一种具有仿生爪式结构的凹面拨茬机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农业耕作机械上的清垄部件，特别是涉及一种具有仿生爪式结构的凹 面拨茬机构。
【背景技术】
[0002] 在保护性耕作模式下，地表残留大量秸杆、残茬，严重影响播种质量。因此，在播种 开沟作业前，需要有效的清理种床残留覆盖物，减少机具作业拥堵，提高播种机具通过率和 作业质量。
[0003] 发明专利（一种仿形爪式浮动清茬、草机构CN 101336575)公开了一种免耕播种 机用清茬草机构，达到清理种床杂草和残茬的目的。但该机构拨草轮呈"八"字型排布，两 轮在啮合点以下轮齿彼此分离，存在清理盲区，部分秸杆仍会覆盖种床，影响播种质量；拨 草轮为平面结构，作业时，对秸杆的作用主要以侧推为主，无翻抛作用，清理能力存在一定 的局限性。
[0004] 通过分析并模拟典型土壤动物的几何结构和运动学特征，可以优化爪趾-土壤 接触曲线以降低触土部件的作业能耗。如：一种具有仿生几何结构的耕作旋转工作部件 (200910066892. 4)，通过指形轮齿模仿鼹鼠爪趾的几何结构，可以减小耕作作业时的能量 消耗。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有仿生爪式结构的凹面拨茬机构，一对具有仿生爪 式结构的拨茬轮通过拨茬机构连接架呈"人"字型交错安装，消除传统清茬机构拨茬轮"八" 字型安装存在拨茬盲区的弊端；拨茬轮轮爪均匀分布在凹面上，对秸杆和残茬具有抛翻作 用，脱茬、土和清茬效果更为理想；轮爪外形模仿鼹鼠爪趾的运动轨迹，在秸杆、残茬覆盖量 较大的地表也能及时清理，增强了作业性能，提高了机具在免耕秸杆覆盖地表的通过性能。
[0006] 本发明综合机械优化设计与工程仿生的优点，模仿土壤动物鼹鼠爪趾的运动轨 迹，设计一种具有仿生运动结构的轮爪式凹面拨茬轮，其拨茬轮爪分布在空间凹面圆盘外 缘，轮爪外形模仿鼹鼠爪趾的运动轨迹，对秸杆、残茬等地表覆盖物不但具有侧推作用，而 且还具有抛翻作用。在土壤含水率较大的情况下，平面拨茬轮容易粘附土壤和残茬；凹面圆 盘拨茬轮和圆盘耙片工作原理相近，残茬和少量土壤可沿拨茬轮凹面上升、翻转、跌落，残 茬被抛向种床两侧，在残茬覆盖比较严重的情况下，清茬、脱茬、脱土效果更为理想，解决了 现有平面拨茬机构仅是简单挤推秸杆、种床清理不彻底的问题。
[0007] 如图1至图4所示，本发明具有第一拨茬轮1和第二拨茬轮15,第二拨茬轮15和 第一拨茬轮1结构相同，指形轮齿2的旋向不同，第一拨茬轮1是由安装平面8和凹面圆盘 (工作曲面）14两部分组成，中间区域为安装平面8,安装平面8的直径D 1;凹面圆盘14为 球冠曲面一部分，凹面圆盘曲率半径R范围为300-340mm，凹面圆盘侧视图顶角为9，其中 9为60°，凹面圆盘14的厚度为3-9mm;指形轮齿2沿轮齿齿根圆3均勾分布在凹面圆盘 所在球冠曲面上，指形轮齿2的数量8~16个，指形轮齿外侧齿廓BC曲线4和内侧齿廓E：D 曲线5为模仿土壤动物鼹鼠爪趾的运动轨迹设计而成。指形轮齿外侧齿廓BC曲线半径R2 小于指形轮齿内侧齿廓ED曲线半径R1;
[0008] 指形轮齿外侧AB直线7与径向放射线夹角0为15°，第一拨茬轮1的齿顶圆 直径取值范围280mm彡D2< 350mm，第一拨茬轮1的凹面圆盘14的安装平面8直径取值 90mm < 100mm。
[0009] 凹面圆盘14上指形轮齿内侧齿廓ED曲线5符合下述方程：
[0012] 式中：X、y、z为建立的空间直角坐标系轴，h为浮动参数，k为变换系数，其 中：-75mm<x<D2/2, lOram, k = 3 ~3. 2 ;
[0013] 凹面圆盘14上指形轮齿外侧齿廓BC曲线4符合下述方程：
[0016]式中：X、y、z为建立的空间直角坐标系轴，b2为浮动参数，k为变换系数，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--凹面圆盘曲率半径
[0018] D2--拨荏轮齿顶圆直径
[0019] r--指形轮齿齿根圆半径
[0020] Rj--指形轮齿内侧齿廓ED曲线半径
[0021] R2--指形轮齿外侧齿廓BC曲线半径。
[0022] 第一拨茬轮1和第二拨茬轮15呈"人"字型交错设置并通过吊耳13固定在机构 连接架12两端，第一拨茬轮1和第二拨茬轮15在前进方向上作业区间存在重叠区域，重叠 区域宽度为d，其中d为20mm~100mm ;第一拨茬轮1和第二拨茬轮15安装平面在地面上 投影与前进方向夹角均为a，a为20°~50°。
[0023] 本发明的工作过程和有益效果：
[0024] 拨茬机构作业时，拨茬轮受到机构的连接架推力和土壤、地表覆盖物作用反力，两 种作用力方向相反，作用点分别在拨茬轮的中心和外缘上，形成力偶，拨茬轮滚动前进。拨 茬轮的凹面特性使得拨茬轮在含水率较大的情况下作业时，粘附在凹面圆盘上的土壤和残 茬更容易被翻扣在地面，脱茬土效果较平面拨茬轮更好；残茬沿凹面上升一定高度被抛向 种床两侧，清茬效果更好，减少堵塞现象的发生；两个拨茬轮呈"人"字型交错排布，作业区 域部分重叠，重叠区域二次清理，与"八"字型排布拨茬轮相比，清茬效果更彻底，提高作业 质量。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的实施例一主视图。
[0026] 图2是本发明的实施例二主视图。
[0027] 图3是本发明的的俯视图。
[0028] 图4是本发明的拨茬轮侧视图。
[0029] 图5是本发明的拨茬轮安装位置分布俯视图。
[0030] 图6是本发明的拨茬轮"人"字型安装角度示意图。
[0031]图7是本发明的拨茬轮整体装配图。
[0032] 图中：1一第一拨荏轮；2-指形轮齿；3-轮齿齿根圆；4一指形轮齿外侧齿廓BC 曲线；5-指形轮齿内侧齿廓ED曲线；6-齿根EF曲线；7-指形轮齿外侧直线AB ;8-安装 平面；R -凹面圆盘曲率半径；Q -凹面圆盘侧视图顶角；11 一凹面圆盘齿顶圆；12-机构 连接架；13 -吊耳；14一凹面圆盘；15-第二拨荏轮。
【具体实施方式】
[0033] 如图1至图7所示，本发明具有第一拨茬轮1和第二拨茬轮15,第二拨茬轮15和 第一拨茬轮1结构相同，指形轮齿2的旋向不同；第一拨茬轮1的十二个指形轮齿2沿轮齿 齿根圆3均匀分布在凹面圆盘14所在球冠曲面上，指形轮齿2的内外侧边缘曲线均为模仿 土壤动物驢鼠爪趾的运动轨迹设计而成。
[0034] 指形轮齿外侧齿廓BC曲线半径馬小于指形轮齿内侧齿廓ED曲线半径R 1;
[0035]指形轮齿外侧AB直线7与径向放射线夹角0为15°，第一拨茬轮1的齿顶圆直 径取值范围280mm彡D2< 350mm〇
[0036] 凹面圆盘方程曲率半径符合以下方程：
[0038]式中：300mm彡R彡340mm，凹面圆盘侧视图顶角为9，其中0 = 60°，凹面圆盘 的厚度为3-9mm。
[0039] 凹面圆盘上指形轮齿内侧齿廓ED曲线5轨迹符合以下方程：
[0042]式中：x、y、z为建立的空间