本发明属于农业土壤耕作技术领域，尤其涉及一种土壤旋耕刀片自激振动产生装置，涉及采用土壤旋耕刀片自激振动产生装置的土壤旋耕刀辊，涉及土壤旋耕刀片自激振动产生方法。
背景技术：
在农业工程领域，土壤耕作消耗能源占农业生产中的比重大。因此，土壤耕作节能减阻成为国内外学者的研究热点。相关研究表明，耕作机具以适当的振动频率与幅值振动能够降低土壤耕作的阻力，提高土壤耕作的质量。土壤耕作包括翻耕、旋耕、深松、少耕和免耕等方法。目前，国内外研究领域仅对减少土壤深松的阻力有涉及，并且已经开发出振动深松机，这种振动深松机根据振动方法可以分为受迫振动式和自激振动式。但是，现在对减少土壤旋耕过程的阻力涉及较少，土壤旋耕破土和旋耕开沟类的振动减阻机具的研究和发展欠缺，而土壤旋耕类自激振动式机具更为欠缺。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种能够减少土壤旋耕过程的阻力、节约能源的土壤旋耕刀片自激振动产生装置。
本发明的第二个目的是提供一种能够减少土壤旋耕过程中的阻力、节约能源的采用土壤旋耕刀片自激振动产生装置的土壤旋耕刀辊。
本发明的第三个个目的是提供一种能够减少土壤旋耕过程的阻力、节约能源的土壤旋耕刀片自激振动产生方法。
一种土壤旋耕刀片自激振动产生装置，包括旋转轴、轴承座、扭梁、拉伸条；旋转轴一端固定刀片，旋转轴另一端伸入轴承座，扭梁固定安装在旋转轴伸入轴承座的一端，拉伸条一端安装在扭梁一端，拉伸条另一端安装在轴承座上；刀片带动旋转轴在轴承座内旋转，并在拉伸条的作用下复位。拉伸条可以为具有拉伸弹性的材质，如拉伸弹簧等。
作为一种优选，还包括安装柱和用于限制扭梁转动角度的旋转限位螺栓，在扭梁两端开设安装孔，在扭梁一侧的两端分别将安装柱安装于轴承座上，拉伸条一端安装于扭梁的安装孔上，拉伸条另一端安装于安装柱，在扭梁另一侧的两端分别安装旋转限位螺栓于轴承座上。
作为一种优选，还包括锁死螺栓，在扭梁上开设转动锁死孔，当需要限制旋转轴相对于轴承座的转动时，用锁死螺钉穿过转动锁死孔将扭梁安装固定在轴承座上。
作为一种优选，还包括支座、方形弹簧、安装于刀辊轴上的刀辊轴安装座；支座的一端通过销轴与刀辊轴安装座摆动式连接，用于提供支座扭转刚度并限制转动角度的方形弹簧安装在支座和刀辊轴安装座之间；支座带动轴承座摆动，并在方形弹簧的作用下复位。刀片侧面受力不均匀经轴承座带动支座绕销轴往复转动。在支座安装于刀辊轴安装座内，两侧和刀辊轴安装座之间分别安装两块方形弹簧，支座在两块方形弹簧之间摆动，通过调节方形弹簧的刚度，从而实现调节装置的自激振动的频率和幅值。
作为一种优选，还包括螺柱、螺母、用于提供轴承座沿旋转轴轴向的刚度的压缩弹簧，螺柱一端固定安装在轴承座上，螺柱另一端穿过支座后再安装螺母，在轴承座和支座之间、支座和螺母之间均安装套在螺柱外的压缩弹簧。工作过程中刀片受力不均，刀片和轴承座产生沿旋转轴轴向自由度方向上的振动。
作为一种优选，还包括直线轴承，螺柱通过直线轴承安装在支座上；轴承座开设有轴向移动锁死孔，在轴向移动锁死孔固定安装限位螺柱，限位螺柱另一端通过螺母固定安装在支座上。当不需要轴向自激振动时，可在轴承座上安装限位螺柱，通过限位螺柱限制轴承座和支座的相对移动。
作为一种优选，还包括防尘罩，防尘罩将土壤旋耕刀片自激振动产生装置包围，刀辊轴安装座从防尘罩的上端伸出，旋转轴从防尘罩的下端伸出。
一种采用上述土壤旋耕刀片自激振动产生装置的土壤旋耕刀辊，刀片通过土壤旋耕刀片自激振动产生装置安装在刀辊轴上，释放刀片相对于旋转轴轴向转动的自由度并提供了扭转刚度，从而在刀片受力不均的情况下实现刀片的自激振动。
一种土壤旋耕刀片自激振动产生方法，刀片通过旋转轴安装在刀辊轴上，释放刀片相对于旋转轴轴向转动的自由度从而实现刀片的自激振动。调节刀片对应自由度的刚度和刀片的旋转速度，从而实现调整刀片的自激振动的频率。调节自由度的刚度和刀片的旋转速度，也可以达到调整自激振动的幅值的目的，当自激振动频率和系统的固有频率相同的时候，振动的幅值最大。
作为一种优选，同旋转轴、刀辊轴均垂直的方向定义为法向，释放刀片沿旋转轴轴向方向往复平移的自由度和/或释放刀片相对于法向方向摆动的自由度。
本发明的优点：
(1)通过销轴将支座安装在刀辊轴安装座上，使支座能够绕销轴轴向转动，释放了刀片的一个自由度，并在支座的两侧和刀辊轴安装座之间安装方形弹簧，以提供支座和刀辊轴安装座之间的扭转刚度，并限制了转动的幅值，通过调节方形弹簧的刚度和刀辊轴的转速，实现刀片绕刀辊轴法向不同频率和幅值的自激振动。
(2)通过将扭梁安装固定在旋转轴上，并用一对拉伸条将扭梁的两端分别和安装在扭梁旁的两个安装柱相连，把旋转轴的扭转刚度替代为扭梁两端的拉伸刚度，从而又释放了刀片的一个转动自由度，使得刀片和旋转轴能够绕旋转轴中心轴线转动；旋转限位螺栓安装在扭梁的另一侧，达到限制旋转轴绕轴承座的转动幅度。
(3)在扭梁上安装转动锁死孔，用锁死螺栓通过转动锁死孔将扭梁安装固定在轴承座上，限制旋转轴绕轴承座的转动。
(4)支座的连接端通过螺柱连接在轴承座，在支座和轴承座之间、螺母和支座之间安装压缩弹簧，从而实现轴承座在旋转轴轴向的移动，增强装置的自激振动。
(5)将轴承座、支座及刀辊轴安装座用于安装支座的一端密封在防尘罩内，防止土壤颗粒对装置的影响，使装置在尘土环境下能正常工作。
(6)可通过调节刀片各自由度的刚度和刀辊轴的旋转速度来调整自激振动频率。
(7)安装在旋转轴上的刀片可在一定范围内自适应调整，从而避开土壤最坚实的位置，并达到滑切的效果，进而减小切削阻力。
(8)三个方向的自由度可选择性锁死，从而退化为常规旋耕机具，实现一物多种用途的功能。
附图说明
图1为刀片自激振动产生装置的结构示意图。
图2为轴承座的结构示意图。
其中，1为刀片，2为旋转轴，3为轴承座，4为防尘罩，5为支座，6为螺母，7为刀辊轴安装座，8为销轴，9为刀辊轴，10为拉伸弹簧，11为销轴，12、13为压缩弹簧，14为方形弹簧，15为螺柱，16为安装柱，17为扭梁，18为转动锁死孔，19为旋转限位螺栓，20为安装孔，21为轴向移动锁死孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
实施例一：
一种土壤旋耕刀片自激振动产生装置，包括旋转轴、轴承座、扭梁、拉伸条；旋转轴一端固定刀片，旋转轴另一端伸入轴承座，扭梁固定安装在旋转轴伸入轴承座的一端，拉伸条一端安装在扭梁一端，拉伸条另一端安装在轴承座上；刀片带动旋转轴在轴承座内旋转，并在拉伸条的作用下复位。。
本实施例中，还包括扭梁、拉伸条、安装柱、旋转限位螺栓；旋转轴伸入轴承座，并将扭梁固定安装在旋转轴伸入轴承座的一端，在扭梁一侧的两端分别将安装柱安装于轴承座上，在扭梁另一侧的两端分别安装旋转限位螺栓于轴承座上；在扭梁两端开设和安装柱位置相对应的安装孔，拉伸条一端安装在安装孔内，拉伸条另一端安装在位置相对应的安装柱上。本实施例中拉伸条采用拉伸弹簧。
旋转轴呈圆柱形，其一端用于安装刀片，另一端用于伸入轴承座以安装扭梁，主要用于固定刀片和实现刀片绕旋转轴轴向的转动。轴承座呈方体形，轴承座中间开设直径比旋转轴直径略大的通孔。旋转轴伸入轴承座的通孔并到达轴承座的另一端，旋转轴通过双列圆锥滚子轴承安装在轴承座，在旋转轴伸入轴承座的一端的端面固定安装扭梁，在轴承座上且位于扭梁一侧的两端各安装一个安装柱，在扭梁两端分别开设和安装柱相对应的安装孔，使用拉伸弹簧将扭梁和安装柱连接，即拉伸弹簧一端安装于扭梁上的安装孔，拉伸弹簧另一端则安装在和安装孔相对应的安装柱上。在扭梁另一侧的两端分别安装一个旋转限位螺栓。
旋转轴的扭转刚度被扭梁两端的拉伸刚度替代，释放了刀片绕旋转轴轴向的转动，并保证了正反两个旋转方向上都有刚度，且刚度一致。旋转限位螺栓限制了刀片的大范围旋转。
轴承座安装于刀辊轴上。
该土壤旋耕刀片自激振动产生装置用于旋转类土壤耕作机具上，用以连接机具的刀片和刀辊轴，使刀片在工作过程中产生自激振动。从而，可以达到减少土壤旋耕过程中的阻力，降低对能源的消耗，节约能源。
实施例二：
一种土壤旋耕刀片自激振动产生装置，包括旋转轴、轴承座、扭梁、拉伸条；旋转轴一端固定刀片，旋转轴另一端伸入轴承座，扭梁固定安装在旋转轴伸入轴承座的一端，拉伸条一端安装在扭梁一端，拉伸条另一端安装在轴承座上；刀片带动旋转轴在轴承座内旋转，并在拉伸条的作用下复位。
本实施例中，还包括安装柱和用于限制扭梁转动角度的旋转限位螺栓，在扭梁两端开设安装孔，在扭梁一侧的两端分别将安装柱安装于轴承座上，拉伸弹簧一端安装于扭梁的安装孔上，拉伸弹簧另一端安装于安装柱，在扭梁另一侧的两端分别安装旋转限位螺栓于轴承座上。旋转限位螺栓限制了刀片的大范围旋转。旋转轴呈圆柱状，一端通过双列圆锥滚子轴承安装在轴承座上，另一端安装刀片。轴承座上设有容纳安装旋转轴的圆形通孔。扭梁呈长方体形，通过螺钉将扭梁安装固定在旋转轴上，扭梁两端均开设有安装孔，拉伸弹簧一端安装在安装孔，另一端安装在安装柱。安装柱、旋转限位螺栓均安装在轴承座上。
本实施例中，还包括支座、方形弹簧、安装于刀辊轴上的刀辊轴安装座；支座的一端通过销轴与刀辊轴安装座摆动式连接，用于提供支座扭转刚度并限制转动角度的方形弹簧安装在支座和刀辊轴安装座之间；支座带动轴承座摆动，并在方形弹簧的作用下复位。在支座安装于刀辊轴安装座内，支座两侧和刀辊轴安装座之间分别安装两块方形弹簧，支座在两块方形弹簧之间摆动，通过调节方形弹簧的刚度和刀辊轴转速，从而实现调节装置的自激振动的频率和幅值。
支座呈“⊥”形，支座下端(即支座的连接端)安装连接在轴承座上，支座上端(即支座的安装端)开设供销轴通过的通孔。刀辊轴安装座呈长方体状，其一端安装在刀辊轴上，另一端上开设有容纳支座的安装端的凹槽，销轴穿过刀辊轴安装座和支座的安装端从而将支座摆动式安装在刀辊轴安装座上，销轴和刀辊轴、旋转轴中心轴线均垂直，从而安装后的支座可以绕销轴转动。刀辊轴安装座的凹槽在销轴方向恰好容纳支座的安装端，在刀辊轴方向和支座的安装端的两侧之间存在间距，且在刀辊轴安装座的凹槽在刀辊轴方向和支座的安装端的两侧之间安装方形弹簧，调节方形弹簧的刚度，可实现装置绕销轴的不同振动频率和幅值的自激振动。
本实施例中，还包括螺柱、螺母、用于提供轴承座沿旋转轴轴向的刚度的压缩弹簧，螺柱一端固定安装在轴承座上，螺柱另一端穿过支座后再安装螺母，在轴承座和支座之间、支座和螺母之间均安装套在螺柱外的压缩弹簧。安装在支座和轴承座之间的压缩弹簧，其一端固定在轴承座上，另一端固定在支座上。安装在支座和螺母之间的压缩弹簧，其一端固定在支座上，另一端安装在螺母上。调节压缩弹簧的刚度，可实现沿旋转轴轴向方向不同振动频率和幅值的自激振动。
本实施例中，在扭梁上开设转动锁死孔，当需要限制旋转轴相对于轴承座的转动时，用锁死螺钉穿过转动锁死孔将扭梁安装固定在轴承座上。因此，在需要时可以用锁死螺钉将扭梁安装固定在轴承座上，从而限制旋转轴绕旋转轴中心轴线的转动。从而将旋转轴绕旋转轴中心轴线的转动自由度限制、锁死。
本实施例中，还包括螺柱、螺母、压缩弹簧，螺柱一端固定安装在轴承座上，螺柱另一端穿过支座后再安装螺母，在轴承座和支座之间、支座和螺母之间均安装套在螺柱外的压缩弹簧。
本实施例中，还包括直线轴承，螺柱通过直线轴承安装在支座上；轴承座开设有轴向移动锁死孔，在轴向移动锁死孔固定安装限位螺柱，限位螺柱另一端通过螺母固定安装在支座上。
本实施例中，还包括防尘罩，防尘罩将土壤旋耕刀片自激振动产生装置包围，刀辊轴安装座从防尘罩的上端伸出，旋转轴从防尘罩的下端伸出。位于轴承座、支座及刀辊轴安装座上用于安装支座的一端上的其他组件均被封在防尘罩内。
本发明利用的原理是土壤旋耕刀片自激振动产生方法，刀片通过土壤旋耕刀片自激振动产生装置安装在刀辊轴上，释放刀片相对于旋转轴轴向转动的自由度并提供了扭转刚度，从而在刀片受力不均的情况下实现刀片的自激振动。
更进一步地，释放刀片沿旋转轴轴向方向移动的自由度及释放刀片相对于销轴方向摆动的自由度，从而实现刀片更强的自激振动。
本发明的工作过程和原理：将本发明的装置一端通过支座安装在刀辊轴上，另一端把旋耕刀片安装在装置的旋转轴上。作业时，由于支座可以绕销轴转动、旋转轴可以绕其自身轴线转动、轴承座可以在旋转轴轴向移动，从而释放了刀片相对于刀辊轴的三个自由度，因此刀片在处于受力不均的情况下能够产生幅值较小的自激振动，从而达到振动破碎和振动减阻的效果。并且所释放的三个自由度的刚度可调节，在不同作业条件下(即不同土壤条件下)，调节自由度的刚度和刀辊轴的旋转速度来达到调节刀片自激振动频率和幅值的目的，进而保证作业效果。由于土壤结构不均匀，刀片可在一定范围内自适应调整与刀辊轴的相对角度和方位，从而避开土壤最坚实的位置，并达到滑切的效果，进而减小切削阻力。
本发明应用广泛，也可以用于开沟机。
实施例三：
一种土壤旋耕刀辊，包括刀辊轴、刀片和实施例二所述土壤旋耕刀片自激振动产生装置，刀辊轴、土壤旋耕刀片自激振动产生装置、刀片依次安装。
本实施例中，土壤旋耕刀片自激振动产生装置通过刀辊轴安装座安装在刀辊轴上，将刀片安装在土壤旋耕刀片自激振动产生装置的旋转轴上。组装后的土壤旋耕刀辊在旋耕土地时能产生自激振动，从而达到振动破碎和振动减阻的效果。
除了以上实施例提及的方式外，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。