切割设备(200)和直接安装的泥土切割钻头(224)都用在元件带(110)上。驱动轮(114)的直径比惰轮(112)的直径大。惰轮(112)可以是圆柱形、五边或六边的。至少一个梁(136)锚定或稳定系统(100)的驱动轮和惰轮。该梁也可包括适当的减震子组件。该至少一个梁可形成系统的结构框架的一部分。

泥土切割构件(216)可在缩回位置和延伸位置之间移动，使得当带(110)旋转时，泥土切割构件(216)在其相对于惰轮的第一位置(255)处移动到其延伸位置以便可操作地切割泥土，并且在其相对于惰轮(112)的第二位置(265)处移动到其缩回位置。应理解，安装结构(214)可设置在第二元件上(或者滑动连接件和安装结构可设置在元件中的一个上，其中泥土切割构件延伸穿过该相同元件)，并且泥土切割构件可通过另一移动设备(例如致动器，例如液压或气动或机械或电动致动器，或者弹簧，或者凸轮表面等)在其延伸位置和缩回位置之间移动(即使这些实施方式未示出，但是设想其可以是可能的)。在这种实施方式中，近端(216.1)不需要枢转地安装到安装结构(214)，但是泥土移动构件(216)可以可滑动地安装在元件(201、212)中的一个中，以在围绕惰轮和驱动轮的预选位置处的移动设备的影响下从其延伸并缩回到其缩回位置。泥土切割构件(216)可相对于元件带以基本上直角延伸和缩回，或者可相对于元件带以一定角度延伸和缩回。

与驱动轮相比，惰轮的较小直径便于在切穿土壤或泥土时使泥土切割设备(200)以一定的切割角度进入土壤，以及便于泥土切割钻头(224)或镐尖更深地穿入土壤。元件的旋转带(110)的质量可集中在驱动轮的周边上，这可使得驱动轮(114)能够用作飞轮，该飞轮保持其旋转运动的至少一部分，并且这可便于将动力传递到惰轮(112)。整个元件带还具有其重量的大部分，该大部分重量朝向元件带的外周分布，这可使得元件带能够用作飞轮以便于深的泥土切割。

参考图6，当泥土切割系统(100)和泥土切割设备(200)用于切割泥土时，泥土切割设备(200)的泥土切割构件(216)(以及可选地还有直接安装的泥土切割钻头(224))以向上切割运动的方式围绕惰轮(112)转动，从而在惰轮(112)的前方产生切割和转换区域(138)。这种向上切割运动也可迫使惰轮(和/或惰轮组件)向下进入土壤中，并在加工土壤时将其保持在土壤中。泥土切割构件(216)及其泥土切割钻头穿过惰轮周围的泥土的向上运动可导致泥土切割钻头(224)在泥土切割钻头或镐的尖端向上并以一定角度穿过土壤时磨尖或自磨尖。其中泥土切割钻头与泥土切割构件成一体的实施方式是可能的。在切割和转换区域(138)中，由于通过施加在元件(210、212)的带(110)上的驱动轮上的扭矩驱动的切割工具传递到土壤中的能量和做的功，将土壤或泥土有效地提升、流化和悬浮。系统(100)可构造为以由惰轮维持的相对高的每分钟转数进行操作。

在图7中示出了泥土切割设备(200)或旋转滑动切割工具的特写视图。提供安装结构(214)或锚固支撑件，并且该安装结构或锚固支撑件包括用于将泥土切割构件(216)的轴安装到第一元件(210)的柱。如图所示，泥土切割构件(216)的轴的横截面可以是正方形(228)、矩形(230)或圆形(232)，包括圆锥形(224.1)和扁平形状(224.2)的各种形状的镐或泥土切割钻头可固定到其上。泥土切割构件的轴可例如在10mm和70mm之间。装配到泥土切割构件(216)的轴或柄的地面穿透端或泥土切割端(216.2)的土壤切割镐或土壤切割钻头(224.1、224.2)可以是圆形的或圆锥形的或矩形的或扁平的。

图10示出了第一元件(210)和第二元件(212)的铰接运动，以及对应的泥土切割构件(216)的往复运动(226)。在实例性实施方式中，当第一元件(210)和第二元件(212)围绕惰轮(112)或驱动轮(114)移动时，导致此往复运动。如图所示，相邻的第二元件(212)包括转环(218)，泥土切割构件可滑动地安装到该转环。转环(218)或可滑动连接件构造为当泥土切割构件(216)在其延伸位置(220)和缩回位置(222)之间移动时(当其穿入土壤中和从土壤中抽出时)清洁该泥土切割构件。因此，提供了一种自清洁机构，其功能是旋转滑动泥土切割构件(216)的向前穿透和向后缩回运动移动通过旋转元件(212)中的转环(218)(或转环子组件)。应理解，代替转环(218)，泥土切割构件可简单地在设置在第二元件(212)中的孔中滑动，该第二元件也可提供此清洁功能。通过泥土切割构件穿过旋转子组件的滑动运动来实现泥土切割构件(216)的清洁，并且其导致可能粘附到泥土切割构件的泥土被刮掉并返回到泥土。旋转子组件可由高耐磨材料制成。当粘附的土壤移动通过土壤时，通过围绕惰轮的向上运动，使粘附的土壤从泥土切割构件(216)移开。

图11与图9类似，但是示出了处于其延伸位置(220)的泥土切割构件。在延伸位置中，泥土切割构件(216)从第二元件(212)延伸第一距离(234)，该第一距离(234)大于直接安装的泥土切割钻头(224)从第一元件(210)延伸的第二距离(236)。这可提供增加的泥土穿透和切割。在使用中，泥土切割构件(216)的轴通过旋转子组件向前穿透和向后缩回，该旋转子组件固定到相邻的第二元件(212)，允许轴上的镐或泥土切割钻头(224)穿透到土壤中和从土壤中缩回。因此，旋转滑动切割工具或泥土切割构件(216)在通过系统(100)的旋转运动而移动时，可根据第一元件(210)和第二元件(212)(履刺板)及其铰链(213)的角度而以各种深度穿透。此穿透深度可根据履刺板围绕惰轮的位置在10mm和200mm之间变化，并且根据履刺板围绕驱动轮的位置在10mm和100mm之间变化。

图13示出了使用本发明的系统、设备和方法的传统耕作和土壤深加工(SDW)(或连续深加工)的自解释曲线图，据此泥土的残余强度低于传统耕作的情况。图14示出了使用传统耕作和使用本发明的系统、设备和方法的裂纹扩展的自解释图示。

本领域技术人员将理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，存在对如本文中参考附图限定和/或描述的本发明的许多变型。

作为土壤深加工系统的一部分，使用专门为该目的设计的加工工具组进行包括土壤均匀混合的深加工是必要的，以改善压实的土壤剖面，该压实的土壤剖面通常作为由过去的实践(例如交通引起的压实和有限的水渗透)产生的层而存在。土壤的深加工可包括使用如本文描述的专门设计的加工工具组；导致将有价值的表土和表面残留物引入底土中，这可提供优点。

包括直接安装的泥土切割钻头的切割工具和安装在主板链系统上的旋转滑动切割工具是这样的设计，其对于穿入、加工和切穿土壤到主板链旋转系统将加工的深度，可提供增加的效率和有效性。安装在副滚筒上的凸起或桨或刷可便于有效且高效地移除粘在主板链旋转系统上的镐和旋转滑动切割工具之间的泥土材料，例如土壤、岩石或土块，从而使这些泥土材料在主旋转系统的转动方向上加速通过混合室。在重新引入土壤之前，也可将有益材料注入或引入由主板链旋转系统运送的土壤中。在将物质或材料与切割的泥土混合之前，切割的泥土可与元件带一起被提升，然后将混合物重新沉积到正在切割或加工的泥土的表面上。混合室中的混合可包括将气体或液体或任何其他材料注入或引入到切割或加工的土壤中。

车辆可与泥土切割系统集成，或者可以是诸如拖拉机或推土机的单独的牵引单元，以使系统移动穿过要加工的土地或泥土，以及提供平台，泥土切割系统可安装在该平台上并且连接到牵引单元。牵引单元可具有至少一个电机，并且平台可具有动力和驱动系统，该动力和驱动系统布置为操作主旋转板链系统(泥土切割系统)以及泥土切割系统的副滚筒，从而允许安装有切割工具的主可旋转板链系统旋转并穿入泥土。泥土切割系统和副滚筒可安装在可移动平台上，该平台可使用例如滚轮在土壤表面上移动，用于这些旋转系统的动力供应单元也安装在滚轮上。牵引单元可以是一体的，或者优选地是分离且独立的牵引单元，并且安装在可移动平台上的泥土切割设备和系统可由牵引单元牵引。牵引单元可具有至少一个电机和布置为牵引平台穿过要加工的土地的传动系，以及平台上的驱动系统，其可以是机械的或电的，布置为操作泥土切割设备。

泥土切割构件、泥土切割钻头和副滚筒上的桨状物或刷可以是可移除的以被拆卸，使得可更换或维护系统的磨损部件。泥土切割构件可以便于移除和重新插入的方式安装到元件带。直接安装的泥土切割钻头和设置在可移动泥土切割构件上的泥土切割钻头两者的工作方向可便于系统的向上切割模式和/或与该模式一致地工作。尽管技术上可行，但是向下切割模式可被认为是不经济的。然而，其中使用向下切割模式的实施方式可以是可能的。直接安装的泥土切割钻头的数量和构造和/或具有旋转滑动连接的泥土切割设备的数量以及副滚筒上的桨状物或刷的数量也可根据要在土壤上完成的工作而变化。主旋转系统和副滚筒的旋转方向可导致副滚筒上的桨和刷穿过直接安装的泥土切割钻头之间的空间和/或泥土切割设备的泥土切割构件之间的空间，该泥土切割构件设置在主板链旋转系统上。

元件带或主旋转系统可有效地形成细长的滚筒。惰轮子组件的形状可以是圆形或五边或六边的旋转子组件，其具有与板链的驱动链相互啮合的适当链轮。驱动轮和惰轮都可包括部件的子组件。旋转驱动轮的轴线与旋转惰轮之间的距离可小于2000mm，或者小于4000mm。元件带(或履刺板)的长度可以至少为300mm，但是优选地为600mm，宽度至少为200mm。在使用中，其宽度可在耕作方向上测量，但是其他布置也是可能的。驱动轮和副滚筒可设置为彼此足够靠近，以便于副滚筒的凸起与泥土切割构件或其泥土切割钻头相互啮合。主系统和副系统可反向旋转地操作，或者可选地，在横向于驱动轮的轴线和惰轮的轴线(这些轴线可彼此平行)的方向上移动穿过土地的同时共同旋转操作，使得主系统接合土壤以切割和提升土壤，而副系统接合提升的土壤以辅助其混合，这种操作在混合室内进行，然后使土壤再次沉积。

具有直接安装的泥土切割钻头和安装在其上和其中的泥土切割设备的履刺板链或元件带，可在围绕可便于泥土切割的较窄直径惰轮组件旋转时加速。当板链系统旋转穿过土壤时，与滑动铰链机构连接的重叠履刺板也可吸收震动。

如本文描述的，操作用于泥土深加工设备的加工工具组所需的输入以及由此输送的输出，可由机载计算机化管理系统监测和控制。

土壤深加工(SDW)以及本文公开的系统、设备和方法尤其可用于以下实施方式中：

用于农业、林业或环境目的新土壤的制备，包括将有益材料或物质混入土壤中；

已经用于或仍用于农业、林业或环境目的土壤的再生，包括将有益材料混入土壤中；

土壤的修复，其在过去已经用于农业、林业或其他目的，例如采矿，并且必须物理修复以用于农业、林业或环境目的。在修复土壤的情况下，目标通常将是穿透土壤比纯农业目的所需的更深。大于2米的深度可能是必要的。

土壤的修复，其在过去已经用于农业、林业或其他目的，例如采矿，并且必须物理、化学和生物修复以用于农业、林业或环境目的，例如人工湿地。在修复土壤的情况下，目标通常将是穿透土壤比纯农业目的所需的深得多。高达3米的深度可能是必要的。

在说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导性的目的而选择的，并且其可能不是为了描绘或限制本发明的主题而选择的。因此，本发明的范围不受此详细描述的限制，而是由基于此的申请的任何权利要求来限制。

在整个说明书和权利要求书中，除非内容需要，否则词语“包括()comprise)”或诸如“包含(comprises)”或“含有(comprising)”的变型将理解为暗示包括所述整体或整体的组，但是不排除任何其他整体或整体的组。

Claims (15)

1.一种泥土切割设备，包括：

多个铰接元件，至少包括其上具有安装结构的第一元件，和铰接地连接到所述第一元件的相邻的第二元件；以及

泥土切割构件，包括能枢转地安装到所述第一元件的安装结构的近端、以及泥土切割端，所述泥土切割构件能滑动地连接到相邻的所述第二元件，并且能在缩回位置和延伸位置之间移动，使得相邻的所述第二元件相对于所述第一元件的铰接运动导致所述泥土切割构件从相邻的所述第二元件能滑动地延伸到所述延伸位置，以便能操作地切割泥土，并且相邻的所述第二元件在相反方向上的铰接运动导致所述泥土切割构件能滑动地缩回到所述缩回位置。

2.根据权利要求1所述的泥土切割设备，其中，所述第一元件和所述第二元件形成铰接的元件带的一部分，所述元件带具有彼此相邻布置的多个第一元件和第二元件，并且其中，铰接的所述元件带围绕惰轮和驱动轮设置，所述驱动轮用于在使用中使所述元件带旋转。

3.根据权利要求2所述的泥土切割设备，其中，多个泥土切割构件设置在所述元件带上，并且其中，所述泥土切割构件构造为在使用中当所述元件带围绕所述驱动轮和所述惰轮移动时在其延伸位置和缩回位置之间移动。

4.根据权利要求1所述的泥土切割设备，其中，所述泥土切割构件构造为接收泥土切割钻头，所述泥土切割钻头在所述泥土切割构件的泥土接合端处可移除地安装到所述泥土切割构件。

5.根据权利要求1所述的泥土切割设备，其中，所述泥土切割构件与相邻的所述第二元件之间的滑动连接构造为当所述泥土切割构件在其延伸位置和缩回位置之间移动时清洁所述泥土切割构件。

6.根据权利要求1所述的泥土切割设备，其中，相邻的所述第二元件包括转环，所述泥土切割构件能滑动地安装在所述转环中。

7.根据权利要求1所述的泥土切割设备，其中，所述泥土切割设备构造为使得，所述第一元件和所述第二元件的铰接运动导致所述泥土切割构件的往复运动。

8.一种泥土切割系统，包括：

铰接的元件带，至少包括第一元件和铰接地连接到所述第一元件的相邻的第二元件，铰接的所述元件带围绕惰轮和驱动轮设置，以在使用中使所述元件带旋转；以及

至少一个泥土切割构件，包括近端和泥土接合端，所述泥土切割构件能滑动地连接到所述第一元件和所述第二元件中的一个，并且能在缩回位置和延伸位置之间移动，使得当所述元件带旋转时，在所述泥土切割构件相对于所述惰轮处于第一位置时所述泥土切割构件移动到其延伸位置以便能操作地切割泥土，并且在所述泥土切割构件相对于所述惰轮处于第二位置时移动到其缩回位置。

9.根据权利要求8所述的泥土切割系统，其中，所述泥土切割系统包括邻近所述驱动轮的副滚筒。

10.根据权利要求9所述的泥土切割系统，其中，多个凸起设置在所述副滚筒上，并且布置为在使用中介于所述泥土切割构件之间，从而便于清洁所述泥土切割构件。

11.根据权利要求8所述的泥土切割系统，其中，所述泥土切割系统设置在包括动力源的车辆上，所述动力源用于驱动所述驱动轮，以通过将所述惰轮推入泥土中而在耕作方向上切割或耕作泥土，从而导致所述泥土切割构件切割泥土。

12.根据权利要求11所述的泥土切割系统，其中，所述元件带是能旋转的，其中，所述元件带的第一部分朝向所述耕作方向移动并且所述元件带的第二部分在远离所述耕作方向的方向上移动，其中，所述元件带的朝向所述耕作方向移动的所述第一部分是所述元件带的下部，并且其中，所述元件带布置为当所述泥土切割构件围绕所述惰轮在向上的方向上移动时切割或耕作泥土。

13.根据权利要求8所述的泥土切割系统，其中，所述元件带构造为使得，所述第一元件和所述第二元件的铰接运动导致所述泥土切割构件的往复运动。

14.根据权利要求8所述的泥土切割系统，其中，所述惰轮的直径小于所述驱动轮的直径的80％。

15.一种泥土切割方法，包括：

使铰接的元件带旋转，所述元件带至少包括第一元件和铰接地连接到所述第一元件的相邻的第二元件，铰接的所述铰接元件带围绕惰轮和驱动轮设置以使所述元件带旋转；

利用至少一个泥土切割构件，该泥土切割构件包括近端和泥土接合端，所述泥土切割构件能滑动地连接到所述第一元件和所述第二元件中的一个，并且能在缩回位置和延伸位置之间移动，使得当所述元件带旋转时，在所述泥土切割构件相对于所述惰轮处于第一位置处时所述泥土切割构件移动到其延伸位置，以便能操作地切割泥土，并且在所述泥土切割构件相对于所述惰轮处于第二位置处时所述泥土切割构件移动到其缩回位置；以及

通过利用动力源驱动所述驱动轮，以使所述元件带围绕所述惰轮能操作地旋转来切割泥土。

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