CN115735437A

CN115735437A - 一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置

Info

Publication number: CN115735437A
Application number: CN202211181932.1A
Authority: CN
Inventors: 付作立; 李旋; 李贵川; 宫志超; 李海宇; 黄玉祥; 高筱钧
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明提出一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置，通过偏心块式振动机构、镇压轮装置、中间传动系统的相互作用形成松紧相间的土壤镇压结构，有利于耕作层土壤水分的富集和保持。偏心块式振动机构主体位于镇压轮装置内部，镇压作业时通过合成偏心轮的惯性力和镇压轮的重力形成镇压轮周期变化的非均匀镇压效果，总体结构简单，工作可靠。镇压轮装置作为动力来源，通过中间传动系统驱动偏心块式振动机构运动，镇压效果（松紧间隔）不受机具作业速度的影响，镇压作业质量好，无需外力做功。中间传动系统采用带轮组形式，通过调节传动比实现了镇压土壤松紧间隔的可调整，提升了镇压装置的适用性。

Description

一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置

技术领域

本发明涉及播种机械，具体是一种非均匀镇压方法和实现装置，属于农业机械领域。

背景技术

在播种作业过程中，镇压土壤来营造水分富集的耕作层种床是提高水分利用效率的重要手段。通过机械镇压表层土壤，能够增加土壤体积含水率，使耕作层土壤水分富集；并且能够增强土壤剖面水分传导强度，致使干土层厚度能够得到控制，避免种床周围土壤水分的无效散失，增加了耕作层土壤水分保持能力。镇压保障了种子萌发的土壤水分条件，是提高水分利用效率的有效手段。传统的镇压作业一般采用单体或者整体的镇压轮形式，通过压实播种行进行镇压作业，一般情况下，作业过程中镇压力大小不变，对于土壤的压实效果均匀，是一种均匀镇压的方式，而土壤可以看作是粘弹性流体，在镇压过程中将经历弹性形变-塑性形变-变形恢复的过程，其中变形回复是弹性变形量的恢复，而塑性变形将会保持。因此在均匀镇压过程中土壤内部水分将通过上下连通的毛管孔隙先“上升”再“下降”，导致浅层（耕作层）土壤可以富集水分但不能保持，水分利用效率降低。为了解决上述问题，研究者通常采用镇压力不同的非均匀镇压方法，产生周期性压力变化，使耕作层土壤在镇压作业时形成松紧相间的结构，内部毛管水将在水势能的作用下在耕作层进行横向运移，即将水分保持在耕作层，实现耕作层土壤水分富集和保持，提高水分利用效率。

目前，能够实现土壤松紧相间结构的镇压部件常见的方法主要包括三种方法：第一种方法是采用分级镇压，如（CN11451970A）中提出的分层镇压装置，第二种方法是采用夯击方式提高土壤坚实度，如（CN112492924A）中提出的往复夯击镇压装置，第三种方法是在镇压轮上安装径向凸起结构，如（CA112840756A）中提出的间断重镇压装置。本发明提出一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置，通过镇压轮装置、偏心块式振动机构、中间传动系统的相互作用形成松紧相间的土壤镇压结构，有利于耕作层土壤水分的富集和保持。本发明的优点包括：（1）不需要额外提供动力，依靠镇压轮装置自身的转动带动偏心块式振动机构工作。（2）通过改变中间传动，使偏心块式振动机构转速发生变化，能够改变土壤松紧间隔，以便适应不同土壤条件及作物的镇压需求。（3）通过一个镇压轮装置，完成非均匀镇压作业，结构简单，工作可靠。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置。

为了实现上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置，其特征在于：包括镇压轮装置、偏心块式振动机构、中间传动系统，其中，中间传动分别与偏心块式振动机构和镇压轮装置通过带传动连接，偏心块式振动机构主体位于镇压轮装置内部，并能够自由转动。形成的效果是，镇压轮装置在作业时与地面摩擦滚动，将动力通过V带带动中间传动轴转动，中间传动通过V带传动将动力继续传递给偏心块式振动机构，偏心块式振动机构通过转动产生的惯性力与镇压轮的重力结合产生大小不同的非均匀镇压力，形成土壤松紧相间的结构，有利于耕作层土壤水分富集和保持，提高水分利用效率。

所述镇压轮装置由外套、轴承室、带轮、左侧端盖、右侧端盖、轴承组成，外套与轴承室外圈固定，轴承室两端通过轴承支撑，左侧端盖一端对轴承进行轴向定位，另一端固连带轮，右侧端盖对右侧轴承进行轴向定位。轴承室内部为偏心块自由转动空间，外套与地面摩擦形成转动，带动轴承室和两侧端盖转动，与端盖固连的带轮能够将动力传递到中间传动系统，进而驱动偏心块式振动机构运转，实现无动力转动。

所述偏心块式振动机构由传动轴、偏心块、轴承、传动带轮组成，传动轴与偏心块通过螺栓固定，传动带轮通过固定销与传动轴固定，轴承置于传动轴的两端，进行支撑。偏心块的大小和数量可根据实际需求进行选取后安装在传动轴上，并通过螺栓固定，传动轴通过轴肩和两侧轴承室进行轴向定位，传动轴两侧轴承分别起到支撑作用，传动带轮与中间传动轴端带轮对齐，在传动带轮的驱动下，传动轴带着偏心块同步转动，形成转动惯性力，并通过轴承作用在镇压轮装置上合成大小不同的镇压，形成土壤松紧相间的结构。

所述中间传动系统由轴端带轮、带轮组、中间轴、轴承和轴承座组成，轴承座与机架固连，中间轴一端通过轴承支撑，另一端通过固定销与轴端带轮连接，中间轴中部开有槽形轨道，带轮组能够在槽型轨道上滑动，轴端带轮与带轮组随中间轴同步转动。轴端带轮与偏心块式振动机构传动带轮通过V带连接，带轮组与镇压轮装置带轮通过V带连接，形成了镇压轮装置-中间传动系统-偏心块式振动机相连接的传动系统，带轮组可以沿中间轴上的槽形轨道滑动，通过改变传动比，使偏心块式振动机构的转速变化，进而改变镇压力变化频率，即实现了土壤松紧相间的间隔变化，能够适应不同土壤条件和作物类型的镇压作业需求。

本发明的有益效果在于：（1）偏心块式振动机构主体位于镇压轮装置内部，镇压作业时通过合成偏心轮的惯性力和镇压轮的重力形成镇压轮周期变化的非均匀镇压效果，总体结构简单，工作可靠。（2）偏心块式振动机构的动力来源于镇压轮装置，镇压效果（松紧间隔）不受机具作业速度的影响，镇压作业质量好，无需外力做功。（3）中间传动系统采用带轮组形式，通过调节传动比实现了镇压土壤松紧间隔的可调整，提升了镇压装置的适用性。

附图说明

图1为偏心块式非均匀镇压装置工作原理示意图；图2为偏心块式非均匀镇压装置单体结构图；图3为偏心块式非均匀镇压装置机构简图；图4为偏心块式非均匀镇压装置剖视图；图5为镇压轮装置轴测图；图6为偏心块式振动机构轴测图；图7为中间传动系统轴测图；图中：1 镇压轮装置，2 偏心块式振动机构，3 中间传动系统，4 机架，11 外套，12 轴承室，13 带轮，14 左侧端盖，15 右侧端盖，16 轴承，21 传动轴，22 偏心块，23 轴承，24 传动带轮， 31 轴端带轮，32 带轮组，33 中间轴，34 轴承，35 轴承座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，进一步了解本发明的目的、工作原理和功能。

如图1-4所示，一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置，主要包括镇压轮装置（1）、偏心块式振动机构（2）、中间传动系统（3）三部分。镇压轮装置（1）和中间传动系统（3）与机架（4）连接。工作时，镇压轮装置（1）与地面摩擦产生转动，通过固连在镇压轮装置（1）上的带轮（13）将动力通过V带传递到中间传动系统（3）的带轮组（32）上，再由与之同轴转动的轴端带轮（31）将动力通过V带传递给偏心块式振动机构（2）上的传动带轮（24），带动传动轴（21）和偏心块（22）转动，动力的传递路线是镇压轮装置（1）-中间传动系统（3）-偏心块式振动机构（2），由偏心块（22）转动产生的惯性力与镇压轮装置（1）的重力将合成为对土壤镇压的合力，由于惯性力沿竖直方向大小呈周期性变化，因此产生的镇压力合力也将周期变化，即对土壤产生非均匀镇压效果，形成松紧相间的土壤结构。另一方面将镇压轮装置（1）的转动作为动力源，通过中间传动系统（3）带动偏心块式振动机构（2）运动，实现了无动力条件下的非均匀镇压作业，并实现了不同机具速度条件下土壤松紧间隔一致的镇压作业效果，保障了镇压作业质量。

如图5所示，镇压轮装置（1）主要包括外套（11）、轴承室（12）、带轮（13）、左侧端盖（14）、右侧端盖（15）、轴承（16）六部分。外套（11）可使用硬质橡胶等材料，一方面便于磨损更换，另一方面增加与地面摩擦，避免打滑，外套（11）与轴承室（12）固连，轴承室（12）两端通过轴承（16）支撑，轴承（16）通过左侧端盖（14）和右侧端盖（15）进行轴向定位，左侧端盖（14）与带轮（13）通过螺栓或销钉固连。工作时，外套（11）与地面摩擦，在轴承（16）的作用下进行自由滚动，并带动带轮（13）同步转动，将动力传递到中间传动系统（3），轴承室（12）内部空间应保障偏心块（22）的安装和自由转动。为确保镇压轮装置（1）的重力和偏心块式振动机构（2）的惯性力合力位于镇压轮中心位置，应使偏心块（22）安装在镇压轮装置（1）的中心位置，即偏心块（22）重心与镇压轮装置（1）重合，避免在工作过程中因合力作用点位置改变产生横向抖动，降低镇压作业质量。

如图6所示，偏心块式振动机构（2）主要包括传动轴（21）、偏心块（22）、轴承（23）、传动带轮（24）四部分。偏心块（22）采用组合式安装法，根据镇压作业的实际需求选择不同的大小和数量，但需对中安装，偏心块（22）的最大回转直径不能超过轴承室（12）的内径，避免发生干涉造成工作失效。为避免偏心块（22）旋转产生的振动冲击造成偏心块式振动机构（2）的失效或损坏，在传动轴（21）的两端各安装2对轴承（23）进行支撑。工作时，由中间传动系统（3）将动力传递给传动带轮（24），传动带轮（24）通过销轴与传动轴（21）固连，带动传动轴（21）和偏心块（22）同步转动，偏心块（22）转动产生的周期性惯性力通过两侧支撑的轴承（23）传递到镇压轮装置（1）上，形成合力，对土壤产生非均匀镇压效果，形成松紧相间的土壤结构。

如图7所示，中间传动系统（3）包括轴端带轮（31）、带轮组（32）、中间轴（33）、轴承（34）和轴承座（35）五部分。中间传动系统（3）的功能是将镇压轮装置（1）的动力传递给偏心块式振动机构（2），使偏心块（22）转动产生竖直方向周期变化的惯性力，形成非均匀镇压效果，形成土壤松紧相间的结构。采用双轴承方式进行支撑，提高中间传动系统（3）的稳定性，中间轴（33）中部开有长槽作为轨道，使带轮组（32）能够在轨道上自由滑动，带轮组（32）由直径不同的三组带轮组成，通过在轨道上滑动使不同带轮与镇压轮装置（1）上的带轮（13）连接，使整个传动系统传动比可变，以改变偏心块（22）的转速，使惯性力的变化周期发生变化，即非均匀镇压间隔发生变化，最终效果是使土壤松紧间隔发生变化，以适应不同土壤条件和作物需求。

上述具体实施方式仅是本发明的基本原理和主要特征进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，凡是未脱离本发明技术精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的同等变化或改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种用于湿润种床构建的偏心块式非均匀镇压装置，其特征在于：包括镇压轮装置（1）、偏心块式振动机构（2）、中间传动系统（3），其中，偏心块式振动机构（2）主体位于镇压轮装置（1）内部，并能够自由转动，中间传动分别与偏心块式振动机构（2）和镇压轮装置（1）通过带传动连接。

2.根据权利要求书1所述的镇压轮装置（1）由外套（11）、轴承室（12）、带轮（13）、左侧端盖（14）、右侧端盖（15）、轴承（16）组成，外套（11）与轴承室（12）外圈固定，轴承室（12）两端通过轴承（16）支撑，左侧端盖（14）一端对轴承（16）进行轴向定位，另一端固连带轮（13），右侧端盖（15）对右侧轴承进行轴向定位。

3.根据权利要求书1所述的偏心块式振动机构（2）由传动轴（21）、偏心块（22）、轴承（23）、传动带轮（24）组成，传动轴（21）与偏心块（22）通过螺栓固定，传动带轮（24）通过固定销与传动轴（21）固定，轴承（23）置于传动轴（21）的两端；偏心块（22）的大小和数量可根据实际需求进行选取后安装在传动轴（21）上，并通过螺栓固定，传动轴（21）通过轴肩和两侧轴承室（12）进行轴向定位，传动带轮（24）与中间传动轴端带轮（31）对齐。

4.根据权利要求书1所述的中间传动系统（3）由轴端带轮（31）、带轮组（32）、中间轴（33）、轴承（34）和轴承座（35）组成，轴承座（35）与机架固连，中间轴（33）一端通过轴承（34）支撑，另一端通过固定销与轴端带轮（31）连接，中间轴（33）中部开有槽形轨道，轴端带轮（31）与带轮组（32）随中间轴（33）同步转动；轴端带轮（31）与偏心块式振动机构（2）传动带轮（24）通过V带连接，带轮组（32）与镇压轮装置（1）带轮（13）通过V带连接。