CN1428070A - 新型环保农耕微型垂直旋耕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型环保农耕微型垂直旋耕机，该机具由斜向碎土刀、垂直碎土刀、中心导管和法兰盘构成，在该机具上安装水平切割刀，可具兼除草机的功能，使其在工作时，一次可完成耕作、施肥、除草等多项工作，而且该机具可用在各种拖拉机使用。使用本发明新型环保农耕微型垂直旋耕机，可耕作出一个剖面形状为下部梯形段接上方平行延伸段的作物种植行，作物种植行范围内的土壤得到精细疏松，在耕作的同时，将肥料送入作物种植行的底部，可使其与土壤充分混合，从而为作物提供一个适宜其生长的环境。本新型环保农耕微型垂直旋耕机兼顾了对环境的保护，降低了耕作过程中的动力消耗以及对土壤的大力压实，因而具有广泛的应用前景。

Description

新型环保农耕微型垂直旋耕机

技术领域

本发明涉及一种专用多功能农田耕作机具，即一种新型环保农耕微型垂直旋耕机。

背景技术

一般传统耕作，常以灭茬翻耕进行。这种耕作方式虽然能够满足作物生长的要求，但是由于这种耕作方式使耕地土壤表层疏松，降低了抵抗风雨侵蚀的能力，因此有加快土壤流失及沙化、不利于水土保持的缺陷，也是造成沙尘暴的重要因素。

针对这个问题，国内外开始提倡保护性耕作。所谓保护性耕作，即是将秸秆残茬保留覆盖在土壤表面的耕作方式。保护性耕作能够大幅度提高农田蓄水保墒的能力，减少水土流失。但为了耕作时不影响表土覆盖，保护性耕作都必须使用配套机械来进行。最常见的保护性耕作方法为无耕(或不耕)以及条耕。

所谓无耕，即收割后的秸秆残茬保留覆盖在田面，播种时也不翻动土壤的耕种方法。其配套机械主要的组件包括一个清行开路的园盘，随后跟着一对双圆盘开沟机开出一道很窄的种植浅沟，作物种子则被植入窄沟中。在靠近种植沟旁另开一道沟来加以施肥，肥料存在较难以被作物根部吸收的问题。对于杂草，则必需使用化学除草剂来控制，由此造成对环境与空气的污染。

无耕虽影响表土覆盖极小，但种子在被双盘紧压后的沟中，影响发育成长，特别是紧实的粘质土，会造成减产。条耕即为改进这项缺点，在清行单园盘与双盘开沟器间加一松土器，将种植行沟加以耙松以改良种子成长环境。除此之外，条耕使用机具与无耕完全相同。耙拉犁(Paraplow)为最新发展的松土器，它除了能完成开沟松土并能松动两侧土心，使部分表土开裂加速雨水渗透和吸收，减少雨水冲刷和径流的问题，产量也较无耕种植稍高。它的构造是将一般松土铲支柱下端向侧弯伸45°度。其缺点为阻力大，为抵消此侧向阻力，也有成对使用，惟不同侧弯伸。另外缺点为牵引力大，松土不均，粗放，也会影响种子及施肥的均匀分布。

虽然这两种保护性耕作对土壤的表层破坏小，但须用昂贵的大型种植机械才能实施。条耕种植机的组件较多，可多达9项。下种施肥如同时进行则需两组园盘耙，所需直压重量约1000公斤，所需牵引力约500公斤，使得一般小型拖拉机难以配套采用，平常10KW左右的手扶拖拉机则根本无法使用。另外，由于须用很大的垂直压力才能将园盘耙压入土中，这种耕作方式能量消耗极高。而使用这些重型机械耕种，也会造成土壤被过分压实的不良后果。

发明内容

针对上述所提问题，本发明是在无耕种植法及条耕种植法的基础上，经过深入研究和大量试验提出一种改革性的新农田耕作方法。其目的是在精耕种植沟及扩大松土面的同时能不影响耕地表层覆盖物、提高土壤蓄水的效率、防止表土流失、减低因施肥或除草剂而造成环境与空气的污染、并保证作物生产量。为达成此目的，本发明提供一种新型环保农耕微型垂直旋耕机，该耕作机具可一次完成清行、开沟、施肥、除草等多项工作。除此之外，新型环保农耕微型垂直旋耕机乃从现有传统式耕作机的横向机具组合，改为纵向组合；由牵引型机件，改用旋转动力使用型的机件。其体机小，重量轻，减少一般种植机的庞大配套组件，装卸方便，可与各型拖拉机配套使用，包括小型手扶拖拉机。

本发明新型环保农耕微型垂直旋耕机由法兰盘、垂直碎土刀、斜向碎土刀和中心导管构成；中心导管上端与所述法兰盘同轴连接，法兰盘上设置有与中心导管内孔贯通的透孔；所述中心导管的下端，至少设置有两个斜向碎土刀，斜向碎土刀的一端与所述中心导管的下端相固定，其另一端向下倾斜30～60°，斜向碎土刀的刀口方向与旋转方向相协调，刀口边位于其下前方，并以10～15°的进土角倾斜固定；垂直碎土刀的数量与斜向碎土刀的数量相对应，每个垂直碎土刀垂直安装在所述法兰盘及相应的斜向碎土刀之间，垂直碎土刀的里侧表面与其最小回转圆切线的夹角为10～15°，与刀背相比，其刀口远离中心导管，垂直碎土刀的刀口旋向与斜向碎土刀的刀口旋向相同，垂直碎土刀与中心导管之间留有能够使碎土顺利通过的适当的空间。

进一步地，所述斜向碎土刀的向下倾角为45°。

进一步地，所述垂直碎土刀和斜向碎土刀的刀口切削角均为5～15°。

进一步地，所述斜向碎土刀最远端所形成的最大回转圆的直径为20～25cm，所述垂直碎土刀刀口所形成的最大回转圆的直径为15～20cm，从所述法兰盘下表面到所述斜向碎土刀最下端的垂直距离为25～30cm。

进一步地，所述法兰盘上安装有水平切割刀盘，该水平切割刀盘上向外呈放射状均布有若干水平切割刀。

进一步地，所述水平切割刀盘与法兰盘可以分开单独使用，除草或碎土开沟。

本新型环保农耕微型垂直旋耕机绕其垂直轴快速旋转(400～500rpm)，垂直碎土刀产生的离心力具有自动清行防堵作用，免除清行园盘的使用，此外支承轴使用的是空心钢管，可作为施肥的通道，能将肥料均匀的施撒在种植沟的底部，有助于种苗的吸收，节省了一组双盘另行开沟施肥的笨重机件。

本新型环保农耕微型垂直旋耕机下端的至少两个斜向碎土刀被安装成螺旋状，当旋转后，斜向碎土刀自动带动机具进入土层当中，当达到预定深度后，则由一耕深调节轮支撑(非本设计)，阻止机具继续向下旋进，与斜向碎土刀在土层中旋转切出一个梯形疏松土层的同时，垂直碎土刀在土层中旋转切出一个具有适当宽度的垂直平行段。斜向碎土刀和垂直碎土刀工作时，不但使其回转范围内的土层得到精细疏松，而且将该范围内的残茬杂草全部切断，消除了它们裹绕机具的问题。斜向碎土刀在土层下高速旋转，对其周围的土层产生一种向上的推力，使周围的土层向上微升而蓬松，土层表面则随着隆起而出现小的缝隙，让雨水及灌溉用水能够很好地深入土层中，从而改善了周围土层的透气及透水性。肥料从机具中心导管中被送入斜向碎土刀回转范围内的土中，在斜向碎土刀的作用下，肥料散布在种子根部与土壤完全均匀混合，可充分的被吸收，让种子幼苗一直处于营养丰富的环境当中。

新型环保农耕微型垂直旋耕机上同时安装水平切割刀后，可以兼具除草机的功能，免除或减少喷洒除草剂除草的使用，从而减少化学品对环境的影响。若是拖拉机有配套割草机，新型环保农耕微型垂直旋耕机则可通过一个特制的齿轮箱直接安装在割草机的动力输出轴上即可使用。经田间试验，水平切割刀可在田面的覆盖物下方进行。切割宽度视需要及拖拉机动力大小而定，使用手扶拖拉机时不宜超过70cm。

本新型环保农耕微型垂直旋耕机单一机体重仅10多公斤，在其自转速度400～500rpm的状态下，其效率为0.37kw/m³/s。在实验室土槽试验，以耕深15cm，前进速度为0.2m/s，转度为200rpm，土壤压实度为2000～3000kpa，松土断层面积为0.05m²。使用2对垂直刀与斜面刀，其动力消耗为2kw，牵引力25kg，种植沟宽度为20～22cm。使用3对垂直刀与斜面刀，其动力消耗为2.16kw，牵引力27kg，种植沟宽度为15～17cm。在田间使用9kw的手扶拖拉机装有割草刀。前进速度为0.4～0.5m/s，转速为200rpm，土壤压实度为2000kpa左右，松土面积、种植宽度与土糟同。其动力消耗约为6kw，牵引力则在25kg以下。

使用本发明新型环保农耕微型垂直旋耕机，作物种植行精耕的剖面形状为下部梯形段接上方平行延伸段，上方平行延伸段的宽度等于梯形上边宽度，类似一个倒扣的宽口漏斗。作物种植行深约10～20cm，底边宽20～30cm，上边宽15～25cm。在耕作作物种植行的同时，肥料被送入作物种植行的底部梯形段，并与土壤充分混合；作物种子则被植入作物种植行精耕的土壤沟中。作物种植行两侧被种植行底部所述梯形的两边向上斜推，土壤向上隆，降低压实度。在实验室土槽以及田间试验，其土壤压实度与未经耕作的土壤相比可降低至50～70％，作物种植行的土壤压实度则可降低至90％，达到土壤精细的疏松。整个耕作土壤疏松的剖面形成一个上宽下窄的梯形。梯形底边亦是种植行底部宽20～30cm，梯形上边宽40～60cm，是种植行底宽的两倍。

本发明首先为作物提供了一个适宜其生长的环境，提高了肥料的吸收利用率，其次兼顾了对环境的保护，最后还降低了耕作过程中的动力消耗以及对土壤的大力压实，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明新型环保农耕微型垂直旋耕机结构示意图；

图2为图1中E向视图；

图3为图1中A-A视图；

图4为垂直碎土刀和斜向碎土刀剖视图；

图5为水平切割刀盘结构示意图；

图6为使用图1所示机具示意图；

图7为利用图1所示机具耕作后的作物种植行的剖视图；

图8为作物种植行及其两侧土层硬度示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，新型环保农耕微型垂直旋耕机由法兰盘1、两把垂直碎土刀2、两把斜向碎土刀3及中心导管4构成。中心导管4上端同轴焊接在法兰盘1上，法兰盘1上设置有与中心导管4贯通的通孔11。斜向碎土刀3对称焊接在中心导管4的下端，垂直碎土刀2的两端分别焊接在法兰盘1和斜向碎土刀3上。斜向碎上刀3向下倾斜45°，并具有10°的螺旋入土倾角a，刀口31位于下前方，刀口直面32位于上方，刀口切削角d为15°。垂直碎土刀2的刀口直面22与其最小回转圆切线夹角b为10°，刀口21位于外侧，刀口21的切削角c为10°。

使用时，通过安装孔12将新型环保农耕微型垂直旋耕机安装到驱动输出轴上，驱动输出轴带动新型环保农耕微型垂直旋耕机旋转，由于两把斜向碎土刀3具有15°的螺旋入土倾角，因而，机具旋转后，斜向碎土刀3产生向下的进土力，带动机具自动深入土层中，直至耕深调节轮(拖拉机原有配件)支承阻止其继续下陷。随着机具旋转并在拖拉机等机械的牵引下，斜向碎土刀3和垂直碎土刀2自动完成碎土剖面作物种植行。新型环保农耕微型垂直旋耕机在工作中以200～500rpm的转速旋转，使碎土刀回转范围内的土壤得到精细疏松，并且在斜向碎土刀3及垂直碎土刀2的推压下，作物种植行两侧的土层向上微隆。随着机具在牵引机械的牵引下前行，垂直碎土刀2将其回转范围内的残茬杂草全部切断。工作过程中，将肥料从中心导管4送入土中，随着斜向碎土刀3的高速旋转，使其与种植行底部土壤充分混合。

斜向碎土刀3向下倾斜45°时为其最佳耕作角度。在该状态下，作物种植行两侧可得到最大范围的隆起土层。

附图5所示为水平切割刀盘即除草刀盘，该刀盘由除草刀5和支撑盘6构成，除草刀5通过铆钉8固定在支撑盘6上，除草刀盘通过安装孔7固定到专用耕作机具上。安装时，刀口51的方向与碎土刀的刀口方向一致。安装上除草刀盘后，可达到一机多用的目的。

附图6所示为本新型环保农耕微型垂直旋耕机的使用状态，本机具安装在动力输出箱61上，动力输出箱61的输出轴为中空轴，肥料输送管62穿过中空轴进入中心导管4，并将肥料送入土中。

如图7、图8所示，作物种植行1剖面形状由下方的梯形段和上方的平行延伸段构成，作物种植行两侧土层10受到推挤向上微微隆起，作物种植行及其两侧隆起的土层构成一个斜倒梯形。作物种植行中的土壤得到精细疏松，土壤的实压度相当于倒梯形外不耕作地的土层压实度的10～20％，而其两侧土层实压度也只有不耕作地的土层的30～50％。作物种植行9上小下大。在耕作的同时将肥料送到作物种植行的下方梯形段种子根部，使之与土壤充分混合，提高了肥料的吸收率。两侧土层10向上微微隆起后，既未破坏土层表面的作物残茬覆盖，又使其表面产生许多微小缝隙，改善了土层的透气、吸水性能。

本设计可用在各型大小拖拉机建议如下：

1.使用5kw小型手扶拖拉机前进速可用0.2～0.3m/s，转速200rpm。

2. 9～10kw中型手扶拖拉机前进速可用0.4～0.5m/s，转速500rpm。

3.对于大田作业，25～30kw小型四轮拖拉机可安装2台，双行使用，前进速度在1m/s左右，转速500rpm。每行所需动力大约8～10kw。

4.大型拖拉机可按马力设计多行作业。每行所需动力计不超于10kw。

Claims (6)

1.一种新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，由法兰盘、垂直碎土刀、斜向碎土刀和中心导管构成；中心导管上端与所述法兰盘同轴连接，法兰盘上设置有与中心导管内孔贯通的透孔；所述中心导管的下端，至少设置有两个斜向碎土刀，斜向碎土刀的一端与所述中心导管的下端相固定，其另一端向下倾斜30～60°，斜向碎土刀的刀口方向与旋转方向相协调，刀口边位于其下前方，并以10～15°的进土角倾斜固定；垂直碎土刀的数量与斜向碎土刀的数量相对应，每个垂直碎土刀垂直安装在所述法兰盘及相应的斜向碎土刀之间，垂直碎土刀的里侧表面与其最小回转圆切线的夹角为10～15°，与刀背相比，其刀口远离中心导管，垂直碎土刀的刀口旋向与斜向碎土刀的刀口旋向相同，垂直碎土刀与中心导管之间留有能够使碎土顺利通过的适当的空间。

2.如权利要求1所述的新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，所述斜向碎土刀的向下倾角为45°。

3.如权利要求2所述的新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，所述垂直碎土刀和斜向碎土刀的刀口切削角均为5～15°。

4.如权利要求1、2或3所述的新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，所述斜向碎土刀最远端所形成的最大回转圆的直径为20～25cm，所述垂直碎土刀刀口所形成的最大回转圆的直径为15～20cm，从所述法兰盘下表面到所述斜向碎土刀最下端的垂直距离为25～30cm。

5.如权利要求4所述的新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，所述法兰盘上安装有水平切割刀盘，该水平切割刀盘上向外呈放射状均布有若干水平切割刀。

6.如权利要求4所述的新型环保农耕微型垂直旋耕机，其特征在于，所述水平切割刀盘与法兰盘可以分开单独使用，除草或碎土开沟。

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