本发明属于农业机械技术领域，涉及一种自驱动螺旋碎土深松机及方法，不额外消耗动力情况下破碎犁底层，提高大田蓄水保墒能力与粮食作物质量与产量。
技术背景
深松技术是一种重要的农业保护性耕作技术，能够有效打破耕地犁底层，提高土壤蓄水保墒和抗旱防涝能力，现有深松机具多为沿机具前进方向划破犁底层，对犁底层土块的破碎能力较为一般，对于解决土地、水资源缺乏问题仍然是治标不治本；普通深松作业对于大田的蓄水保墒、抗旱防涝能力提升一般，随着我国农业精细化与规模化发展，仅仅依靠传统耕作方式，已无法达到增产与高产目标；
另一方面，近些年出现粉垄机械，它在深松碎土作业时，螺旋钻杆与机具前进方向垂直，将土壤在其螺旋钻头中精细研磨，提高了土壤中空气相含量，细化耕作层土壤的同时将犁底层打碎，对于粮食作物增产明显；但其耕作作业时，钻头与机具前进方向垂直，作业速度无法提高，其作业效率低，同时粉垄机械质量、体积大，对土壤的压实现象严重；
综上，针对现有深松机具效果不理想、作业效率低下、所需能耗高等问题，迫切需要发明一种自驱动主动式螺旋分层碎土深松机及作业方法，提高传统深松机具作业质量、降低作业能耗并提高深松破碎作业效率，对于解决土地、水资源短缺与大田粮食作物增产、高产、稳产问题具有重要意义。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“一种深耕粉垄一体机”专利申请号201610543166.7，一种深耕粉垄装置，其作业时结合深松、粉垄、碎草一体，但其作业过程仍与粉垄机械相似，工作过程中所受阻力大，造价昂贵，并不适合现有国情下推广使用。中国发明专利“一种立式刀轴深耕机”专利申请号201611030705.3采用立式刀轴式深松作业，与普通旋耕机械结构相似，仅将刀轴结构旋转作为深松机械，其作业时机械结构承受较大前进阻力与旋转阻力扭矩，工作效率低，易损坏。
技术实现要素：
为了克服以上技术不足，本发明提供一种分层自驱动螺旋碎土深松机及方法，不额外消耗动力情况下破碎犁底层、节约能耗；同时对耕作层与犁底层分别破碎疏松而不破坏其垂直结构，提高土壤保墒、保水、保肥的能力。
本发明采用的具体技术方案如下：一种分层自驱动螺旋碎土深松机。包括：机架、自驱动螺旋深松碎土装置。所述的机架用于支撑固定其他装置，并与拖拉机悬挂系统挂接、牵引，为机具提供牵引力；所述的自驱动螺旋深松碎土装置通过将碎土齿前进方向阻力转变为径向力，自驱动旋转破碎犁底层，代替传统深松作业，实现分层碎土功能。
所述的机架由相互连接固定的方形管、悬挂装置构成，用于安装、固定其它装置，并与拖拉机的悬挂系统相挂接，对机具进行牵引、动力输入。
所述的自驱动螺旋深松碎土装置由耕作深度控制装置、自驱动分层螺旋碎土齿组构成。所述的耕作深度控制装置由地轮、旋转手柄、升降器构成，旋转手柄设在升降器上端，升降器下端设有地轮，安装于机架的两侧。使用旋转手柄通过升降器控制地轮的高度，使深松机达到合适的作业高度。
所述的自驱动分层螺旋碎土齿组包括上、下自驱动螺旋碎土齿总成构成；其中上自驱动螺旋碎土齿总成安装于碎土齿柄中部，具体位置位于耕作层，下自驱动螺旋碎土齿总成位于碎土齿柄下部，具体位置位于犁底层；所述的自驱动螺旋碎土齿总成包括大升角螺旋碎土齿、排土锥和旋转固定装置构成：所述的大升角螺旋碎土齿位于排土锥前部，固连于排土锥端面圆柱，所述的排土锥位于碎土齿中间位置，将碎土齿打碎土块快速排除，并利于对较大土块的进一步破碎，减小机具前进阻力；所述的旋转固定装置位于排土锥末端，与碎土齿柄相连，可做相对旋转运动；机具在前进耕作时，耕作时前进阻力在大升角螺旋碎土齿作用下转变为碎土齿的径向旋转，将土壤打破，在沿机具前进方向，右侧碎土齿总成旋转方向为逆时针，左侧旋转方向为顺时针，有利于破碎土壤的向中间苗带聚拢，增墒效果更优。
所述的碎土齿结构为一组升角为θ的螺旋耐磨钢，同时针对不同地质大田，提供多种螺旋升角θ与轮廓曲线半径R的碎土齿，其中螺旋升角θ与所耕作区域土壤紧实度P、土壤容重ρ、土壤类型参数μ、机具额定前进速度v、碎土齿额定工作深度H，满足关系：
同时轮廓曲线半径R满足：
经试验仿真，此时对于土壤破碎增墒效果更优；
本发明一种主动式螺旋分层碎土深松机的作业方法为：
1)、机具挂接：将作业机具悬挂至拖拉机悬挂装置上；
2)、调整适宜深松作业深度：使用旋转手柄控制升降器带动地轮升高或降低高度，使作业机具达到合适的作业深度；
3)、更换合适螺旋碎土齿总成：根据大田地况、种植作物情况和大田水分含量墒情等更换螺旋升角与轮廓曲线半径碎土齿；
4)、深松整地作业：拖拉机牵引机具工作，在初始作业时，拖拉机液压提升装置提升机具，并以一定的入土角进行耕作，待机具完全进入待耕作大田稳定作业后，拖拉机的液压提升装置控制机具沿水平方向前进，螺旋碎土装置与地面平行，并可逐渐提升作业速度，达到提高作业效率目的。
与现在技术相比，本发明所具有的有益效果：
1、本发明采用分层自驱动螺旋碎土方式，通过将耕作阻力转变为碎土齿的螺旋转动，将土层打碎，增加其蓄水保墒能力；
2、针对不同地况大田，设计不同参数规格碎土齿与不同大田相匹配，作业时根据地况更换作业模块，提升作业效果；
3、本发明螺旋碎土齿将前进阻力转变为径向驱动力，不额外消耗拖拉机动力，同时耕作部件更加耐磨，增加耕作部件寿命；
附图说明
图1为一种自驱动分层螺旋碎土深松机的结构图；
图2为自驱动螺旋碎土齿总成结构图；
图中：1、机架 2、悬挂装置 3、旋转手柄 4、升降器 5、地轮 6、碎土齿柄 7、自驱动螺旋碎土齿总成 8、碎土齿 9、排土锥 10、旋转固定装置
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。本发明提供一种自驱动分层螺旋碎土深松机，如图1所示，所述的机架(1)由相互连接固定的方形管、悬挂装置(2)构成，用于安装、固定其它装置，并与拖拉机的悬挂系统相挂接，对机具进行牵引、动力输入。
所述的自驱动螺旋深松碎土装置由耕作深度控制装置、自驱动分层螺旋碎土齿组构成。所述的耕作深度控制装置由地轮(5)、旋转手柄(3)、升降器(4)构成，旋转手柄(3)设在升降器(4)上端，升降器(4)下端设有地轮(5)，安装于机架(1)的两侧。使用旋转手柄(3)通过升降器(4)控制地轮(5)的高度，使深松机达到合适的作业高度。
所述的自驱动分层螺旋碎土齿组包括上、下自驱动螺旋碎土齿总成(7)构成；其中上自驱动螺旋碎土齿总成(7)安装于碎土齿柄(6)中部，具体位置位于耕作层，下自驱动螺旋碎土齿总成(7)位于碎土齿柄(6)下部，具体位置位于犁底层；所述的自驱动螺旋碎土齿总成(7)包括大升角螺旋碎土齿(8)、排土锥(9)和旋转固定装置(10)构成：所述的大升角螺旋碎土齿
(8)位于排土锥(9)前部，固连于排土锥(9)端面圆柱，所述的排土锥
(9)位于碎土齿(8)中间位置，将碎土齿(8)打碎土块快速排除，并利于对较大土块的进一步破碎，减小机具前进阻力；所述的旋转固定装置(10)位于排土锥(9)末端，与碎土齿柄(6)相连，可做相对旋转运动；机具在前进耕作时，耕作时前进阻力在大升角螺旋碎土齿(8)作用下转变为碎土齿(8)的径向旋转，将土壤打破，在沿机具前进方向，右侧碎土齿(8)总成旋转方向为逆时针，左侧旋转方向为顺时针，有利于破碎土壤的向中间苗带聚拢，增墒效果更优。
所述的碎土齿(8)结构为一组升角为θ的螺旋耐磨钢，同时针对不同地质大田，提供多种螺旋升角θ与轮廓曲线半径R的碎土齿(8)，其中螺旋升角θ与所耕作区域土壤紧实度P、土壤容重ρ、土壤类型参数μ、机具额定前进速度v、碎土齿(8)额定工作深度H，满足关系：
同时轮廓曲线半径R满足：
经试验仿真，此时对于土壤破碎增墒效果更优；
本发明一种主动式螺旋分层碎土深松机的作业方法为：
1)、机具挂接：将作业机具悬挂至拖拉机悬挂装置上；
2)、调整适宜深松作业深度：使用旋转手柄控制升降器带动地轮升高或降低高度，使作业机具达到合适的作业深度；
3)、更换合适螺旋碎土齿总成：根据大田地况、种植作物情况和大田水分含量墒情等更换螺旋升角与轮廓曲线半径碎土齿；
4)、深松整地作业：拖拉机牵引机具工作，在初始作业时，拖拉机液压提升装置提升机具，并以一定的入土角进行耕作，待机具完全进入待耕作大田稳定作业后，拖拉机的液压提升装置控制机具沿水平方向前进，螺旋碎土装置与地面平行，并可逐渐提升作业速度，达到提高作业效率目的。