CN105960842A - 一种弯曲式深松犁 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种弯曲式深松犁

技术领域

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

深松作业是指利用深松装置对深层土壤进行疏松，加深有效耕层而不翻转土壤，打破深层土壤因多年被农业机械碾压而形成的犁底层，同时又不会破坏土壤结构及地表植被。

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。

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。

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。

因此，现有技术还有待发展。

发明内容

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。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

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；

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＝1E-05y⁴-0.0002x²-12.357y+159.19。

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；

所述立柱通过犁托与本体连接，所述连接台设置在立柱的一端，连接台上设置有调节定位孔，通过螺栓与所述固定犁架上；所述犁齿设置所述本体入土的一侧。

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。

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。

所述的弯曲式深松犁，其中，所述立柱通过钢管切割、冲压制造。

所述的弯曲式深松犁，其中，所述犁托和本体为硼钢材质。

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。

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。

与传统的铧式犁比较，具有特殊的深松犁结构，能够彻底打破犁底层，耕作时犁层深而不翻转土壤、阻力小且具有保护耕地的特点。

附图说明

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

关于宽深比k值的选择原则：一般要求k≥1.27。常用的数值范围例如：轻沙壤土k＝1.1-1.5；一般土壤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。

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。

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。

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。

以下详细描述所述工作曲面的形成过程：

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。

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。

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。

所述前倾切土曲线在三维坐标系中的曲线方程为：

z＝4E-07x⁴-0.0002x²-0.573x+16.73；

所述侧倾抬土曲线在三维坐标系中的曲线方程为：

z＝1E-05y⁴-0.0002x²-12.357y+159.19。

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。

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。

所述导曲线的具体绘制过程如下：

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：

导曲线开度l、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、ε、Δε、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h₁以及开度l₁：

h₁＝h-S*sinε；

l₁＝l-S*cosε。

抛物线型导曲线的一般方程式：

$x_{.}^2+\frac{2(mtg\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}+n)}{{(m-ntg\mathrm{\ϵ})}^2}xz+\frac{(mtg\mathrm{\Δ}\mathrm{\ϵ}+n)}{{(m-ntg\mathrm{\ϵ})}^2}z+\frac{4{\mathrm{mn}}^{2}tg\mathrm{\ϵ}}{{(m-ntg\mathrm{\ϵ})}^2}x-\frac{4{\mathrm{mn}}^2}{{(m-ntg\mathrm{\ϵ})}^2}=0$

其中，m＝h₁-L₁tgε；n＝h₁tgΔε+L₁

关于参数的确定：

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l值较翻土型犁体的l值小，开度L的选择与犁体尺寸有关。

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。

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。

3.切线夹角ω由ε和Δε确定，即ω＝90°+ε－Δε，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Δε，一般为Δε＝0°～10°。

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：

在坐标XOZ内，分别量取已知的高度h和开度l，确定导曲线的最高点A。自坐标原点O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)。

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。

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。

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)：

z＝4E-07x⁴-0.0002x³+0.0225x²-0.573x+16.731；

z＝1E-05y⁴-0.0031y³+0.3223y²-12.357y+159.19。

上述该曲线方程所描述下的弯曲式深松犁具有以下优点：使刃线与铲柄光滑连接，降铲柄片在锻压过程中产生的应力集中，降低铲柄在工作过程中由于土壤阻力产生的偏移，而导致的铲柄变形。

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。

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100、犁齿200、连接台300、立柱400以及犁托500。

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。

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。

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。

所述连接台300上设置有调节定位孔301(直径为Φ20mm)。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。

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。

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。

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。

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。

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。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

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＝1E-05y⁴-0.0002x²-12.357y+159.19。

2.根据权利要求1所述的弯曲式深松犁，其特征在于，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；

所述立柱通过犁托与本体连接，所述连接台设置在立柱的一端，连接台上设置有调节定位孔，通过螺栓与所述固定犁架上；所述犁齿设置所述本体入土的一侧。

3.根据权利要求2所述的弯曲式深松犁，其特征在于，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。

4.根据权利要求2所述的弯曲式深松犁，其特征在于，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。

5.根据权利要求2所述的弯曲式深松犁，其特征在于，所述立柱通过钢管切割、冲压制造。

6.根据权利要求2所述的弯曲式深松犁，其特征在于，所述犁托和本体为硼钢材质。

7.根据权利要求2所述的弯曲式深松犁，其特征在于，所述犁托的钢板厚度为15mm，所述本体的钢板厚度为8mm。