一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置的制作方法

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，具體涉及一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置。

背景技術(shù)：

土壤耕作是重負(fù)荷作業(yè)，要消耗大量的能量。目前土壤耕作的主要方式仍以犁耕和旋耕為主。鏵式犁采用的是順序切土，翻土性能好且能達(dá)到深耕，但要想達(dá)到農(nóng)藝要求，需要對(duì)耕后的土壤進(jìn)行二次整理，作業(yè)程序復(fù)雜，效率低，能耗大，成本高。旋耕機(jī)具有耕地和耙地雙重作用，對(duì)殘茬、雜草、綠肥作物切碎能力強(qiáng)，耕后地表平整，土垡破碎，不需要整地作業(yè)就達(dá)到農(nóng)藝要求，有利于搶農(nóng)時(shí)，但其功耗大，覆蓋性能相對(duì)鏵式犁較差，耕后植被在耕層上較多，耕后雜草萌生較早。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，栽培技術(shù)也應(yīng)用于根莖類作物栽培，為了提高根莖類作物的等級(jí)質(zhì)量和產(chǎn)量，對(duì)耕作土壤的質(zhì)量要求比較苛刻，即耕深加大、松碎土壤要求更高。為了滿足增厚土壤熟化層，改善深層透氣性，增大持水能力及秸稈還田的農(nóng)藝要求，增加耕深、降耗節(jié)能、提高耕耘質(zhì)量一直是耕作機(jī)械的主要研究方向之一。

目前，正轉(zhuǎn)旋耕，因?yàn)榈遁S位于地表以上，要加大耕深必須加大刀滾直徑，但刀滾直徑過大將使整機(jī)結(jié)構(gòu)龐大笨重，功耗急劇增加。依據(jù)現(xiàn)行旋耕機(jī)設(shè)計(jì)理論，正轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)旋耕刀從刀滾中心水平線以下開始切土，刀片轉(zhuǎn)到垂直位置時(shí)基本上結(jié)束切土過程。當(dāng)?shù)稘L半徑R、耕深H、旋耕速比λ滿足關(guān)系式：H＝R(1-1/λ)時(shí)，刀滾轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心的水平跡線落在地表面上，正切刃切削速度垂直向下，獲得最小動(dòng)態(tài)切土角，入土阻力較小。利用此關(guān)系式，按農(nóng)藝要求確定目標(biāo)耕深H后，刀滾半徑R≥Hλ/(λ-1)。旋耕速比λ的常用值為4～10，為提高碎土率和溝底平整度，同時(shí)為保證有合理的動(dòng)態(tài)隙角，使旋耕刀正切面不擠推未耕土壤應(yīng)選用偏大的λ值。由此式確定的R值相對(duì)較小，使旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，但隨著耕深的增加，若增加耕深，其負(fù)荷功耗將急劇增加；刀滾切削土壤的阻力指向前上方，其垂直分力向上，阻礙刀滾入土，尤其快速前進(jìn)時(shí)因刀背擠土反力更大，易產(chǎn)生旋耕機(jī)跳動(dòng)，影響耕深穩(wěn)定性；其水平分力向前，如果大于拖拉機(jī)滾動(dòng)阻力與由機(jī)組其它工作部件產(chǎn)生的阻力之和時(shí)將推動(dòng)機(jī)組前進(jìn)而使拖拉機(jī)向前滑移，產(chǎn)生按封閉回路循環(huán)的寄生功率，加重了旋耕機(jī)和拖拉機(jī)傳動(dòng)裝置的負(fù)荷，加大功耗并折損機(jī)械壽命。

正置潛土反轉(zhuǎn)旋耕，即刀軸位于地表以下的旋耕方式，由于逆轉(zhuǎn)旋耕，旋耕刀旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反，從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，可以減少切削力和切削扭矩，降低碎土能耗，同時(shí)由于刀軸在地表以下，可以在短刀的情況下實(shí)現(xiàn)深耕，但正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕將被切土垡向后拋擲的同時(shí)有不少土垡因不能被拋擲到后面而堵塞在工作部件前方，造成前面產(chǎn)生壅土的現(xiàn)象，引起重耕，使作業(yè)負(fù)荷和功率消耗急劇增大，嚴(yán)重時(shí)裝置將無法工作。此外，為了使刀軸沉入地表以下，必須設(shè)置特珠的切土部件來避免旋耕機(jī)變速箱下緣、軸承座下緣與未耕地面發(fā)生干涉，使旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置，在工作過程中實(shí)現(xiàn)高速有序切土，使土壤更多毀于“拉”，并且改變了拋土軌跡，減少了重耕，極大地減少了功耗，增加了耕深。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用順序切土，工作方式為斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕，具體技術(shù)方案如下：

一種斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置，包括機(jī)架、懸掛件、變速箱、斜置刀輥；其特征在于：所述的變速箱位于機(jī)架的中央，其輸入軸通過萬向節(jié)與驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)輸出軸連接且與拖拉機(jī)前進(jìn)方向成110～125°角，變速箱輸出軸為花鍵軸，輸出軸兩側(cè)分別與兩邊的斜置刀輥軸的一端連接，斜置刀輥軸的另一端安裝在軸承座的軸承內(nèi)，軸承座通過螺栓固定在機(jī)架上；

所述的斜置刀輥由同向有序排列的旋耕刀組成，斜置刀輥與牽引拖拉機(jī)前進(jìn)方向成55～70°斜置角，斜置刀輥上的旋耕刀的刀尖一致朝向前進(jìn)方向的右邊，斜置刀輥?zhàn)钭髠?cè)裝有一列側(cè)向力平衡刀，側(cè)向力平衡刀在與輪胎旋轉(zhuǎn)平面平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即側(cè)向力平衡刀的旋轉(zhuǎn)中心軸與斜置刀輥成20～35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行。

優(yōu)選地，所述的斜置刀輥是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕，即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉(zhuǎn)方向與前進(jìn)時(shí)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。

優(yōu)選地，斜置刀輥軸的端部裝有斜置軸承座，斜置軸承座與機(jī)架通過螺栓固定連接，所述的斜置軸承座在驅(qū)動(dòng)輪胎平行的平面內(nèi)開有內(nèi)槽，圓柱滾子軸承安裝在斜置軸承座的內(nèi)槽中、且圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座配合，鋼球座套在斜置刀輥軸上，且與圓柱滾子軸承的內(nèi)圈配合，所述側(cè)向力平衡刀固定在刀盤上，所述刀盤固定在鋼球座上，斜置刀輥軸上開有凹槽，所述鋼球座與斜置刀輥軸之間設(shè)有鋼球，位于鋼球凹槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述的鋼球座與圓柱滾子軸承的內(nèi)圈過盈配合，圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座過盈配合。

優(yōu)選地，所述側(cè)向力平衡刀的數(shù)量為4～6把。

優(yōu)選地，所述的側(cè)向力平衡刀只有側(cè)切面而沒有正切面，且側(cè)切面包含切削刃I和切削刃II。

優(yōu)選地，所述的切削刃I為笛卡爾葉形線；所述的切削刃II為α＝1，0.5<β<1,γ＝0時(shí)的威布爾分布，α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。

優(yōu)選地，相鄰旋耕刀的刀盤相距100～150mm，每個(gè)刀盤安裝2～3把旋耕刀，安裝在相鄰刀盤上的旋耕刀的相位角為60～90°。

優(yōu)選地，所述的旋耕刀刀長(zhǎng)為150～250mm，刀厚為8～10mm，正切面寬為15～20mm，側(cè)切面寬為80～120mm。

本發(fā)明的工作過程如下：拖拉機(jī)動(dòng)力通過萬向節(jié)輸入變速箱，變速箱變速后由輸出軸帶動(dòng)兩側(cè)的刀輥逆轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)切土，即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。由于刀輥在水平面內(nèi)斜置，旋耕刀回轉(zhuǎn)平面與機(jī)具前進(jìn)方向成一適當(dāng)斜置角，旋耕刀切土?xí)r有一個(gè)沿刀輥軸向的相對(duì)速度，使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同，達(dá)到順序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀進(jìn)行切土?xí)r側(cè)面減少了一個(gè)約束面，使土壤更容易破壞，由此達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕，旋耕刀從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低，被切土垡有指向側(cè)面已耕地的分速度，使被切土垡更多地拋向已耕地，減少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀輥斜置且順序切土，在工作過程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土，避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉，使變速箱、軸承座以及刀輥軸可以沉入地下，實(shí)現(xiàn)深耕。

刀輥軸的左側(cè)開有凹槽，凹槽里設(shè)有鋼球，鋼球的一部分在凹槽內(nèi)，一部分在安裝在斜置刀輥?zhàn)髠?cè)的鋼球座內(nèi)，鋼球座與刀盤通過螺栓連接，刀盤上裝有側(cè)向力平衡刀，側(cè)向力平衡刀旋轉(zhuǎn)平面與拖拉機(jī)輪胎平行。刀輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)通過鋼球傳動(dòng)使鋼球座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使側(cè)向力平衡刀不僅能夠切土，還能充當(dāng)側(cè)板起到抵消刀輥工作過程時(shí)受到的軸向分力的作用。

本發(fā)明具有有益效果：本發(fā)明通過將斜置刀輥與牽引拖拉機(jī)前進(jìn)方向成55～70°斜置角，使旋耕刀切土?xí)r有一個(gè)沿刀輥軸向的相對(duì)速度，使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。同時(shí)，旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同，能達(dá)到順序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀進(jìn)行工作切土?xí)r側(cè)面減少了一個(gè)約束面，使土壤更容易破壞，由此達(dá)到節(jié)能降耗的目的。斜置刀輥?zhàn)髠?cè)安裝一列側(cè)向力平衡刀，側(cè)向力平衡刀的旋轉(zhuǎn)中心軸與斜置刀輥成20～35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行，在耕作過程中不僅能旋轉(zhuǎn)切土，還能充當(dāng)側(cè)板抵消刀輥工作過程時(shí)受到的軸向分力的作用。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕，旋耕刀從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低，被切土垡拋向后面的已耕地時(shí)還有指向側(cè)面已耕地的分速度，使被切土垡更多的拋向已耕地，減少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀輥斜置且順序切土，在工作過程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土壤，避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉，使刀輥軸沉入地下，達(dá)到短刀深耕的效果。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，經(jīng)濟(jì)可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中A部分的局部放大圖；

圖3是圖1中B部分的局部放大圖；

圖4是圖1中C部分的局部放大圖；

圖5是旋耕刀示意圖；

圖6是側(cè)向力平衡刀示意圖；

圖7是本發(fā)明工作示意圖；

圖8是本發(fā)明旋耕刀切土運(yùn)動(dòng)示意圖；

圖9是本發(fā)明的切土示意圖；

圖10是本發(fā)明旋耕刀對(duì)土壤作用示意圖；

圖11是正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕裝置拋土方向示意圖；

圖12是本發(fā)明旋耕拋土方向示意圖。

圖中：

1、機(jī)架；2、懸掛架；3、變速箱；4、軸承座；5、斜置刀輥；6、旋耕刀；7、斜置刀輥軸；8、鋼球；9、鋼球座；10、刀盤；11、未耕地；12、被切土垡；13、地表面；14、已耕地；15、土粒。16、側(cè)向力平衡刀；17、輸出軸；18、軸承座；19、切削刃I；20、切削刃II；21、斜置軸承座；22、圓柱滾子軸承。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1和圖3和圖4所示，本發(fā)明所述的斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置，包括機(jī)架1、懸掛架2、變速箱3、斜置刀輥5；斜置潛土逆轉(zhuǎn)深旋耕裝置通過懸掛架2連接在牽引拖拉機(jī)后面，懸掛架2還與機(jī)架1相連。變速箱3位于裝置的中央，拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸通過萬向節(jié)將動(dòng)力輸入變速箱3，變速箱3輸出軸17為花鍵軸，其兩側(cè)與兩邊的斜置刀輥軸7的一端連接，斜置刀輥軸7的另一端安裝在軸承座4的軸承18內(nèi)，軸承座4通過螺栓固定在機(jī)架1上，變速箱3輸出軸帶動(dòng)兩側(cè)的斜置刀輥5逆轉(zhuǎn)切土。

如圖1和圖2所示，斜置刀輥5由同向有序排列的旋耕刀6組成，斜置刀輥5與前進(jìn)方向成55～70°斜置角，旋耕刀6的安裝彎向一致朝向前進(jìn)方向的右邊，斜置刀輥5最左側(cè)安裝一列側(cè)向力平衡刀16，其旋轉(zhuǎn)中心線與斜置刀輥5成20～35°斜置角且與拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軸平行。

如圖2所示，斜置刀輥軸7左端開有凹槽，凹槽里設(shè)有鋼球8，鋼球8的一部分在凹槽內(nèi)，一部分在安裝在斜置刀輥5最左側(cè)的一列側(cè)向力平衡刀16的鋼球座9內(nèi)，鋼球座9與刀盤10通過螺釘連接，刀盤10上裝有側(cè)向力平衡刀16。鋼球座9與圓柱滾子軸承22的內(nèi)圈過盈配合，圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21過盈配合，斜置軸承座21與機(jī)架通過螺栓固定連接。斜置刀輥軸7旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，鋼球8帶動(dòng)鋼球座9轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還在斜置刀輥軸7左端的凹槽里來回滾動(dòng)，鋼球座9又帶動(dòng)圓柱滾子軸承22內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，由于圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21固定不動(dòng)，從而使側(cè)向力平衡刀16在與牽引拖拉機(jī)輪胎平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)切土。

如圖5所示，本發(fā)明所采用的旋耕刀6為專門設(shè)計(jì)旋耕刀6，其刀長(zhǎng)為150～250mm，刀厚為8～10mm，正切面寬為15～20mm，側(cè)切面寬為80～120mm。這種設(shè)計(jì)使旋耕刀6的側(cè)切面的面積增大，正切面的面積減少，使在耕作過程中減少向前的拋土量，且增加向側(cè)后方的拋土量。

如圖6所示，安裝在斜置刀輥5左側(cè)的側(cè)向力平衡刀16的刀數(shù)為4把；側(cè)向力平衡刀16側(cè)面積相對(duì)較大且具有切削刃I 19和切削刃II 20，切削刃I 19為笛卡爾葉形線，切削刃II 20為α＝1，0.5<β<1,γ＝0時(shí)的威布爾分布，α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。在切土過程中，大的側(cè)面更有利于抵消刀輥工作過程時(shí)受到的軸向分力的作用。

如圖7所示，斜置刀輥5由實(shí)線位置運(yùn)動(dòng)到虛線位置，虛線位置時(shí)的變速箱3位于實(shí)線位置時(shí)的耕作區(qū)，即在工作時(shí)，變速箱3位于已耕地14，從而避免了變速箱3與未耕地11發(fā)生干涉，使斜置刀輥軸7沉入地下，實(shí)現(xiàn)深耕。

如圖8所示，旋耕過程中，當(dāng)旋耕刀6由位置a運(yùn)動(dòng)到位置b時(shí)，旋耕刀6向前運(yùn)動(dòng)了距離L的同時(shí)，還向右側(cè)平移了距離S，可以看出旋耕時(shí)旋耕刀6有一個(gè)指向右側(cè)已耕地14的側(cè)向推土運(yùn)動(dòng)，使土壤毀于拉，減少了切土功耗；還使被切土垡12被拋出的同時(shí)獲得一個(gè)指向側(cè)邊已耕地14的側(cè)向分速度，使土壤拋向側(cè)邊的已耕地14，從而避免了重耕。

如圖9所示，本發(fā)明的工作方式是斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕，在旋耕過程中，旋耕刀6從底部開始向上切削土壤，被切土垡12的上方地表面13沒有約束，更多的土壤因張力作用而破裂，同時(shí)使部分被切土拋出時(shí)具有指向已耕地側(cè)向分速度，減少了前方壅土。

如圖10所示，耕作切土?xí)r，旋耕刀6右邊為已耕地14，被切土垡12減少了一個(gè)約束面，減小了切削力，使土壤更容易破壞，降低了碎土能耗，由于旋耕刀6側(cè)切刃與前進(jìn)方向成20～35°角，旋耕時(shí)旋耕刀6的側(cè)切刃具有側(cè)向位移，使側(cè)切刃對(duì)被切土垡12產(chǎn)生了圖中所示方向的作用力，由于被切土垡12的右側(cè)面為已耕地14，使更多的土垡因張力而破碎，從而使耕作減少功耗。

如圖11和圖12所示，正置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕裝置旋耕時(shí)，被拋出的土粒15所具有的速度方向如圖7中所示，土粒15大多拋向前方，造成前方壅土，增加耕作能耗；斜置潛土逆轉(zhuǎn)旋耕時(shí)，被拋出的土粒15的速度如圖8中所示，土粒15除了具有正置時(shí)的向前或者向后的拋出速度，還具有向側(cè)面已耕地14拋出的分速度，使更多的土拋向已耕地14，從而減少了壅土量，進(jìn)而減少了重耕，降低了能耗。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。