一种弯曲式深松犁 |
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申请号 | CN201610304202.4 | 申请日 | 2016-05-07 | 公开(公告)号 | CN105960842A | 公开(公告)日 | 2016-09-28 |
申请人 | 安徽科技学院; | 发明人 | 张春燕; 许安定; 乔印虎; 杨杰; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种弯曲式深松 犁 ,包括与 拖拉机 悬挂式连接的固定犁架以及固定在固定犁架上的若干弯曲式犁体,其中,所述弯曲式犁体包括一工作曲面;所述工作曲面通过前倾切土曲线和侧倾抬土曲线 叠加 形成;所述前倾切土曲线与侧倾抬土曲线分别位于两个相互垂直的平面内;前倾切土曲线沿三维 坐标系 的X轴方向正向拉伸形成的曲面与侧倾抬土曲线沿三维坐标系的Y轴方向正向拉伸形成的曲面在空间中相交于第一曲线;所述第一曲线沿所述Y轴方向负向延伸预定的宽度以形成所述工作曲面。通过分析设计,获得结构合理的空间曲面,形成独特的外形结构和犁体,可一次性地完成深松和整地等工作,减少耕地春播期 土壤 的失墒,达到保护土壤和节能降耗的目的。 | ||||||
权利要求 | 1. 一种弯曲式深松犁,包括与拖拉机悬挂式连接的固定犁架以及固定在固定犁架上的 若干弯曲式犁体,其特征在于,所述弯曲式犁体包括一工作曲面; 所述工作曲面通过前倾切土曲线和侧倾抬土曲线叠加形成;所述前倾切土曲线与侧倾 抬土曲线分别位于两个相互垂直的平面内;前倾切土曲线沿三维坐标系的X轴方向正向拉 伸形成的曲面与侧倾抬土曲线沿三维坐标系的Y轴方向正向拉伸形成的曲面在空间中相交 于第一曲线; 所述第一曲线沿所述Y轴方向负向延伸预定的宽度以形成所述工作曲面; 所述前倾切土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: z = 4E07x4-0.0002x2-0.573x+16.73 ; 所述侧倾抬土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: z = lE-05y4-0·0002x2-12 · 357y+159·19。 |
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说明书全文 | 一种弯曲式深松犁技术领域[0001 ]本发明涉及深松机具,尤其涉及一种弯曲式深松犁。 背景技术[0003] 在进行深松作业后,可以有效提高地表水分的渗入率,减少地表流径和土壤水蚀, 增强深层土壤的蓄水和保墒能力,为农作物营造一个天然的水库,从而提高农作物的抗旱 能力。彻底打破犁底层后,能够疏松土壤,减小植株根系穿透阻力,提高水资源利用率,改善 作物根系发育条件,增加农作物产量。 [0004] 目前深松方式主要有挤压式松土和振动式松土。深松机具大多采用凿式深松部 件,其上部与机具相连接的铲柄有不同形式,如与地表相垂直的直铲柄,与地表成固定角度 的倾斜铲柄,与地表成渐进式夹角的弧形铲柄等。其下部的铲身也有多种形式,较为常见的 是立柱式深松铲。 [0005]随着数字化设计技术的不断进步,深松机具的设计和制造也有了很大的改进空 间。 [0006] 因此,现有技术还有待发展。 发明内容[0007] 鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种新型的弯曲式深松 犁,旨在解决现有技术中深松装置存在的问题。 [0008] 为了达到上述目的,本发明采取了以下技术方案: [0010] 所述工作曲面通过前倾切土曲线和侧倾抬土曲线叠加形成;所述前倾切土曲线与 侧倾抬土曲线分别位于两个相互垂直的平面内;前倾切土曲线沿三维坐标系的X轴方向正 向拉伸形成的曲面与侧倾抬土曲线沿三维坐标系的Y轴方向正向拉伸形成的曲面在空间中 相交于第一曲线; [0011] 所述第一曲线沿所述Y轴方向负向延伸预定的宽度以形成所述工作曲面; [0012]所述前倾切土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: [0013] Z = 4E07x4-0.0002x2-0.573X+16.73; [0014] 所述侧倾抬土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: [0015] z = lE-05y4-0·0002x2-12·357y+159· 19。 [0016] 所述的弯曲式深松犁,其中,所述弯曲式犁体包括:包括所述工作曲面的本体、犁 齿、连接台、立柱以及犁托; [0018] 所述的弯曲式深松犁,其中,所述犁托与本体分别开有四个间距均匀的圆形通孔; 通过销钉卡套镶嵌式连接。 [0019] 所述的弯曲式深松犁,其中,所述犁托的前端与所述主体相接,所述犁托后端与立 柱相焊接。 [0022]所述的弯曲式深松犁,其中,所述犁托的钢板厚度为15mm,所述本体的钢板厚度为 8mm 〇 [0023] 有益效果:本发明提供的弯曲式深松犁,通过分析设计,获得结构合理的空间曲 面,形成独特的外形结构和犁体,将常见深松部件的优点整合于一体,可一次性地完成深松 和整地等工作,减少耕地春播期土壤的失墒,达到保护土壤和节能降耗的目的。 [0025] 图1为本发明具体实施例的弯曲式深松犁的犁体结构示意图。 [0026] 图2为本发明具体实施例的弯曲式深松犁的犁托的结构示意图。 [0027] 图3为本发明具体实施例的弯曲式深松犁的主体的结构示意图。 [0028] 图4为本发明具体实施例的弯曲式深松犁的导曲线的包络线示意图。 [0029] 图5为本发明具体实施例的弯曲式深松犁的导曲线的包络线形成示意图。 具体实施方式[0030] 本发明提供一种弯曲式深松犁。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明 确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施 例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0031] 本发明具体实施例的一种弯曲式深松犁。其与现有技术中的铧式犁外形结构相类 似,均包括固定犁架以及固定在固定犁架上的若干弯曲式犁体。 [0032] 弯曲式深松犁通过固定犁架与拖拉机悬挂式连接。拖拉机在牵引犁具前进的同时 将牵引力通过悬挂装置传递给犁具,在土壤阻力、重力、拖拉机牵引力和合适的犁体角度的 共同作用下,当主犁体入土后达到工作深度,通过深松犁体与土壤间的剪切和摩擦力,使之 出现相对位移,从而达到破碎和疏松土壤底层的作用。 [0033] 关于弯曲式犁体的具体尺寸设计,可以采用铧式犁相近的方法。其中,根据农业技 术标准的要求,可以确定铧式犁的耕深为a。而按照翻垡与覆盖的要求,可以由翻垡原理(k = b/a)确定铧式犁的耕宽b。 [0034] 关于宽深比k值的选择原则:一般要求k>l. 27。常用的数值范围例如:轻沙壤土 k =1.1-1.5; -般土壤k = 1.3-2;粘重潮湿土壤k = 2-3。而考虑到所述弯曲式深松犁的工作 要求为只松土不翻土,深松深度h = 300-400mm。 [0035] 深松宽度可以根据垄距和农作物根系的根幅范围来确定。例如,新疆地区农作物 的垄距一般为500mm,根系的根幅范围为300-450mm,平均根幅为376±73mm,根深范围为 200-350mm,平均根深为275±62mm,须根的生长方向与水平面的夹角范围很大,从25°到90° 均有须根生长。 [0036] 因此,为满足中耕深松的要求,在保证不伤苗的前提下,达到最好的深松效果,可 将深松宽度定为200-250mm。对土壤的深松宽度范围可以达到250~-00mm。在保证中耕深松 作业效果的前提下,可以通过对深松部件间距和液压系统的调节,满足不同的深度和宽度 要求。 [0037] 其中,所述弯曲式犁体包括一工作曲面。工作曲面的对应曲线是由前倾切土曲线 MN和侧倾抬土曲线PQ叠加形成。所述工作曲面形成了所述弯曲式犁体的独特外形结构,始 终与前进方向平行,不会对土垡产生翻转,减少土壤扰动,具有良好的技术效果。 [0038] 以下详细描述所述工作曲面的形成过程: [0039]所述前倾切土曲线MN与侧倾抬土曲线PQ分别位于两个相互垂直的平面内。 [0040]前倾切土曲线MN沿三维坐标系的X轴方向正向拉伸形成的曲面与侧倾抬土曲线PQ 沿三维坐标系的Y轴方向正向拉伸形成的曲面在空间中相交于第一曲线EF。该第一曲线EF 即为所述弯曲式犁体的铲刃线。 [0041]最后将所述第一曲线沿Y轴方向,负向延伸预定的宽度后,即可得到所述工作曲 面。 [0042]所述前倾切土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: [0043] z = 4E-07x4-0.0002x2-0.573x+16.73; [0044] 所述侧倾抬土曲线在三维坐标系中的曲线方程为: [0045] z = lE-05y4-0 · 0002x2-12 · 357y+159 · 19。 [0046] 所述三维坐标系中的Z轴为犁体的里侧边线,X轴为沿前进方向上的犁齿尖顶点所 在的与Z轴垂直的水平线,原点为Z轴与X轴的交点,Y轴为垂直于前进方向上过原点的水平 线。 [0047]其中,所述前倾切土曲线MN的基础为仿生减阻深松铲。所述侧倾抬土曲线PQ则依 据一导曲线所确定。 [0048] 所述导曲线的具体绘制过程如下: [0049] 所述导曲线是控制水平元线位置的指导曲线。导曲线采用圆弧形的圆柱型曲面, 犁体曲面大多采用抛物线形状,抛物线形导曲线的尺寸和形状由以下参数确定: [0050] 导曲线开度1、高度h、犁铧安装角ε、始端直线长度s和抛物线两端点切线的夹角 ω。导曲线参数l、h、e、△ ε、及S均为已知参数,由此可以求出导曲线抛物线部分的高度hi以 及开度Ii: [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056]关于参数的确定: [0057] 1.开度L当导曲线高度一定时,开度L越小则曲面越陡峭,碎土能力强,但犁体阻力 较大;开度L越大则曲面越平缓,阻力越小,碎土能力较弱。故碎土型犁体的1值较翻土型犁 体的1值小,开度L的选择与犁体尺寸有关。 [0058]由于所述弯曲式深松犁工作特点为碎土不翻土,因此应当选择较小的开度值L。 [0059] 2.高度h导曲线的高度h与犁体工作面顶端的高度有关。通常h略小于犁体工作面 的最大高度,即按Hmax>h>H确定一个较为合理的数值。最后根据导曲线在平行于工作面 投影的实际高度加以修正。在本实施例中,弯曲式深松犁的深度为300-400mm,工作面高度 为450mm。因此,可以确定高度h应当为:450mm>h>300。 [0060] 3.切线夹角ω由£和八ε确定,即ω = 90°+ε - Δ ε,为了有利于破碎而不翻转土壤, 导曲线的上部可向前小幅度扭曲,但是扭曲程度不宜过大,以保证土垡不产生翻转为准,其 上端点的切线与铅垂线的夹角为A ε,一般为Δ ε =0°~10°。 [0061] 上述导曲线的各参数及所处的空间位置确定后,可以通过包络线作图法绘制导曲 线: [0062]在坐标XOZ内,分别量取已知的高度h和开度1,确定导曲线的最高点Α。自坐标原点 〇作直线OB,与X轴正方向成ε角,并在OB上截取始端直线段S。过最高点A作直线AD,与OB成ω 并相交于E点,ω按部件的耕作要求确定。在AE与CE两段直线段上截取相同的等分点,分别 由下至上、由左至右顺序编号,用直线连接相同编号的点,得到一直线段族,做直线段族的 公切线即可得到导曲线的包络线(如图4和图5所示)。 [0063]在实际设计过程中,可以使用solidworks软件生成对应的立体三维模型。首先建 立上述的三维坐标系,然后输入真实外形尺寸,在应用特征对于创建的弯曲犁体的曲面进 行模型填充以获得最终的三维模型。 [0064]上述曲面的切土曲线采用前倾切土曲线MN结构,弯曲式犁体采用空间曲面式结 构,M、N两点控制在工作过程中与地面之间的夹角,合理的渐变式夹角能够提高铲刃对土壤 的切削能力,同时增加土壤与铲刃之间的切除面积,有利于保持铲刃的锋利。 [0065]由于铲柄的结构经过合理设计,整个弯曲式犁体的重心不会发生偏移,始终与弯 曲式犁体铲柄保持在同一条垂线方向上,可以确保机具在工作过程中不发生偏移。进行曲 线拟合优化,可以进一步得到如下两组曲线方程(即上述MN、PQ两条曲线): [0066] z = 4E-07x4-0.0002x3+0.0225x2-0.573x+16.731; [0067] z = lE-05y4-0 · 0031y3+0 · 3223y2_12 · 357y+159 · 19。 [0069]良好的切土曲线与土壤水平面之间的夹角随作业深度的变化而改变,可保证良好 的切土角度、提高深松铲对土壤的切削能力、减小作业阻力。侧倾抬土曲线可使铲柄深入到 作物根系底部,增加土壤的有效深松体积,作业后可形成一个弧形的斜向下的沟缝,有效减 少不必要的跑墒和水分蒸发;整个结构圆滑过渡,可避免产生不必要的磨损、提高了使用寿 命。 [0070]在本发明的具体实施例中,如图1所示,所述弯曲式犁体包括:包括所述工作曲面 的本体IOO、犁齿200、连接台300、立柱400以及犁托500。 [0071]其中,犁托500通过立柱400与固定犁架相连。本体100承载所受的主要载荷,直接 与土壤接触。犁齿200为入土机构,设置所述本体100上。当然,犁齿可以进行高频淬火以提 高其耐磨性,所述犁齿200与本体100的之间通过销钉卡套镶嵌式连接。 [0072]上述犁齿的结构设置,能够保持铲尖的锋利并易于更换,可以有效延长深松部件 的使用寿命,提高深松效果和作业效率。 [0073] 所述立柱400通过犁托500与本体100连接。所述连接台300设置在立柱400的一端。 [0074] 所述连接台300上设置有调节定位孔301(直径为Φ20πιπι)。实际使用中,可以通过 螺栓将其固定在所述固定犁架上。另外,调节弯曲式犁体在固定犁架的间距可以实现间隔 深松或全幅深松。 [0075]具体的,如图2和图3所示,所述犁托500与本体100分别开有四个间距均匀的圆形 通孔101。犁托500与本体100之间通过销钉卡套镶嵌式连接。 [0076]较佳的是,所述犁托500和本体100采用高强度硼钢制作。钢板经过预定的热处理 工艺,洛氏硬度为52HRC-62HRC。其中,犁托500钢板厚度为15mm左右,本体100的钢板厚度为 8mm 〇 [0077]更具体的,所述犁托500的前端与所述主体100相接。所述犁托500的后端与立柱 400及加强筋401相焊接。较佳的,所述立柱400可以通过钢管切割、冲压制造。与传统的的铸 铁浇铸件相比,简化了犁体结构、制造工艺,又减轻了整体重量,具有良好的技术效果。 [0078]综上所述,本发明所述的弯曲式深松犁,采用结构较为合理的空间工作曲面。通过 对深松部件的合理配置,既可以进行间隔深松,也可以进行全幅深松,实现了对不同地块的 作业要求,同时具有三种深松部件的优点。 [0079] 所述的弯曲式深松犁具有延长深松部件的使用寿命,降低整机的横向震动,提高 土壤破碎效果,增加有效深松体积,提高作业效率。 |