一种兼具覆土功能的镇压轮设计方法与流程

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及兼具覆土功能的镇压轮设计方法，特别是一种对称布置的带有柱形和锥形轮壳结构的可覆土镇压轮的设计方法。

背景技术：

覆土和镇压是播种作业过程中的关键环节，作为东北垄作区播种作业的一项传统农艺技术措施，覆土作业应满足将种沟内的种子覆盖严密，并达到覆土量适宜和覆土均匀的目的。镇压作业的作用是通过提高土壤紧实度，以使苗带土壤吸收水分能力增加，同时使种子与周围湿土密接，起到提墒、保墒和供墒作用。现有的播种机大多由单独的覆土装置和镇压装置来实现覆土和镇压作业，覆土装置主要有八字形板式、双圆盘式和挤压式3种，镇压装置主要包括平面、凹面、凸面和锥面四种形式。国外免耕播种机上应用最多的是集镇压与覆土于一体的挤压式覆土镇压器，但该覆土镇压器多为浅覆土作业，不能满足传统覆土作业对覆土厚度的要求。因此，对具有覆土和镇压功能于一体的多功能镇压轮的研究，对简化机具结构，提高机具作业过程中的稳定性具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种兼具覆土功能的镇压轮的设计方法，以代替传统单独的覆土装置和镇压装置，起到播种作业过程中的覆土和镇压作用，并能简化作业机具结构，提高机具作业过程中的稳定性，进而提高播种作业质量。为实现上述目的，本发明从覆土和镇压作业过程中种沟土壤的运动趋势及受力关系出发，结合开沟器作业后的种沟形状及播种作业模式对垄距的要求，提出了一种兼具覆土功能的镇压轮设计方法。

本发明的一种兼具覆土功能的镇压轮设计方法，包括下列步骤：

1.1设定兼具覆土功能的镇压轮的零部件：兼具覆土功能的镇压轮由右覆土镇压轮ⅰ、左覆土镇压轮ⅱ和轮轴ⅲ组成，其中右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的结构完全相同，均由幅板d、支撑架e、锥形轮壳1、柱形轮壳2、加强筋组ⅰ3和加强筋组ⅱ4组成，其中：幅板d为空心圆盘形，幅板d上幅条组5的4个幅条呈十字排列，镂空组6的4个镂空间隔均布于4个幅条间；支撑架e为圆柱形，其中心设有通孔7；轮轴ⅲ一端设有键槽8；幅板d的外圆与锥形轮壳1的内壁中间固接，幅板d中4个幅条内端与支撑架e的圆柱面固接；加强筋组ⅰ3由4个呈三角形的筋板组成，4个筋板的底边固接于幅板d的4个幅条外面，筋板短边固接于锥形轮壳1的内壁；加强筋组ⅱ4由4个呈三角形的筋板组成，4个筋板的底边固接于幅板d的4个幅条内面；筋板短边固接于锥形轮壳1的内壁；右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ以二者中加强筋组ⅱ4相向的位置，经轮轴ⅲ固接。

1.2设定步骤1.1所述右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的几何参数：柱形轮壳2的外径d1、柱形轮壳2的宽度l1、锥形轮壳1的宽度l2、右覆土镇压轮ⅰ与左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3、锥形轮壳1的锥角α，其中柱形轮壳2的外径d1为300～600mm,，以满足作业过程中既能保证传动，又尽量减少滑移现象。

1.3设计步骤1.2所述的柱形轮壳2的宽度l1、锥形轮壳1的宽度l2、右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3，由开沟器作业后的种沟形状确定，其中以开沟作业后种沟边缘a点为坐标原点，水平地表方向为x轴，垂直地表方向为y轴，顺序确定右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3、锥形轮壳1的宽度l2和柱形轮壳2的宽度l1；

其中：为了减少作业过程中沿机具前进方向的壅土现象，右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3满足：

为了保证覆土和镇压质量，锥形轮壳4的宽度l2满足：

且l2＞2l3

为了减少作业过程中的滑移现象，保证轮体的稳定传动，柱形轮壳2的宽度l1满足：

且

其中：l4为开沟宽度，即种沟曲线顶点b和b’之间的距离；l5为幅宽，即种沟边缘点a和a’之间的距离；l6为垄距，即相邻两个种沟沟底o点之间的距离；单位均为：mm。

1.4设计步骤1.2所述锥形轮壳1的锥角α，为了保证覆土质量，取值为：

其中：α取最大整数，单位：°；xa、xb、xc分别为种沟外缘曲线边缘点a、顶点b和与水平面的内交点c在坐标系xoy内的水平坐标，单位：mm；fabx和fbcx分别为种沟外缘曲线ab段和bc段在坐标系xoy内的拟合方程，单位：mm；l7为种沟在水平面上的开沟宽度，即种沟边缘曲线与水平面交点c和c’之间的距离，单位：mm；h1为开沟深度，单位：mm。

本发明所设计的镇压轮，可实现播种作业过程中的单独镇压轮作业，兼具覆土和镇压功能，简化播种机具结构，提高机具作业稳定性。

附图说明

图1为兼具覆土功能的镇压轮设计方法流程图

图2为兼具覆土功能的镇压轮结构示意图

图3为覆土镇压轮局部视图意图

图4为覆土镇压轮局部视图意图

图5为覆土镇压轮装配主视图

图6为覆土镇压轮装配侧视图

图7为幅板结构示意图

图8为支撑架结构示意图

图9为轮轴结构示意图

图10为种沟结构示意图

图11为时种沟与覆土镇压轮位置关系示意图

图12为时种沟与覆土镇压轮位置关系示意图

其中：ⅰ.右覆土镇压轮ⅱ.左覆土镇压轮ⅲ.轮轴d.幅板e.支撑架1.锥形轮壳2.柱形轮壳3.加强筋组ⅰ4.加强筋组ⅱ5.幅条组6.镂空组7.通孔8.键槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行描述。

如图1至图8所示，本发明由右覆土镇压轮ⅰ、左覆土镇压轮ⅱ和轮轴ⅲ组成，其中右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的结构完全相同，均由幅板d、支撑架e、锥形轮壳1、柱形轮壳2、加强筋组ⅰ3、加强筋组ⅱ4组成，其中：幅板d为空心圆盘形，幅板d上幅条组5的4个幅条呈十字排列，镂空组6的4个镂空间隔均布于4个幅条间；支撑架e为圆柱形，其中心设有通孔7；轮轴ⅲ一端设有键槽8；幅板d的外圆与锥形轮壳1的内壁中间固接，幅板d中4个幅条内端与支撑架e的圆柱面固接。

加强筋组ⅰ3由4个呈三角形的筋板组成，4个筋板的底边固接于幅板d的4个幅条外面，筋板短边固接于锥形轮壳1的内壁；加强筋组ⅱ4由4个呈三角形的筋板组成，4个筋板的底边固接于幅板d的4个幅条内面；筋板短边固接于锥形轮壳1的内壁；右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ以二者中加强筋组ⅱ4相向的位置，经轮轴ⅲ固接。

如图5至图6所示，所述的右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的几何参数：柱形轮壳2的外径d1、柱形轮壳2的宽度l1、锥形轮壳1的宽度l2、右覆土镇压轮ⅰ与左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3、锥形轮壳1的锥角α，其中柱形轮壳2的外径d1取值范围为300～600mm，以满足作业过程中既能保证传动，又尽量减少滑移现象。

如图5至图12所示，所述的柱形轮壳2的宽度l1、锥形轮壳1的宽度l2、右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3、锥形轮壳1的锥角α，由开沟器作业后的种沟形状确定，其中以开沟作业后种沟边缘a点为坐标原点，水平地表方向为x轴，垂直地表方向为y轴，顺序确定右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3、锥形轮壳1的宽度l2和柱形轮壳2的宽度l1；

其中：为了减少作业过程中沿机具前进方向的壅土现象，右覆土镇压轮ⅰ和左覆土镇压轮ⅱ的间隙l3满足：

为了保证覆土和镇压质量，锥形轮壳4的宽度l2满足：

且

为了减少作业过程中的滑移现象，保证轮体的稳定传动，柱形轮壳5的宽度l1满足：

且

其中：l4为开沟宽度，即种沟曲线顶点b和b’之间的距离；l5为幅宽，即种沟边缘点a和a’之间的距离；l6为垄距，即相邻两个种沟沟底o点之间的距离；单位均为：mm。

所述的锥形轮壳1的锥角α，为了保证覆土质量，取值为：

其中：α取最大整数，单位：°；xa、xb、xc分别为种沟外缘曲线边缘点a、顶点b和与水平面的内交点c在坐标系xoy内的水平坐标，单位：mm；fab(x)和fbc(x)分别为种沟外缘曲线ab段和bc段在坐标系xoy内的拟合方程，单位：mm；l7为种沟在水平面上的开沟宽度，即种沟边缘曲线与水平面交点c和c’之间的距离，单位：mm；h1为开沟深度，单位：mm。