复合式减阻深松铲.pdf

本发明涉及农业耕整地作业机械领域的一种复合式减阻深松铲，由铲柄和通过螺栓连接在铲柄上的复合形铲尖组成，铲柄由自上而下的机架连接段(H1)、倾斜工作段(H2)、仿形工作段(BC，DE)和铲尖连接段(L)构成；其特征是所述铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角(α)为20°～23°；所述倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角(β)为22°～35°；仿形工作段内准线(BC)和外准线(DE)是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：该深松铲与市场上现有的深松铲相比，特别是在深松深度在200mm至400mm范围时，工作阻力相比降低6％～12％，具有适应深松深度范围广，有利于节约能源消耗。

1.一种复合式减阻深松铲，由铲柄(1)和通过螺栓(2)连接在铲柄(1)上的复合形铲尖(3)组成；所述的铲柄由自上而下的机架连接段(H)、倾斜工作段(H)、仿形工作段(BC，DE)和铲尖连接段(L)构成，内准线(BC)的前部刃角为50°～60°，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线(BC)平行，其特征在于：所述铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角(α)为20°～23°；所述倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角(β)为22°～35°；仿形工作段内准线(BC)和外准线(DE)是一分别按如下两个多项式方程制得的曲线：式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x≤0和-55.686≤x≤74.9954。 2.根据权利要求1所述的一种复合式减阻深松铲，其特征在于：所述的复合形铲尖(3)上端面后部为矩形、前部刃线(mnp)是一对称圆弧线组成，其铲尖楔角(γ)为19°-20°，前部刃角(θ)为50°～60°，前部刃线(mnp)是按如下方程式制得的曲线：式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向后端，Y轴正向向上，x取值范围满足R取值范围满足H≤R≤1.5H、H为铲尖宽度。

技术领域

本发明涉及农业耕整地作业机械领域的一种深松铲。

背景技术

深松技术是重要的农业保护性耕作技术之一，在国内外已得到了广泛应用，并在农业 生产中发挥越来越重要的作用，为农业可持续发展提供了一项技术保障。但传统的深松机 具的能耗较大，特别是随着深松深度和机器前进速度的增加机具牵引阻力显著增大，需要 大功率拖拉机牵引才能实施作业，因此减少深松机耕作阻力，对于节约能耗具有重要的意 义。深松铲是深松机具上实现疏松土壤，打破犁底层，不翻转土壤的保护性耕作机具，主 要由深松铲柄和铲尖组成，由于深松铲的切土、破碎和松动土壤的过程是同时进行的，其 结构形状对深松机具的土壤耕作阻力影响很大。

现有的“仿生减阻深松铲柄”是通过模仿某些土壤动物的爪趾结构形态，经等比例放 大设计出的一种比传统深松铲柄具有减阻效果的曲线结构。其曲线是用与耕深有关的多项 式方程制得的曲线，因此，当耕深发生变化时，对应的铲柄结构参数将随之改变，产生一 个耕深要求对应一个铲柄现象。另外，由于土壤动物是通过爪趾的刨、钩、抓等动作将土 壤切碎、运走，而深松机具通常是通过深松铲的移动进行作业，与土壤动物爪趾的运动不 同。因此，除了模仿爪趾的结构形态，还要考虑作业时的姿势及适应的深松深度。

深松铲尖是深松铲重要组成部分，现有的深松铲尖主要有凿形、箭形和双翼形，铲尖 结构对入土性能、松土范围和耕作阻力也具有较大的影响。特别是用深松铲进行深松作业 时铲尖处的土壤坚实度较高，耕作阻力也较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种新型结构的耕作阻力小、适应 深松深度大的通用型复合式减阻深松铲。

本发明复合式减阻深松铲，如图1所示，它包括一个铲柄1，一个通过螺栓2连接在 铲柄上的复合形铲尖3。所述的铲柄部分如图4所示，由自上而下的机架连接段H1、倾斜 工作段H2、仿形工作段BC、DE和铲尖连接段L组成，内准线的前部刃角为50°～60°，刃 口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行。所述铲尖连接段L的铲尖安装平面与水平面夹角α 为20°～23°；倾斜工作段前端刃线与铅锤面之间夹角β为22°～35°(一般取22°)，在工作 时铲柄对土垡产生轻微的抬升作用，减少了深松铲对土壤的挤压；仿形工作段模仿土壤动 物爪趾轮廓形态，并控制其作业姿势，使仿形工作段内准线BC和外准线DE是一分别按如 下两个多项式方程制得的曲线：

y 1 = 0.00000116 x 1 4 + 0.000579 x 1 3 + 0.100583 x 1 2 + 7.85075 x 1 ]]>

y 2 = 0.00016 x 2 3 + 0.01783 x 2 2 + 0.949 1 x 2 - 239.00 ]]>

式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向 前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x1≤0和-55.686≤x2≤74.9954。

所述的复合形铲尖如图5和图6所示，上端面后部为矩形、前部刃线mnp是一对称圆 弧线组成。其铲尖楔角γ为19°-20°，前部刃角θ为50°～60°(一般取60°)，刃线mnp是按 如下方程式制得的曲线：

y 3 = ± [ R 2 - ( 3 2 R - x 3 ) 2 - 1 2 R ] ]]>

式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向 后端，Y轴正向向上，x取值范围满足R取值范围满足H3≤R≤1.5H3、H3为铲尖宽度。

本发明的有益效果是：通过控制以上结构参数实现减少深松铲作业时土壤耕作阻力的 效果。具体表现在：倾斜工作段在工作时铲柄对土垡产生轻微的抬升作用，减少了深松铲 对土壤的挤压，降低了耕作阻力；仿形工作段具有减粘降阻效果；复合形铲尖具有良好的 入土性能、耕作阻力小。研究表明，使用该深松铲与市场上现有的其他类型(深松铲柄采 用直线、折线或圆弧过渡型，深松铲尖采用凿形、箭形和双翼形)深松铲相比，特别是在 深松深度在200mm至400mm范围时，工作阻力相比降低6％～12％，具有适应深松深度范 围广，有利于节约能源消耗。

附图说明

图1是复合式深松铲结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图2中所示A-A向剖面视图；

图4是铲柄结构示意图；

图5是铲尖结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是图6所示f-f向剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1至图4，复合式减阻深松铲由一个铲柄1，一个通过螺栓2连接在铲柄1上 的复合形铲尖3组成。铲柄1由自上而下的机架连接段、倾斜工作段、仿形工作段和铲尖 连接段组成。内准线的前部刃角为50°～60°，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行。 其特点是：铲尖连接段的铲尖安装平面与水平面夹角α为20°～23°；倾斜工作段前端刃线 与铅锤面之间夹角β为22°～35°；仿形工作段内准线BC和外准线DE是一分别按如下两个 多项式方程制得的曲线：

y 1 = 0.00000116 x 1 4 + 0.000579 x 1 3 + 0.100583 x 1 2 + 7.85075 x 1 ]]>

y 2 = 0.00016 x 2 3 + 0.01783 x 2 2 + 0.949 1 x 2 - 239.00 ]]>

式中：以仿形工作段内准线BC的上端点B为坐标原点，x轴正向为曲线的凸向水平向 前、Y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足-97.64≤x1≤0和-55.686≤x2≤74.9954。

铲柄采用不低于GB/T 700规定的Q275钢制造，铲柄宽度L2和厚度σ的取值范围分别是 72～80mm和28～35mm，按照机架结构的安装要求设计连接孔或卡具。机架连接段H1和倾斜工 作段H2的结构尺寸范围分别是250～260mm和100～120mm。铲尖连接段L和螺栓孔位L1的取值 分别是82～85mm和40mm。

由内准线BC方程：求得BC段 的x1、y1坐标(单位：mm)计算列表如下：

  x1   0   -10   -20   -30   -40   -50   y1   0   -69.0166   -121.228   -159.6912   -187.184   -206.205   x1   -60   -70   -80   -90   -97.64   y1   -218.977   -227.441   -233.263   -237.829   -241.168

由外准线DE方程：确定外准线DE的 x2、y2坐标(单位：mm)计算列表如下：

  x2   -55.686   -40   -30   -20   -10   0   10   y2   -264.191   -258.676   -255.746   -252.13   -246.868   -239   -227.566   x2   20   30   40   50   60   70   74.9954   y2   -211.606   -190.16   -162.268   -126.97   -83.306   -30.316   -0.05284

如图5至图7所示，复合形铲尖2上端面后部为矩形、前部刃线mnp是由一对称圆弧 线组成，铲尖楔角γ为19°-20°，前部刃角θ为50°～60°(一般取60°)，刃线mnp是按如下 方程式制得的曲线：

y 3 = ± [ R 2 - ( 3 2 R - x 3 ) 2 - 1 2 R ] ]]>

式中：R为圆弧半径；以前部刃线端点n为坐标原点，x轴为铲尖对称轴、正向指向 后端，Y轴正向向上，x取值范围满足R取值范围满足H3≤R≤1.5H3、H3为铲尖宽度。

深松铲尖采用GB/T 711规定的65锰钢制造。铲尖宽度H3和厚度H4的取值范围分别是40～ 60mm和10～15mm。铲尖长度L3的取值范围是165～175mm，螺栓孔位L1的取值为40mm。