整體式免耕播種開溝器的制造方法

整體式免耕播種開溝器的制造方法
【專利摘要】一種整體式免耕播種開溝器，采用由杠桿式仿形機構控制的沿地表滑行的固定式水平切刀，將地面外露的根茬及秸稈切斷，通過分禾切刀導向開溝器兩側，在水平切刀的底部安裝鋤鏟式開溝器，以便于在免耕硬茬地上破土和入土，并將地表以下的根茬切開，其后布置有立軸式破茬碎土裝置，在高速旋轉過程中打碎土壤中的根茬和碎土，形成種床，破茬碎土裝置后面布置有深度不同的施肥開溝器和排種開溝器，以配合施肥和排種裝置完成排肥和排種作業，最后由刮板式覆土器完成覆土作業。各工作部件由開溝器側板封閉，避免了機件纏繞雜草和秸稈造成擁堵，影響機組的通過性。
【專利說明】整體式免耕播種開溝器

【技術領域】
[0001]本發明屬于農業機械領域，具體涉及一種適合于草籽、谷子、高粱、小麥、豆類、玉米等作物免耕播種作業的破茬開溝裝置。

【背景技術】
[0002]根據保護性耕作的農業技術要求，在進行免耕播種作業時，開溝器不僅需要有良好的入土性能，而且要具有破茬、分草等功能，有利于創造良好的種床條件和提高機組作業的通過性。
[0003]一般免耕播種開溝器采用傳統開溝器并附設防堵、破茬等裝置，常見結構形式包括旋轉式、直走式和組合式等。直走式開溝器有單圓盤開溝器、雙圓盤開溝器、錯開式雙圓盤開溝器、鋸齒式圓盤開溝器、尖角形開溝器等。前四種為固定圓盤類開溝器，開出的種床質量較好，但是入土性能差，不能有效保證破茬和開溝深度，為了增強其入土性能，大多采用增加結構重量來保證開溝深度，對牽引動力要求較高，成本較大；尖角開溝器結構簡單，開溝動土量小，可以自動回土，入土性能較好，但通過性較差，擁堵、纏草問題較難解決，要求整地條件較高，當土壤較干板結時，容易翻出較大的整土塊，破壞種溝，作業后地表平整度差，不適宜在秸桿和雜草較多的未耕地作業。旋轉式開溝器主要以臥式旋耕刀為主，這種開溝器的入土性能不受秸桿量多少影響，可以開出質量較好的種床，但缺陷是覆土質量較差，不能有效保證出苗率。已有的組合開溝器主要是旋耕刀與尖角開溝器的組合，利用前置旋耕刀破茬性能和尖角開溝器的覆土性能，一定程度上提高了機具性能，但缺陷是不能將地表秸桿、雜草隔離，擁堵現象沒有得到很好的解決，切碎的秸桿和根茬碎屑混入土內較多，影響種床質量，其仿形常為前置或后置，仿形不及時，易受地表秸桿影響，不能很好的保證開溝深度。
[0004]目前的免耕播種開溝器存在的主要問題表現在以下幾方面。
[0005]I)地表秸桿覆蓋量大，前茬作物根茬堅硬，極易造成作業過程中的擁堵，機組通過性差。
[0006]2)采用傳統旋耕機加裝開溝器進行作業，有利于地表秸桿處理，可以在一定程度上改善機組的通過性，但這種作業方式違背了免耕作業的思想，且動力消耗較大。
[0007]3)大多數對土坯擾動量較小的窄形免耕開溝器對土坯濕度要求較高，適應性差，難以形成良好的種床條件，且覆土困難，影響免耕作業效果。
[0008]4)在現有旋耕機上改造的條帶式播種方式雖然可以有效改善上述缺陷，但機組結構相對復雜。
[0009]國外的免耕播種機均為大型機具，一般幅寬1m以上，前后距離1m以上，重量均在1t以上，配套動力147kw以上的拖拉機，工作性能穩定，工作質量較好，一般適應產量較低的秸桿覆蓋地，總體上適合于中低產田，適應性差，主要是為一年一熟地區設計，不適合我國北方一年兩熟地區使用。因此，進行免耕播種機開溝裝置的創新與設計，對滿足生產所需和提高機械化技術水平具有重要意義。


【發明內容】

[0010]本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種整體式免耕播種開溝器，以較好地解決免耕播種開溝器的入土性、通過性、覆土性和種床條件差等技術問題，提高免耕播種機的綜合性能。
[0011]本發明的整體式免耕播種開溝器是根據開溝器設計的有關理論，應用現代設計技術和手段設計出的一種新的開溝器結構型式，其采用固定式水平切刀，將地面外露的根茬及秸桿切斷，并通過水平切刀上部的分禾切刀導向開溝器的兩側，在水平切刀的底部安裝鋤鏟式開溝器，以便于在免耕硬茬地上破土和入土，并將地表以下的根茬切開，其后布置有立軸式破茬碎土裝置，在高速旋轉過程中打碎土壤中的根茬和碎土，同時形成種床，破茬碎土裝置后面布置有深度不同的施肥開溝器和排種開溝器，以配合施肥和排種裝置完成排肥和排種作業，最后由刮板式覆土器完成覆土作業。
[0012]本發明的整體式免耕播種開溝器具體包括有:
開溝器機架，所述開溝器機架由一個分禾切刀以及連接在分禾切刀兩側的分禾和封閉側板構成，且所述分禾切刀與分禾和封閉側板之間構成一個廂式工作空間，所述分禾切刀的前端為錐形，用于將地面切斷的根茬及秸桿導向開溝器機架分禾和封閉側板的兩側；一個具有錐形前端的水平切刀，固定在開溝器機架上，分禾切刀的下端，貼近地表平面，在所述水平切刀的前端錐形兩側設有刀刃，用于沿地表滑行，將地面上外露的根茬和秸桿切斷；
一個鋤鏟式開溝器，固定在開溝器機架上水平切刀的下方，伸入地表以下，用于將地表以下的根茬切開、土壤破塊；
一個立軸式破茬碎土裝置，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，鋤鏟式開溝器的后端，由動力裝置和立式刀輥構成，所述立式刀輥的立軸與動力裝置的動力輸出軸連接，在立軸上設置有刀齒，用于高速旋轉打碎土壤中的根茬和碎土 ；
一個由滑刀和固定于滑刀背部的輸肥管構成的施肥開溝器，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，立軸式破巷碎土裝置的后方，用于完成排肥作業；
一個由滑刀和固定于滑刀背部的排種管構成的排種開溝器，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，施肥開溝器的后方，用于完成排種作業；
一個刮板式覆土器，位于排種開溝器的后端，其前端鉸接在開溝器機架的分禾和封閉側板上，在所述刮板式覆土器與分禾和封閉側板之間連接有拉簧，用于拉緊刮板式覆土器，保持與地面的接觸；
一個仿形杠桿，在所述仿形杠桿的前端連接有前仿形輪，后端安裝有用于鎮壓覆土的鎮壓輪，所述仿形杠桿的前部鉸接在開溝器機架的分禾和封閉側板上，用于支撐開溝器機架，并控制水平切刀貼近地表平面。
[0013]其中，優選地，所述分禾切刀前端錐形的錐頂角為28°。
[0014]本發明所述水平切刀前端錐形的錐頂角為30°，錐形兩側刀刃的刃寬20mm，刃口角20°。這樣優化結構的水平切刀有利于將地表根茬切斷，并使切斷的根茬沿分禾和封閉側板后移，防止機組作業時造成擁堵現象。
[0015]進而，本發明設計所述鋤鏟式開溝器的入土角為40°，并具有7°的隙角和15°的刃口角，這樣可以將地表以下的根茬從中間切開，防止根茬纏堵，保證機組的通過性，為后置立軸破茬碎土裝置創造良好的開溝條件。
[0016]本發明中，所述立式刀輥高速旋轉切削土壤及根茬，形成矩形種床，為后續播種和施肥作業準備了條件。本發明在立式刀輥的立軸上每個斷面布置有2把對稱分布的刀齒，為使切削負荷盡可能均勻，刀齒沿立式刀輥立軸的軸線方向呈雙頭螺旋規律分布，螺旋角12°，為保證刀刃對土壤的滑切作用，所述刀齒的刀刃線為圓弧曲線。
[0017]本發明所述施肥開溝器和排種開溝器均為滑刀式開溝器，利用滑刀將立軸破茬碎土裝置開出的溝槽底部的殘留根茬碎塊清理到兩側，所述滑刀的入土角優選為136°。
[0018]進一步地，本發明所述覆土器的后端內收并上翹，與地面成21.5°的夾角。
[0019]本發明所述的鎮壓輪為對開式V形鎮壓輪，V形角為146°。其同時也兼做后仿形輪，與前仿形輪配合，通過鉸接的仿形杠桿支撐開溝器機架，實現仿形和限深功能。
[0020]本發明的整體式免耕播種開溝器同時具有秸桿切斷、防止擁堵、硬地入土、根茬破碎、條帶種床、化肥深施、種子排放、覆土鎮壓、地表仿形等多種功能，不僅適用于大量秸桿覆蓋的免耕硬茬地作業，也適用于傳統整地后的播種作業，可用于多種動力配套的播種機型，不受地形、土壤條件限制，通用性好。
[0021]本發明整體式免耕播種開溝器各工作部件除入土部分外，整體被兩側的分禾和封閉側板封閉，處于相對封閉的環境中，避免了機件接觸雜草和秸桿，纏繞秸桿雜草引起的擁堵現象，機組通過性好。
[0022]本發明采用前后輪支撐的杠桿式仿形機構，保證了水平切刀與地面貼合，沿地表滑行將地面上外露的根茬及秸桿切斷，仿形效果好，同時也易于保證播種和施肥深度的一致性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發明整體式免耕播種開溝器的結構示意圖。
[0024]圖2是圖1中開溝器機架部分的俯視結構示意圖。
[0025]圖3是水平切刀的結構示意圖。
[0026]圖4是圖3的A-A視圖。
[0027]圖5是鋤鏟式開溝器的結構示意圖。
[0028]圖6是圖5的俯視結構示意圖。
[0029]圖7是立式刀輥的結構示意圖。
[0030]圖8是立式刀輥上刀刃排列的結構示意圖。
[0031]圖9是刀齒沿立軸軸線方向的分布規律圖。
[0032]圖10是刀刃曲線上各點隨其工作半徑變化的力學分析圖。
[0033]圖11是刀齒滑切角r與刀刃工作半徑^的關系曲線圖。
[0034]圖12是施肥開溝器和排種開溝器的結構示意圖。
[0035]圖13是覆土器的結構示意圖。
[0036]圖14是圖13的俯視結構示意圖。
[0037]圖15是杠桿式仿形機構的結構示意圖。
[0038]圖16是圖15中鎮壓輪的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0039]整體式免耕播種開溝器的結構如圖1所示，主要由開溝器機架1、水平切刀3、鋤鏟式開溝器4、立軸式破茬碎土裝置5、施肥開溝器6、排種開溝器7、覆土器8、仿形杠桿9、前仿形輪2、鎮壓輪10等組成。
[0040]如圖2所示，開溝器機架I是由分禾切刀11與兩塊分禾和封閉側板12組成的焊接式結構。分禾切刀11采用厚度為25mm的鋼板，前端分禾角28°。分禾和封閉側板12采用厚度為3mm的鋼板，焊接在分禾切刀11的后端，組成一個內寬為10mm的箱式工作空間13，鋤鏟式開溝器4、立軸式破茬碎土裝置5、施肥開溝器6、排種開溝器7和覆土器8均設置在該箱式工作空間13內。
[0041]水平切刀3和鋤鏟式開溝器4分別通過兩個定位銷及M14螺栓與開溝器機架組成固定式連接。
[0042]其中水平切刀3的結構如圖3所示，由厚度為1mm的鋼板制成，圖4為圖3的A-A視圖，體現了水平切刀3的刀刃結構，其刀刃的刃口角為20°，刃寬20mm，有利于將地表根茬切斷。為使被切斷的根茬能夠沿分禾和封閉側板12后移，設置水平切刀3的分禾角度為15° (兩側切刃的錐頂角為30° )，該角度遠遠小于90°-爐(其中爐為土壤或根茬與切刀之間的摩擦角，識二 14° -38")，滿足根茬向后滑移的必要條件，保證切刀對土壤和殘茬的滑切作用，同時刃口具有自銳性，防止機組作業時造成擁堵現象。
[0043]圖5、圖6為鋤鏟式開溝器4的結構圖，鋤鏟式開溝器4采用厚度為25_的鑄鋼制造，入土角CK= 40。，隙角E = 7。，刃口角y 通過兩個定位銷及M14螺栓與水平切刀3一體連接到開溝器機架I上，可以將地表以下根茬從中間切開，防止根茬的纏堵，保證機組的通過性，開溝深度200mm,為后置立軸破茬碎土裝置5創造良好的開溝條件。
[0044]立軸式破茬碎土裝置5布置在鋤鏟式開溝器4之后，與開溝器機架I通過位于開溝器機架I上部的法蘭連接，由動力裝置51和立式刀輥52構成。動力裝置51由耕作機械動力傳動系統驅動，工作轉速700?1000r/min。立式刀輥52的結構如圖7所示，其立軸521與動力裝置51的動力輸出軸511連接，在立軸521上設置有刀齒522，其工作直徑90mm，由動力裝置51驅動，隨立軸521高速旋轉，用于切削打碎土壤中的根茬和碎土，同時形成一條寬度為90mm的矩形條帶種床，為后續播種和施肥作業準備條件。
[0045]刀齒522的結構如圖8所示，其刀刃線采用圓弧曲線，以保證刀齒522對土壤的滑切作用，防止土壤和雜草纏繞在立式刀輥52上，刀刃線上各點的滑切角均應大于土壤與鋼材的摩擦角。
[0046]圖9反映了刀齒522沿立軸521軸線方向的分布規律。在立軸521的每個斷面上布置2把對稱分布的刀齒522，為使切削負荷盡可能均勻，刀齒沿立軸軸線方向呈雙頭螺旋規律分布，螺旋角12°，刀刃厚度5mm，軸向間隔距離為20mm，在200mm長度的立軸上分布有22把刀齒。
[0047]圖10中，以刀刃曲線上任意點D (被切物料)為研究對象，物料受到垂直于刀刃切線方向的正壓力N和摩擦力F的作用，將N分解為沿切線方向的分力T和沿速度方向的分力Q。實現滑切的條件是'τ.>Ρ，即P,其中『力滑切角，$為土壤與鋼材之間的摩擦角，一般屮=14。~ 380。
[0048]根據幾何關系:..^+P2-J?.2

T= arc sin-:-


ZMiP
式中:/? 一刀刃曲線曲率半徑O--),根據設計結果36.0mm ；
一刀刃曲線曲率中心至刀軸中心的距離(蕭)，R=r25.()mm ；
兄一刀刃上選定點的工作半徑O--)，式=15~45μ?。
[0049]圖11則反映了刀刃曲線上各點隨其工作半徑的變化規律。可見，當兄=15mm時，T= 56.1。4=45謹時，T= 56.3。4=26謹時，T= 46° ,達到最小值。刀刃曲線上各點均滿足滑切要求。
[0050]位于立軸式破茬碎土裝置5后部的施肥開溝器6和排種開溝器7分別通過螺栓連接，與開溝器機架I組成上下位置可調的固定連接。圖12為施肥開溝器6和排種開溝器7的結構圖，均為滑刀式開溝器，入土角136°，利用滑刀61在立軸破茬碎土裝置5所開出的溝槽底部，將殘留的根茬碎塊清理到兩側，其施肥深度80?150mm，播種深度30?80mm，可以滿足一般中耕作物播種的農業技術要求，并實現肥料側向深施，有利于提高肥料的利用率。
[0051]覆土器8采用刮板式，并與開溝器機架I鉸接，通過拉簧保持與地面的接觸，完成覆土作業。圖13、圖14為覆土器的結構圖，刮板式覆土器由5_厚鋼板制成，兩板間夾角50°，后開口寬50mm，與地面夾角21.5°，通過高度25mm，其前端通過銷軸81鉸接到分禾和封閉側板12上，并與分禾和封閉側板12之間通過拉簧連接，提供覆土作用力，以有效保證覆土量。
[0052]圖15為由仿形杠桿9、前仿形輪2和鎮壓輪10組成的杠桿式仿形機構的結構圖。前仿形輪2和鎮壓輪10安裝在仿形杠桿9上，通過仿形杠桿9支撐開溝器機架I。前仿形輪2與鎮壓輪10的輪距1000mm，安裝高度可調。仿形杠桿9通過銷軸91鉸接在開溝器機架I上，鉸接點與前仿形輪2的水平距離為257mm，所形成的杠桿式仿形機構可以實現仿形和限深的作用。
[0053]其中的鎮壓輪9如圖16所示，為對開式V形鎮壓輪，輪體直徑300mm，輪寬39mm，V形角146°，安裝在仿形杠桿9上，兼做后仿形輪，可通過調節在仿形杠桿9上的安裝位置，調節鎮壓高度。
[0054]上述整體式免耕播種開溝器采用由杠桿式仿形機構控制的，沿地表滑行的水平切刀將地面上外露的根茬及秸桿切斷，以地表為界分割為兩部分分別處理。地表上的秸桿和雜草通過錐形的分禾切刀導向開溝器兩側。地表下的根茬和土壤通過鋤鏟式開溝器進行破土和入土，并由其后的立軸式破茬碎土裝置通過動力驅動高速旋轉，完成破茬和碎土，形成寬度為90mm的條帶式松軟種床。在此種床內，由施肥開溝器、排種開溝器、刮板式覆土器和V型鎮壓輪完成播種和施肥作業。各工作部件由開溝器上分禾和封閉側板封閉，避免了機件纏繞雜草和秸桿造成擁堵，影響機組的通過性。
【權利要求】
1.一種整體式免耕播種開溝器，包括有: 開溝器機架，所述開溝器機架由一個分禾切刀以及連接在分禾切刀兩側的分禾和封閉側板構成，且所述分禾切刀與分禾和封閉側板之間構成一個廂式工作空間，所述分禾切刀的前端為錐形，用于將地面切斷的根茬及秸桿導向開溝器機架分禾和封閉側板的兩側； 一個具有錐形前端的水平切刀，固定在開溝器機架上，分禾切刀的下端，貼近地表平面，在所述水平切刀的前端錐形兩側設有刀刃，用于沿地表滑行，將地面上外露的根茬和秸桿切斷； 一個鋤鏟式開溝器，固定在開溝器機架上水平切刀的下方，伸入地表以下，用于將地表以下的根茬切開、土壤破塊； 一個立軸式破茬碎土裝置，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，鋤鏟式開溝器的后端，由動力裝置和立式刀輥構成，所述立式刀輥的立軸與動力裝置的動力輸出軸連接，在立軸上設置有刀齒，用于高速旋轉打碎土壤中的根茬和碎土 ； 一個由滑刀和固定于滑刀背部的輸肥管構成的施肥開溝器，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，立軸式破茬碎土裝置的后方，用于完成排肥作業； 一個由滑刀和固定于滑刀背部的排種管構成的排種開溝器，固定在分禾和封閉側板之間的廂式工作空間內，施肥開溝器的后方，用于完成排種作業； 一個刮板式覆土器，位于排種開溝器的后端，其前端鉸接在開溝器機架的分禾和封閉側板上，在所述刮板式覆土器與分禾和封閉側板之間連接有拉簧，用于拉緊刮板式覆土器接觸地表； 一個仿形杠桿，在所述仿形杠桿的前端連接有前仿形輪，后端安裝有用于鎮壓覆土的鎮壓輪，所述仿形杠桿的前部鉸接在開溝器機架的分禾和封閉側板上，用于支撐開溝器機架，并控制水平切刀貼近地表平面。
2.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述分禾切刀前端錐形的錐頂角為28°。
3.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述水平切刀前端錐形的錐頂角為30°，所述錐形兩側刀刃的刃寬20mm，刃口角20°。
4.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述鋤鏟式開溝器的入土角40°，隙角?°，刃口角15°。
5.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是在所述立式刀輥的立軸上每個斷面布置有2把對稱分布的刀齒，所述刀齒沿立式刀輥立軸的軸線方向呈雙頭螺旋規律分布，螺旋角12°，所述刀齒的刀刃線為圓弧曲線。
6.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述施肥開溝器和排種開溝器上滑刀的入土角為136°。
7.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述覆土器的后端內收并上翹。
8.根據權利要求7所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述覆土器的后端上翹后與地面的夾角為21.5°。
9.根據權利要求1所述的整體式免耕播種開溝器，其特征是所述的鎮壓輪為對開式V形鎮壓輪，其V形角為146°。
【文檔編號】A01B49/06GK104170551SQ201410436573
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】宋海燕, 張秀全, 秦剛, 鄭德聰, 郭玉明 申請人:山西農業大學