專利名稱：一種空間曲面式深松鏟的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間曲面式深松鏟。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上的各種深松機(jī)所使用的深松部件大致有三種，分別為鑿式深松鏟、斜柱型深松鏟和全方位深松鏟。三種不同的深松鏟依據(jù)工作方式的不同，以不同的排列方式安裝在深松機(jī)具主梁上，鑿式深松鏟一般用于間隔式深松，斜柱型深松鏟利用不同的排列方式既可用于間隔深松，也可用于全方位深松，全方位深松鏟只用于全方位深松。鑿式深松鏟利用在橫垂面內(nèi)豎直安裝的刀桿上的鑿尖(鏟頭)，對(duì)土壤施加無側(cè)限擠壓作用，使土壤得到松碎，但在土壤深層，豎直刀桿對(duì)兩側(cè)土壤產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓作用，只壓緊土壤并不產(chǎn)生松碎，因而徒耗能量。其結(jié)果使工作阻力劇增，而松土范圍非常有限。根據(jù)田間的測(cè)量計(jì)算結(jié)果可知:此類深松鏟深松土壤時(shí)，松土系數(shù)只有0.3左右，并在松后的土層中留下豎直的溝縫,此溝縫易造成跑墑和水土流失。斜柱型深松鏟的刀桿傾斜配置，此種結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了對(duì)土壤施加無側(cè)限擠壓作用的范圍，因而增大了松土范圍，松土系數(shù)得到提高。對(duì)土垡破壞的過程和現(xiàn)象分析可知，土垡不僅受到水平刀對(duì)其施加的無側(cè)限擠壓作用，而且還受到拉伸應(yīng)力的作用而被破壞，斜柱型深松鏟深松土壤的機(jī)理與鑿式深松鏟相比有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。全方位深松鏟對(duì)土壤深松過程中，充分利用刀刃的切割作用，對(duì)土壤進(jìn)行刨切式加工。由于其結(jié)構(gòu)上多配置了一把傾斜側(cè)刀，所以松土范圍也得到了極大增加。土壤在剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的作用下而被破壞，但不打亂土層，在土層中不產(chǎn)生大空隙，使深松過程中的無用動(dòng)能消耗降低，因而松碎效果好、牽引比阻小，松土系數(shù)可達(dá)0.8 0.9。另外，在深松的同時(shí)耕層底部還能形成鼠道，因而兼有鼠道犁的作用。該工作部件深松土壤的機(jī)理是目前最先進(jìn)的，也是較理想的，基本實(shí)現(xiàn)了人們希望通過機(jī)具使土壤松碎于拉應(yīng)力的設(shè)想。因此，它是一種比較理想的土壤松土工作部件
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空間曲面式深松鏟，采用結(jié)構(gòu)較為合理的空間工作曲面，增加有效深松面積，減小工作阻力。通過合理配置，既可實(shí)現(xiàn)行間深松，也可做到全方位深松，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同地塊的作業(yè)要求，同時(shí)具有三種深松鏟的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明由鏟柄1、刀片2和鏟尖3組成，其中刀片2的上端與設(shè)有調(diào)節(jié)定位孔4的鏟柄I固接，刀片2的下端與鏟尖3固接，鏟刃夾角0為45° 55°，調(diào)節(jié)定位孔4為四個(gè)，且均在一條直線上，鏟尖3前部呈三角錐形、后部呈長(zhǎng)方體；鏟刃5為一條空間曲線，可將其置于空間三維直角坐標(biāo)系中，鏟刃5在平行于深松鏟前進(jìn)方向的平面YOZ和垂直于深松鏟前進(jìn)方向的平面XOZ上的垂直投影分別為前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ，刀片2的形狀由鏟刃5沿Y軸負(fù)向延伸得到。本發(fā)明的空間曲面式深松部件由前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ復(fù)合疊加的空間曲線組成，M、N兩點(diǎn)控制深松鏟在工作過程中與地面之間的夾角，合理的漸變式夾角能夠提高鏟刃5對(duì)土壤的切削能力，同時(shí)增加土壤與鏟刃5之間的切除面積，有利于保持鏟刃5的鋒利；由于鏟柄I的結(jié)構(gòu)經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，整個(gè)深松鏟的重心不會(huì)發(fā)生偏移，始終與鏟柄I保持在同一條垂線方向上，可以確保機(jī)具在工作過程中不發(fā)生偏移；所述的前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ所屬的三維空間直角坐標(biāo)系中Z軸為鏟柄I的里側(cè)邊線，X軸為沿深松鏟前進(jìn)方向上的鏟尖3頂點(diǎn)所在與Z軸垂直的水平線，原點(diǎn)為Z軸與X軸的交點(diǎn)，Y軸為垂直于深松鏟前進(jìn)方向上過原點(diǎn)的水平線；前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ在三維坐標(biāo)系中分別滿足如下方程:前傾切土曲線MN:z = 0.0000004χ4-0.0002χ3+0.0225χ2_0.573χ+16.731 ；側(cè)傾抬土曲線PQ:ζ = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19 ；

該曲線方程所描述下的深松鏟具有以下優(yōu)點(diǎn):使刀刃5的刃線與鏟柄I光滑連接，降低刀片2在鍛壓過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中，降低鏟柄I在工作過程中由于土壤阻力產(chǎn)生的偏移，而導(dǎo)致的刀片2變形；控制刀片2的重心位于X軸上，從而可提高工作過程中整機(jī)的穩(wěn)定性；良好的切土曲線與土壤水平面之間的夾角隨作業(yè)深度的變化而改變，可保證良好的切土角度、提高深松鏟對(duì)土壤的切削能力、減小作業(yè)阻力；側(cè)傾抬土曲線可使鏟柄深入到作物根系底部，增加土壤的有效深松體積，作業(yè)后可形成一個(gè)弧形的斜向下的溝縫，有效減少不必要的跑墑和水分蒸發(fā)；整個(gè)深松鏟結(jié)構(gòu)圓滑過渡，可避免產(chǎn)生不必要的磨損、提高深松鏟的使用壽命。本發(fā)明涉及一種空間曲面式深松鏟，其主要由前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ兩條工作曲線空間疊加組成。特征在于:良好的切土、抬土曲線使深松部件工作阻力減小，同時(shí)保證工作時(shí)的滑切角度，增強(qiáng)機(jī)具的通過性；側(cè)傾抬土曲線增加了土壤的有效深松體積，中耕深松作業(yè)過程中深松鏟可以斜向下插入到根苗的正下方，可有效較少深松后的水分流失，增強(qiáng)水分的有效利用率；經(jīng)過不同的排列配置，此種深松鏟可以達(dá)到間隔深松和全方位深松兩種不同方式的作業(yè)要求；鏟尖設(shè)計(jì)一種錐柱式結(jié)構(gòu)，采用螺栓與深松鏟柄相連，此種結(jié)構(gòu)有利于保持鏟尖的鋒利并易于更換。前傾切土曲線麗沿X軸正向拉伸出的曲面與側(cè)傾抬土曲線PQ沿Y軸正向拉伸出的曲面在空間相交于鏟刃線EF，鏟刃線EF沿Y軸負(fù)向延伸IOOmm 150mm，即得到深松鏟的工作曲面、刀片2的形狀；所述的深松鏟的重心位于鏟柄I的延長(zhǎng)線上，即Z軸上。所述的I產(chǎn)柄長(zhǎng)度a為250mm 300mm,工作曲面弧長(zhǎng)Π s為300mm 400mm,深松伊耕幅寬度d為150mm 180mm,刀片厚度b為25mm 30mm。本發(fā)明采用了由前傾切土曲線和側(cè)傾抬土曲線組成的空間曲面式結(jié)構(gòu)，空間曲面式深松鏟可延長(zhǎng)深松部件的使用壽命，降低整機(jī)的橫向震動(dòng)，提高土壤破碎效果，增加有效深松體積，提高作業(yè)效率，降低能源消耗。


圖1為空間曲面式深松鏟的主視2為空間曲面式深松鏟的左視3為圖1中A-A截面首I]視圖
圖4為鏟庫的結(jié)構(gòu)示意5為空間曲面式深松鏟的裝配軸測(cè)6為深松鏟空間曲線示意圖其中:1.鏟柄2.刀片3.鏟尖4.調(diào)節(jié)定位孔5.鏟刃6.鏟庫MN—前傾切土曲線PQ—側(cè)傾抬土曲線EF—深松鏟鏟刃線a—伊柄長(zhǎng)度b—刀片厚度ns—工作曲面弧長(zhǎng)d-深松鏟耕幅寬度0 —伊刃夾角
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2詳細(xì)說明本發(fā)明的細(xì)節(jié)。圖1為空間曲面式深松鏟的結(jié)構(gòu)示意圖，深松鏟的刀片呈空間曲面式結(jié)構(gòu)，由平行于深松鏟前進(jìn)方向平面內(nèi)的前傾切土曲線MN和垂直于深松鏟前進(jìn)方向平面內(nèi)的側(cè)傾抬土曲線PQ在空間復(fù)合疊加而成。圖1、圖2顯示了空間曲面深松鏟的兩條工作曲線，曲線方程分別為前傾切土曲線 MN:z = 0.0000004x4-0.0002x3+0.0225x2-0.573x+16.731 和側(cè)傾抬土曲線 PQ:z = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19。如圖6所示，前傾切土曲線麗沿X正向拉伸出來的曲面與側(cè)傾抬土曲線PQ沿Y正向拉伸出的曲面在空間相交于曲線EF，即深松鏟的鏟刃線。鏟刃線EF沿Y軸負(fù)向延伸一定的寬度，即可得到深松鏟的工作曲面。圖3的A-A剖視圖顯示刀片的斷面`結(jié)構(gòu)，刀鏟刃進(jìn)行高頻淬火，可提高刀片的耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命。深松鏟可以由65Mn，25 30mm厚的鋼板沖壓制成，或者開模澆鑄制成。如圖4和圖5所示，為將深松鏟安裝在刀座上，鏟柄I上設(shè)有直徑為①20mm的調(diào)節(jié)定位孔4，用螺栓將深松鏟與鏟庫固定，由調(diào)節(jié)定位孔4的安裝位置來調(diào)節(jié)深松深度。將深松鏟與鏟庫6連接后，通過U形夾將其與主梁相連，每個(gè)深松鏟可沿主梁橫向滑動(dòng)，以此來調(diào)節(jié)深松鏟的間距。通過深松鏟間距的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)全方位深松和間隔深松兩種作業(yè)方式。實(shí)施例1本發(fā)明可使深松鏟的空間曲面分為左傾、右傾兩種，鏟柄長(zhǎng)度a=250mm，工作曲面弧長(zhǎng)n s=300mm,深松鏟耕幅寬度d=150mm，刀片厚度b=25mm。將空間曲面式深松鏟按對(duì)稱排列規(guī)則，兩兩對(duì)稱安裝在工作幅寬為1300mm (2行) 3900mm(6行)的深松機(jī)具的機(jī)架上，每個(gè)空間曲面式深松鏟的安裝位置對(duì)準(zhǔn)壟溝，機(jī)具由80 120馬力拖拉機(jī)帶動(dòng)，進(jìn)行保護(hù)性耕作條件下的行間深松作業(yè)，深松機(jī)具作業(yè)的前進(jìn)速度為4km/h。多次測(cè)定的結(jié)果為:深松深度可通過調(diào)節(jié)定位孔4進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的深度范圍為250mm 400mm，耕深穩(wěn)定性可以達(dá)到90%，碎土率達(dá)到85%。實(shí)施例2鏟柄長(zhǎng)度a=275mm，工作曲面弧長(zhǎng)n s=350mm,深松鏟耕幅寬度d=165mm，刀片厚度b=27.5mm。其它條件與實(shí)施例1相同。多次測(cè)定的結(jié)果為:耕深穩(wěn)定性可以達(dá)到92%，碎土率達(dá)到85%。實(shí)施例3鏟柄長(zhǎng)度a=300mm，工作曲面弧長(zhǎng)n s=400mm,深松鏟耕幅寬度d=180mm，刀片厚度b=30mm。減小兩個(gè)深松纟產(chǎn)之間的距離,使其間距在IOOmm 150mm,兩兩對(duì)稱安裝在主梁上，可以起到全方位深松的效果。機(jī)具由120馬力以上拖拉機(jī)帶動(dòng)，進(jìn)行保護(hù)性耕作條件下的行間深松作業(yè)，深松機(jī)具作業(yè)的前進(jìn)速度為4km/h。多次測(cè)定的結(jié)果為:耕深穩(wěn)定性可以達(dá)到93%，碎土率 達(dá)到86%。
權(quán)利要求
1.一種空間曲面式深松鏟，由鏟柄(I)、刀片(2)和鏟尖(3)組成，其特征在于所述刀片(2)的上端與設(shè)有調(diào)節(jié)定位孔(4)的鏟柄(I)固接，刀片(2)的下端與鏟尖(3)固接，鏟刃夾角Θ為45° 55°，調(diào)節(jié)定位孔(4)為四個(gè)，且均在一條直線上，鏟尖(3)前部呈三角錐形、后部呈長(zhǎng)方體；鏟刃(5)為一條空間曲線，可將其置于空間三維直角坐標(biāo)系中，鏟刃(5)在平行于深松鏟前進(jìn)方向的平面YOZ和垂直于深松鏟前進(jìn)方向的平面XOZ上的垂直投影分別為前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ，刀片⑵的形狀由鏟刃(5)沿Y軸負(fù)向延伸得到。
2.按權(quán)利要求1所述的空間曲面式深松鏟，其特征在于所述的前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ所屬的三維空間直角坐標(biāo)系中Z軸為鏟柄(I)的里側(cè)邊線，X軸為沿深松鏟前進(jìn)方向上的鏟尖⑶頂點(diǎn)所在與Z軸垂直的水平線，原點(diǎn)為Z軸與X軸的交點(diǎn)，Y軸為垂直于深松伊前進(jìn)方向上過原點(diǎn)的水平線；前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ在三維坐標(biāo)系中分別滿足如下方程:前傾切土曲線 MN:z = 0.0000004χ4-0.0002χ3+0.0225χ2_0.573χ+16.731 ；側(cè)傾抬土曲線 PQ:ζ = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19 ； 前傾切土曲線麗沿X軸正向拉伸出的曲面與側(cè)傾抬土曲線PQ沿Y軸正向拉伸出的曲面在空間相交于鏟刃線EF，鏟刃線EF沿Y軸負(fù)向延伸IOOmm 150mm，即得到深松鏟的工作曲面刀片(2)的形狀。
3.按權(quán)利要求1所述的空間曲面式深松鏟，其特征在于所述的深松鏟的重心位于鏟柄(I)的延長(zhǎng)線上，即Z軸上。
4.按權(quán)利要求1所述的空間曲面式深松鏟，其特征在于所述的鏟柄長(zhǎng)度a為250mm 300mm,工作曲面弧長(zhǎng)Π s為300mm 400mm,深松纟產(chǎn)耕幅寬度d為1 50mm 180mm,刀片厚度 b 為 25mm 30mm。
全文摘要
一種空間曲面式深松鏟屬農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明中刀片上端與設(shè)有調(diào)節(jié)定位孔的鏟柄固接，刀片下端與鏟尖固接，鏟刃夾角θ為45°～55°，調(diào)節(jié)定位孔為四個(gè)，且均在一條直線上，鏟尖前部呈三角錐形、后部呈長(zhǎng)方體；鏟刃為一條空間曲線，可將其置于空間三維直角坐標(biāo)系中，鏟刃在平行于深松鏟前進(jìn)方向的平面YOZ和垂直于深松鏟前進(jìn)方向的平面XOZ上的垂直投影分別為前傾切土曲線MN和側(cè)傾抬土曲線PQ，刀片的形狀由鏟刃沿Y軸負(fù)向延伸得到。本發(fā)明可延長(zhǎng)深松部件的使用壽命，降低整機(jī)的橫向震動(dòng)，提高土壤破碎效果，增加有效深松體積，提高作業(yè)效率，降低能源消耗。
文檔編號(hào)A01B13/08GK103141169SQ20131010526
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者賈洪雷, 姜鑫銘, 呂振邦, 范旭輝, 趙佳樂 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)