一種具有仿生爪式結構的凹面撥茬機構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及農業耕作機械上的清壟部件，特別是涉及一種具有仿生爪式結構的凹 面撥茬機構。
【背景技術】
[0002] 在保護性耕作模式下，地表殘留大量秸桿、殘茬，嚴重影響播種質量。因此，在播種 開溝作業前，需要有效的清理種床殘留覆蓋物，減少機具作業擁堵，提高播種機具通過率和 作業質量。
[0003] 發明專利（一種仿形爪式浮動清茬、草機構CN 101336575)公開了一種免耕播種 機用清茬草機構，達到清理種床雜草和殘茬的目的。但該機構撥草輪呈"八"字型排布，兩 輪在嚙合點以下輪齒彼此分離，存在清理盲區，部分秸桿仍會覆蓋種床，影響播種質量；撥 草輪為平面結構，作業時，對秸桿的作用主要以側推為主，無翻拋作用，清理能力存在一定 的局限性。
[0004] 通過分析并模擬典型土壤動物的幾何結構和運動學特征，可以優化爪趾-土壤 接觸曲線以降低觸土部件的作業能耗。如：一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件 (200910066892. 4)，通過指形輪齒模仿鼴鼠爪趾的幾何結構，可以減小耕作作業時的能量 消耗。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種具有仿生爪式結構的凹面撥茬機構，一對具有仿生爪 式結構的撥茬輪通過撥茬機構連接架呈"人"字型交錯安裝，消除傳統清茬機構撥茬輪"八" 字型安裝存在撥茬盲區的弊端；撥茬輪輪爪均勻分布在凹面上，對秸桿和殘茬具有拋翻作 用，脫茬、土和清茬效果更為理想；輪爪外形模仿鼴鼠爪趾的運動軌跡，在秸桿、殘茬覆蓋量 較大的地表也能及時清理，增強了作業性能，提高了機具在免耕秸桿覆蓋地表的通過性能。
[0006] 本發明綜合機械優化設計與工程仿生的優點，模仿土壤動物鼴鼠爪趾的運動軌 跡，設計一種具有仿生運動結構的輪爪式凹面撥茬輪，其撥茬輪爪分布在空間凹面圓盤外 緣，輪爪外形模仿鼴鼠爪趾的運動軌跡，對秸桿、殘茬等地表覆蓋物不但具有側推作用，而 且還具有拋翻作用。在土壤含水率較大的情況下，平面撥茬輪容易粘附土壤和殘茬；凹面圓 盤撥茬輪和圓盤耙片工作原理相近，殘茬和少量土壤可沿撥茬輪凹面上升、翻轉、跌落，殘 茬被拋向種床兩側，在殘茬覆蓋比較嚴重的情況下，清茬、脫茬、脫土效果更為理想，解決了 現有平面撥茬機構僅是簡單擠推秸桿、種床清理不徹底的問題。
[0007] 如圖1至圖4所示，本發明具有第一撥茬輪1和第二撥茬輪15,第二撥茬輪15和 第一撥茬輪1結構相同，指形輪齒2的旋向不同，第一撥茬輪1是由安裝平面8和凹面圓盤 (工作曲面）14兩部分組成，中間區域為安裝平面8,安裝平面8的直徑D 1;凹面圓盤14為 球冠曲面一部分，凹面圓盤曲率半徑R范圍為300-340mm，凹面圓盤側視圖頂角為9，其中 9為60°，凹面圓盤14的厚度為3-9mm;指形輪齒2沿輪齒齒根圓3均勾分布在凹面圓盤 所在球冠曲面上，指形輪齒2的數量8~16個，指形輪齒外側齒廓BC曲線4和內側齒廓E：D 曲線5為模仿土壤動物鼴鼠爪趾的運動軌跡設計而成。指形輪齒外側齒廓BC曲線半徑R2 小于指形輪齒內側齒廓ED曲線半徑R1;
[0008] 指形輪齒外側AB直線7與徑向放射線夾角0為15°，第一撥茬輪1的齒頂圓 直徑取值范圍280mm彡D2< 350mm，第一撥茬輪1的凹面圓盤14的安裝平面8直徑取值 90mm < 100mm。
[0009] 凹面圓盤14上指形輪齒內側齒廓ED曲線5符合下述方程：
[0012] 式中：X、y、z為建立的空間直角坐標系軸，h為浮動參數，k為變換系數，其 中：-75mm<x<D2/2, lOram, k = 3 ~3. 2 ;
[0013] 凹面圓盤14上指形輪齒外側齒廓BC曲線4符合下述方程：
[0016]式中：X、y、z為建立的空間直角坐標系軸，b2為浮動參數，k為變換系數，其 中：-75mm<x<D2/2,115mm<y<D2/2,300ram<R<340mm，60mm<R 2<80mm，-10mm〇32< lOram, k = 3 ~3. 2 ;
[0017] R--凹面圓盤曲率半徑
[0018] D2--撥荏輪齒頂圓直徑
[0019] r--指形輪齒齒根圓半徑
[0020] Rj--指形輪齒內側齒廓ED曲線半徑
[0021] R2--指形輪齒外側齒廓BC曲線半徑。
[0022] 第一撥茬輪1和第二撥茬輪15呈"人"字型交錯設置并通過吊耳13固定在機構 連接架12兩端，第一撥茬輪1和第二撥茬輪15在前進方向上作業區間存在重疊區域，重疊 區域寬度為d，其中d為20mm~100mm ;第一撥茬輪1和第二撥茬輪15安裝平面在地面上 投影與前進方向夾角均為a，a為20°~50°。
[0023] 本發明的工作過程和有益效果：
[0024] 撥茬機構作業時，撥茬輪受到機構的連接架推力和土壤、地表覆蓋物作用反力，兩 種作用力方向相反，作用點分別在撥茬輪的中心和外緣上，形成力偶，撥茬輪滾動前進。撥 茬輪的凹面特性使得撥茬輪在含水率較大的情況下作業時，粘附在凹面圓盤上的土壤和殘 茬更容易被翻扣在地面，脫茬土效果較平面撥茬輪更好；殘茬沿凹面上升一定高度被拋向 種床兩側，清茬效果更好，減少堵塞現象的發生；兩個撥茬輪呈"人"字型交錯排布，作業區 域部分重疊，重疊區域二次清理，與"八"字型排布撥茬輪相比，清茬效果更徹底，提高作業 質量。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明的實施例一主視圖。
[0026] 圖2是本發明的實施例二主視圖。
[0027] 圖3是本發明的的俯視圖。
[0028] 圖4是本發明的撥茬輪側視圖。
[0029] 圖5是本發明的撥茬輪安裝位置分布俯視圖。
[0030] 圖6是本發明的撥茬輪"人"字型安裝角度示意圖。
[0031]圖7是本發明的撥茬輪整體裝配圖。
[0032] 圖中：1一第一撥荏輪；2-指形輪齒；3-輪齒齒根圓；4一指形輪齒外側齒廓BC 曲線；5-指形輪齒內側齒廓ED曲線；6-齒根EF曲線；7-指形輪齒外側直線AB ;8-安裝 平面；R -凹面圓盤曲率半徑；Q -凹面圓盤側視圖頂角；11 一凹面圓盤齒頂圓；12-機構 連接架；13 -吊耳；14一凹面圓盤；15-第二撥荏輪。
【具體實施方式】
[0033] 如圖1至圖7所示，本發明具有第一撥茬輪1和第二撥茬輪15,第二撥茬輪15和 第一撥茬輪1結構相同，指形輪齒2的旋向不同；第一撥茬輪1的十二個指形輪齒2沿輪齒 齒根圓3均勻分布在凹面圓盤14所在球冠曲面上，指形輪齒2的內外側邊緣曲線均為模仿 土壤動物驢鼠爪趾的運動軌跡設計而成。
[0034] 指形輪齒外側齒廓BC曲線半徑馬小于指形輪齒內側齒廓ED曲線半徑R 1;
[0035]指形輪齒外側AB直線7與徑向放射線夾角0為15°，第一撥茬輪1的齒頂圓直 徑取值范圍280mm彡D2< 350mm〇
[0036] 凹面圓盤方程曲率半徑符合以下方程：
[0038]式中：300mm彡R彡340mm，凹面圓盤側視圖頂角為9，其中0 = 60°，凹面圓盤 的厚度為3-9mm。
[0039] 凹面圓盤上指形輪齒內側齒廓ED曲線5軌跡符合以下方程：
[0042]式中：x、y、z為建立的空間