专利名称：一种空间曲面式深松铲的制作方法
技术领域：
本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种空间曲面式深松铲。
背景技术：
目前市场上的各种深松机所使用的深松部件大致有三种，分别为凿式深松铲、斜柱型深松铲和全方位深松铲。三种不同的深松铲依据工作方式的不同，以不同的排列方式安装在深松机具主梁上，凿式深松铲一般用于间隔式深松，斜柱型深松铲利用不同的排列方式既可用于间隔深松，也可用于全方位深松，全方位深松铲只用于全方位深松。凿式深松铲利用在横垂面内竖直安装的刀杆上的凿尖(铲头)，对土壤施加无侧限挤压作用，使土壤得到松碎，但在土壤深层，竖直刀杆对两侧土壤产生强烈的挤压作用，只压紧土壤并不产生松碎，因而徒耗能量。其结果使工作阻力剧增，而松土范围非常有限。根据田间的测量计算结果可知:此类深松铲深松土壤时，松土系数只有0.3左右，并在松后的土层中留下竖直的沟缝,此沟缝易造成跑墒和水土流失。斜柱型深松铲的刀杆倾斜配置，此种结构扩大了对土壤施加无侧限挤压作用的范围，因而增大了松土范围，松土系数得到提高。对土垡破坏的过程和现象分析可知，土垡不仅受到水平刀对其施加的无侧限挤压作用，而且还受到拉伸应力的作用而被破坏，斜柱型深松铲深松土壤的机理与凿式深松铲相比有实质性的进步。全方位深松铲对土壤深松过程中，充分利用刀刃的切割作用，对土壤进行刨切式加工。由于其结构上多配置了一把倾斜侧刀，所以松土范围也得到了极大增加。土壤在剪切应力和拉伸应力的作用下而被破坏，但不打乱土层，在土层中不产生大空隙，使深松过程中的无用动能消耗降低，因而松碎效果好、牵引比阻小，松土系数可达0.8 0.9。另外，在深松的同时耕层底部还能形成鼠道，因而兼有鼠道犁的作用。该工作部件深松土壤的机理是目前最先进的，也是较理想的，基本实现了人们希望通过机具使土壤松碎于拉应力的设想。因此，它是一种比较理想的土壤松土工作部件
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间曲面式深松铲，采用结构较为合理的空间工作曲面，增加有效深松面积，减小工作阻力。通过合理配置，既可实现行间深松，也可做到全方位深松，实现了对不同地块的作业要求，同时具有三种深松铲的优点。本发明由铲柄1、刀片2和铲尖3组成，其中刀片2的上端与设有调节定位孔4的铲柄I固接，刀片2的下端与铲尖3固接，铲刃夹角0为45° 55°，调节定位孔4为四个，且均在一条直线上，铲尖3前部呈三角锥形、后部呈长方体；铲刃5为一条空间曲线，可将其置于空间三维直角坐标系中，铲刃5在平行于深松铲前进方向的平面YOZ和垂直于深松铲前进方向的平面XOZ上的垂直投影分别为前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ，刀片2的形状由铲刃5沿Y轴负向延伸得到。本发明的空间曲面式深松部件由前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ复合叠加的空间曲线组成，M、N两点控制深松铲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5对土壤的切削能力，同时增加土壤与铲刃5之间的切除面积，有利于保持铲刃5的锋利；由于铲柄I的结构经过合理设计，整个深松铲的重心不会发生偏移，始终与铲柄I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；所述的前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ所属的三维空间直角坐标系中Z轴为铲柄I的里侧边线，X轴为沿深松铲前进方向上的铲尖3顶点所在与Z轴垂直的水平线，原点为Z轴与X轴的交点，Y轴为垂直于深松铲前进方向上过原点的水平线；前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ在三维坐标系中分别满足如下方程:前倾切土曲线MN:z = 0.0000004χ4-0.0002χ3+0.0225χ2_0.573χ+16.731 ；侧倾抬土曲线PQ:ζ = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19 ；
该曲线方程所描述下的深松铲具有以下优点:使刀刃5的刃线与铲柄I光滑连接，降低刀片2在锻压过程中产生的应力集中，降低铲柄I在工作过程中由于土壤阻力产生的偏移，而导致的刀片2变形；控制刀片2的重心位于X轴上，从而可提高工作过程中整机的稳定性；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；整个深松铲结构圆滑过渡，可避免产生不必要的磨损、提高深松铲的使用寿命。本发明涉及一种空间曲面式深松铲，其主要由前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ两条工作曲线空间叠加组成。特征在于:良好的切土、抬土曲线使深松部件工作阻力减小，同时保证工作时的滑切角度，增强机具的通过性；侧倾抬土曲线增加了土壤的有效深松体积，中耕深松作业过程中深松铲可以斜向下插入到根苗的正下方，可有效较少深松后的水分流失，增强水分的有效利用率；经过不同的排列配置，此种深松铲可以达到间隔深松和全方位深松两种不同方式的作业要求；铲尖设计一种锥柱式结构，采用螺栓与深松铲柄相连，此种结构有利于保持铲尖的锋利并易于更换。前倾切土曲线丽沿X轴正向拉伸出的曲面与侧倾抬土曲线PQ沿Y轴正向拉伸出的曲面在空间相交于铲刃线EF，铲刃线EF沿Y轴负向延伸IOOmm 150mm，即得到深松铲的工作曲面、刀片2的形状；所述的深松铲的重心位于铲柄I的延长线上，即Z轴上。所述的I产柄长度a为250mm 300mm,工作曲面弧长Π s为300mm 400mm,深松伊耕幅宽度d为150mm 180mm,刀片厚度b为25mm 30mm。本发明采用了由前倾切土曲线和侧倾抬土曲线组成的空间曲面式结构，空间曲面式深松铲可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，降低能源消耗。
图1为空间曲面式深松铲的主视2为空间曲面式深松铲的左视3为图1中A-A截面首I]视图
图4为铲库的结构示意5为空间曲面式深松铲的装配轴测6为深松铲空间曲线示意图其中:1.铲柄2.刀片3.铲尖4.调节定位孔5.铲刃6.铲库MN—前倾切土曲线PQ—侧倾抬土曲线EF—深松铲铲刃线a—伊柄长度b—刀片厚度ns—工作曲面弧长d-深松铲耕幅宽度0 —伊刃夹角
具体实施例方式结合图1、图2详细说明本发明的细节。图1为空间曲面式深松铲的结构示意图，深松铲的刀片呈空间曲面式结构，由平行于深松铲前进方向平面内的前倾切土曲线MN和垂直于深松铲前进方向平面内的侧倾抬土曲线PQ在空间复合叠加而成。图1、图2显示了空间曲面深松铲的两条工作曲线，曲线方程分别为前倾切土曲线 MN:z = 0.0000004x4-0.0002x3+0.0225x2-0.573x+16.731 和侧倾抬土曲线 PQ:z = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19。如图6所示，前倾切土曲线丽沿X正向拉伸出来的曲面与侧倾抬土曲线PQ沿Y正向拉伸出的曲面在空间相交于曲线EF，即深松铲的铲刃线。铲刃线EF沿Y轴负向延伸一定的宽度，即可得到深松铲的工作曲面。图3的A-A剖视图显示刀片的断面`结构，刀铲刃进行高频淬火，可提高刀片的耐磨性，延长其使用寿命。深松铲可以由65Mn，25 30mm厚的钢板冲压制成，或者开模浇铸制成。如图4和图5所示，为将深松铲安装在刀座上，铲柄I上设有直径为①20mm的调节定位孔4，用螺栓将深松铲与铲库固定，由调节定位孔4的安装位置来调节深松深度。将深松铲与铲库6连接后，通过U形夹将其与主梁相连，每个深松铲可沿主梁横向滑动，以此来调节深松铲的间距。通过深松铲间距的调节，可以实现全方位深松和间隔深松两种作业方式。实施例1本发明可使深松铲的空间曲面分为左倾、右倾两种，铲柄长度a=250mm，工作曲面弧长n s=300mm,深松铲耕幅宽度d=150mm，刀片厚度b=25mm。将空间曲面式深松铲按对称排列规则，两两对称安装在工作幅宽为1300mm (2行) 3900mm(6行)的深松机具的机架上，每个空间曲面式深松铲的安装位置对准垄沟，机具由80 120马力拖拉机带动，进行保护性耕作条件下的行间深松作业，深松机具作业的前进速度为4km/h。多次测定的结果为:深松深度可通过调节定位孔4进行调节，调节的深度范围为250mm 400mm，耕深稳定性可以达到90%，碎土率达到85%。实施例2铲柄长度a=275mm，工作曲面弧长n s=350mm,深松铲耕幅宽度d=165mm，刀片厚度b=27.5mm。其它条件与实施例1相同。多次测定的结果为:耕深稳定性可以达到92%，碎土率达到85%。实施例3铲柄长度a=300mm，工作曲面弧长n s=400mm,深松铲耕幅宽度d=180mm，刀片厚度b=30mm。减小两个深松纟产之间的距离,使其间距在IOOmm 150mm,两两对称安装在主梁上，可以起到全方位深松的效果。机具由120马力以上拖拉机带动，进行保护性耕作条件下的行间深松作业，深松机具作业的前进速度为4km/h。多次测定的结果为:耕深稳定性可以达到93%，碎土率 达到86%。
权利要求
1.一种空间曲面式深松铲，由铲柄(I)、刀片(2)和铲尖(3)组成，其特征在于所述刀片(2)的上端与设有调节定位孔(4)的铲柄(I)固接，刀片(2)的下端与铲尖(3)固接，铲刃夹角Θ为45° 55°，调节定位孔(4)为四个，且均在一条直线上，铲尖(3)前部呈三角锥形、后部呈长方体；铲刃(5)为一条空间曲线，可将其置于空间三维直角坐标系中，铲刃(5)在平行于深松铲前进方向的平面YOZ和垂直于深松铲前进方向的平面XOZ上的垂直投影分别为前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ，刀片⑵的形状由铲刃(5)沿Y轴负向延伸得到。
2.按权利要求1所述的空间曲面式深松铲，其特征在于所述的前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ所属的三维空间直角坐标系中Z轴为铲柄(I)的里侧边线，X轴为沿深松铲前进方向上的铲尖⑶顶点所在与Z轴垂直的水平线，原点为Z轴与X轴的交点，Y轴为垂直于深松伊前进方向上过原点的水平线；前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ在三维坐标系中分别满足如下方程:前倾切土曲线 MN:z = 0.0000004χ4-0.0002χ3+0.0225χ2_0.573χ+16.731 ；侧倾抬土曲线 PQ:ζ = 0.0OOOly4-0.0031y3+0.3223y2-12.357y+159.19 ； 前倾切土曲线丽沿X轴正向拉伸出的曲面与侧倾抬土曲线PQ沿Y轴正向拉伸出的曲面在空间相交于铲刃线EF，铲刃线EF沿Y轴负向延伸IOOmm 150mm，即得到深松铲的工作曲面刀片(2)的形状。
3.按权利要求1所述的空间曲面式深松铲，其特征在于所述的深松铲的重心位于铲柄(I)的延长线上，即Z轴上。
4.按权利要求1所述的空间曲面式深松铲，其特征在于所述的铲柄长度a为250mm 300mm,工作曲面弧长Π s为300mm 400mm,深松纟产耕幅宽度d为1 50mm 180mm,刀片厚度 b 为 25mm 30mm。
全文摘要
一种空间曲面式深松铲属农业机械技术领域，本发明中刀片上端与设有调节定位孔的铲柄固接，刀片下端与铲尖固接，铲刃夹角θ为45°～55°，调节定位孔为四个，且均在一条直线上，铲尖前部呈三角锥形、后部呈长方体；铲刃为一条空间曲线，可将其置于空间三维直角坐标系中，铲刃在平行于深松铲前进方向的平面YOZ和垂直于深松铲前进方向的平面XOZ上的垂直投影分别为前倾切土曲线MN和侧倾抬土曲线PQ，刀片的形状由铲刃沿Y轴负向延伸得到。本发明可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，降低能源消耗。
文档编号A01B13/08GK103141169SQ20131010526
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者贾洪雷, 姜鑫铭, 吕振邦, 范旭辉, 赵佳乐 申请人:吉林大学