本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种具有覆土功能的复合式深松铲。
背景技术：
深松作为保护性耕作的关键技术能够打破犁底层，促进根系深扎，改善土壤质量，为作物生长创造良好的土壤环境。深松是实施保护性耕作的基础，具有以下作用：其一，打破犁底层，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，建立土壤水库，吸纳雨雪，大大提高了土壤的蓄水能力；其二，使土壤疏松，增加土壤粗糙度，提高土壤降水的入渗，防止地面积水或地表径流，可以减小水蚀；其三，有利于培肥地力，形成虚实并存的耕层结构，虚部蓄水，实部提墒供水，水、肥、气、热侧向水平移动，形成水热逆向循环，为微生物生存提供了良好的条件；其四，调节土壤固相、液相、气相三相比例，改善土壤结构，保证作物的养分供给，实现用地与养地的结合。
深松机的核心部件就是深松铲。目前，传统深松铲对土壤松而不翻，不改变地表秸秆覆盖率。在冬春气温偏低的地区，采用“玉米秸秆覆盖免耕种植技术”，即秋季深松作业，春季免耕播种，其存在着秸秆不易腐烂、影响地温提升、播种质量难以保证、易滋生病虫草害等问题，而且由于大量秸秆覆盖地表，需要喷施大量的农药来解决病虫草害，影响粮食安全，不利于秸秆全量还田保护性耕作模式的发展。
技术实现要素：
为解决现有深松技术存在的上述问题，本发明提供一种具有覆土功能的复合式深松铲，其不仅能对土壤进行深松，打破犁底层，而且还具有覆土功能，使秸秆均匀混埋在耕层土壤中，有利于提升地温，加快秸秆腐烂，减少病虫草害，同时还能保证一定的地表秸秆覆盖率，减少风蚀、水蚀，达到保护土壤的目的。将秸秆混埋与深松相结合，促进秸秆全量还田保护性耕作模式的发展。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种具有覆土功能的复合式深松铲，包括深松铲柄、覆土组合体、深松铲尖、铲柄左贴板和铲柄右贴板；所述覆土组合体和深松铲尖通过螺栓分别固定在深松铲柄下端的上侧和下侧；覆土组合体上端卡接在深松铲柄上；铲柄铲柄左贴板和铲柄右贴板分别固接在深松铲柄下端的左右两侧，深松铲尖上端卡在铲柄左贴板、铲柄右贴板之间。
所述的一种具有覆土功能的复合式深松铲，其中，覆土组合体由起土铲尖、导土支撑板、导土防粘板组成；导土防粘板曲面形状与导土支撑板下部曲面形状相匹配，导土防粘板与导土支撑板前侧贴合并固定连接构成导土体，导土体通过螺栓固定在深松铲柄上，导土支撑板上端缺口卡接在深松铲柄上；导土体的底端凸起嵌入起土铲尖上端缺口内，使起土铲尖和导土防粘板的前表面相接形成覆土组合体的前侧轮廓曲面abcd，覆土组合体的前侧轮廓曲面abcd为一圆滑连续曲面。
所述的一种具有覆土功能的复合式深松铲，其中，覆土组合体轮廓曲面abcd的轮廓线是由起土直线ab段、导土曲线bc段和翻土曲线cd段依次连接构成；起土直线ab段和导土曲线bc段相切，翻土曲线cd段与导土曲线bc段相内切，以工作时的前进方向为x轴正方向，以垂直于地面向上的方向为y轴正方向，以轮廓导土曲线bc段的圆心o为原点，建立直角坐标系，覆土组合体的轮廓曲线abcd在所述直角坐标系中满足如下方程：
起土直线ab：
导土曲线bc：
x2+y2＝r2
翻土曲线cd：
其中，α为起土铲尖入土角；r为导土曲线bc段的曲率半径；k为翻土曲线cd段圆弧的圆心横坐标；h为翻土曲线cd段圆弧的圆心纵坐标。
所述的一种具有覆土功能的复合式深松铲，其中，深松铲柄下端上侧轮廓曲线和起土铲尖下侧轮廓曲线贴合，深松铲柄下端下侧轮廓折线和深松铲尖上端轮廓折线贴合。
所述的一种具有覆土功能的复合式深松铲，其中，深松铲尖前表面的铲刃线由一号直线hi段、一号圆弧曲线ij段、二号直线jk段、二号圆弧曲线kl段和三号直线lm段依次连接构成；一号圆弧曲线ij段为过渡圆角，其分别与一号直线hi段及二号直线jk段相切，二号圆弧曲线kl段为过渡圆角，其分别与二号直线jk段及三号直线lm段相切；以工作时的前进方向为x轴正方向，以垂直于地面向上的方向为y轴正方向，以深松铲尖的底部铲尖为原点，建立直角坐标系，深松铲尖5前侧轮廓曲线hijklm在直角坐标系中满足如下方程：
一号直线hi段：
y＝-xtanβ
二号直线jk段：
三号直线lm段：
其中，β为深松铲尖入土角；w1为一号圆弧曲线ij段的曲率半径；w2为二号圆弧曲线kl段的曲率半径；a为一号直线hi段与二号直线jk段的交点横坐标；b为二号直线jk段与三号直线lm段的交点横坐标；c为二号直线jk段与三号直线lm段的交点纵坐标；d为三号直线lm段与坐标y轴的交点纵坐标。
本发明采用以上技术方案，具有以下优点：
第一，具有覆土功能的组合体将秸秆均匀混埋在耕层土壤中，在冬春气温偏低的地区，有利于提升地温，加快秸秆腐烂，减少病虫草害，同时还能保证一定的地表秸秆覆盖率，减少风蚀、水蚀，达到保护土壤的目的。
第二，深松铲尖利用仿生学原理设计出类似于足弓形状的结构，可以达到深松深度要求，弓形结构提高铲尖本身刚度，铲刃线实现破土、碎土，铲脚的入土角β和入土隙角γ使深松铲尖易于入土，减小工作阻力。
第三，本发明在实现覆土功能同时保证了深松深度要求，对深层土壤松而不翻，提高了土壤的蓄水能力，有利于培肥地力。将秸秆混埋与深松相结合，促进秸秆全量还田保护性耕作模式的发展。
附图说明
图1为一种具有覆土功能的复合式深松铲的正等轴测图
图2为一种具有覆土功能的复合式深松铲的右视图
图3为一种具有覆土功能的复合式深松铲的整体结构的爆炸视图
图4为覆土组合体的立体图
图5为起土铲尖和导土支撑板连接形成的前接触面轮廓曲线图
图6为深松铲尖的立体图
图7为深松铲尖的铲刃线图
图8为一种具有覆土功能的复合式深松铲实现覆土功能的示意图
附图标记说明：
1-深松铲柄；2-导土支撑板；3-导土防粘板；4-起土铲尖；5-深松铲尖；6-铲柄左贴板；7-铲柄右贴板。
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：
如图1至图3所示，一种具有覆土功能的复合式深松铲，由深松铲柄1、导土支撑板2、导土防粘板3、起土铲尖4、深松铲尖5、铲柄左贴板6和铲柄右贴板7组成。铲柄左贴板6和铲柄右贴板7用两个螺栓固接在深松铲柄1下端的左右两侧；起土铲尖4和深松铲尖5通过同一个沉头方径螺栓安装在深松铲柄1下端的上下两侧，起土铲尖4贴合在深松铲柄1下端上侧，深松铲尖5贴合在深松铲柄1下端下侧；深松铲尖5上端卡在铲柄左贴板6、铲柄右贴板7之间；导土支撑板2为一圆滑弯折结构，导土防粘板3曲面形状与导土支撑板2下部前表面曲面形状相匹配，导土防粘板3通过沉头方径螺钉与导土支撑板2前侧贴合连接；导土支撑板2和导土防粘板3导土体通过沉头方径螺栓安装在深松铲柄1上，导土支撑板2和导土防粘板3导土体的底端凸起嵌入起土铲尖4上端缺口内，起土铲尖4和导土防粘板3的前表面相接续构成一个连续曲面；导土支撑板2上端缺口卡接在深松铲柄1上。
所述的深松铲柄1是整个深松铲的主体部件，深松铲柄1下端上侧轮廓曲线和起土铲尖4下侧轮廓曲线贴合，深松铲柄1下端下侧轮廓折线和深松铲尖5上端轮廓折线贴合，使得起土铲尖4和深松铲尖5更加稳固的连接在深松铲柄1下端的上下侧。
起土铲尖4、导土支撑板2、导土防粘板3组成覆土组合体，如图4、图5所示，起土铲尖4、导土支撑板2均为曲面结构，导土支撑板2为一圆滑弯折结构，其下部为曲面结构，上部横向弯折；导土防粘板3曲面形状与导土支撑板2下部前表面曲面形状相匹配，导土防粘板3通过沉头方径螺钉与导土支撑板2前侧贴合连接构成导土体；导土体通过沉头方径螺栓安装在深松铲柄1上，导土体的底端凸起嵌入起土铲尖4上端缺口内，起土铲尖4和导土防粘板3的前表面相接形成一个圆滑连续曲面，该连续曲面即为覆土组合体的前侧轮廓曲面abcd。
覆土组合体轮廓曲面abcd的轮廓线是由起土直线ab段、导土曲线bc段和翻土曲线cd段依次连接构成；起土直线ab段能实现入土功能，入土角α的取值范围为30°～45°；导土曲线bc段能实现导土功能；翻土曲线cd段能实现翻转斜抛土壤功能。如图8所示，覆土组合体具体工作过程如下：起土直线ab段入土，翻起一道条形土垡，入土深度为200mm；条形土垡沿导土曲线bc段向上运动；条形土垡导入翻土曲线cd段，翻转并以斜抛运动形式抛出；条形土垡散落回地面之后导土曲线bc段会对土壤进行二次破碎，将秸秆均匀混埋在耕层土壤中。
如图5所示，以工作时的前进方向为x轴正方向，以垂直于地面向上的方向为y轴正方向，原点是轮廓导土曲线bc段的圆心o，建立了一个直角坐标系，覆土组合体的轮廓曲线abcd在直角坐标系中满足如下方程：
起土直线ab：
导土曲线bc：
x2+y2＝r2
翻土曲线cd：
其中，起土铲尖4入土角α的取值范围为30°～45°；导土曲线bc段的曲率半径r取值范围为280～360mm；(k，h)为翻土曲线cd段圆弧的圆心坐标。图5中，翻土曲线段cd的曲率半径r取值范围为60～80mm。
覆土组合体的轮廓曲线的特点为起土直线ab段和导土曲线bc段相切，翻土曲线cd段与导土曲线bc段相内切，形成了一条圆滑连续的曲线，可以避免不必要的冲击。
所述的起土铲尖4上开有沉头方孔；起土铲尖4底端左右两侧设有斜角，便于入土；起土铲尖4顶端设有缺口，用于紧密卡接导土支撑板2和导土防粘板3导土体的下侧凸起，限制导土支撑板2和导土防粘板3的转动自由度，提升结构的稳定性。
所述的导土支撑板2下侧开有沉头方孔；导土支撑板2上端缺口卡接深松铲柄1，在前进工作的过程中能够承担土壤的冲击力，并且对导土防粘板3起支撑作用。
所述的导土防粘板3采用超高分子量聚乙烯材料，具有耐磨、耐腐蚀等特点，其表面的摩擦系数相比于金属钢材小，在导土过程中不粘土，有利于条形土垡的形成，并且减少摩擦产生的能量损耗。
覆土组合体可以使秸秆混埋在耕层土壤中，但是松土深度无法达到深松深度标准(300mm以上)，并且在起土铲尖4底部土壤会形成硬土层，不利于根系深扎。因此，本发明一种具有覆土功能的复合式深松铲在深松铲柄1底部安装了深松铲尖5，能够达到深松深度标准，并且疏松被起土铲尖4压实的土壤，实现秸秆混埋与深松的结合。
如图6所示，所述的深松铲尖5设计出类似于足弓形状的结构，由于深层土壤比阻较大，弓形结构能够提高刚度；在中间部位开有一个工艺槽孔，便于螺栓安装；底端前侧的铲刃线能实现破土、碎土的效果；铲尖底部结构的入土角β取值范围为20°～30°，入土隙角γ取值范围为3°～6°，实现深松底部较为坚硬的土壤，并且深松铲尖5可以疏松被起土铲尖4压实的土壤。
深松铲尖5前表面的铲刃线，是由一号直线hi段、一号圆弧曲线ij段、二号直线jk段、二号圆弧曲线kl段和三号直线lm段依次连接构成；一号圆弧曲线ij段为过渡圆角，其分别与一号直线hi段及二号直线jk段相切，二号圆弧曲线kl段是过渡圆角，其分别与二号直线jk段及三号直线lm段相切，两处圆弧曲线的设置可避免不必要的磨损和能量损耗。以工作时的前进方向为x轴正方向，以垂直于地面向上的方向为y轴正方向，原点是深松铲尖5的底部铲尖，建立了一个直角坐标系，深松铲尖5前侧轮廓曲线hijklm在直角坐标系中满足如下方程：
一号直线hi段：
y＝-xtanβ
二号直线jk段：
三号直线lm段：
其中，深松铲尖5入土角β取值范围为20°～30°；一号圆弧曲线ij段的曲率半径w1取值范围为18～25mm；二号圆弧曲线kl段的曲率半径w2取值范围为24～40mm。
(a，-atanβ)为一号直线hi段与二号直线jk段的交点；(b，c)为二号直线jk段与三号直线lm段的交点；(0，d)为三号直线lm段与坐标y轴的交点。
深松铲尖5的前侧轮廓曲线具有以下特点：第一，采用弓形结构，提高铲尖刚度，防止过大应力而变形；第二，刃形曲线更易破土，具有滑切作用，减小耕作阻力；第三，铲刃线圆弧过渡，减小应力集中。
下面结合附图对本发明一种具有覆土功能的复合式深松铲中所述的各组成部分的具体尺寸参数进行详细描述。
深松铲柄1高度为780mm，厚度为25mm；铲柄左、右贴板的厚度为10mm。
在保证连接强度的条件下，安装铲柄左贴板6和铲柄右贴板7的两个螺栓长度不能超过起土铲尖4的宽度，防止在工作中由于多余结构带来不必要的能量损耗。
起土铲尖4宽度为80mm，厚度为14mm，高度取值范围为180～220mm；起土铲尖4直线段的高度必须大于起土铲尖4整体高度的五分之二，有利于入土，减小工作阻力；起土铲尖4的入土角取值范围为30°～45°；起土铲尖4下端斜角下端直线段长度不得小于24mm，保证前端入土时的刚度；起土铲尖4上端的缺口高度不得小于30mm，保证连接的紧固性和可靠性。
导土支撑板2的宽度是从底端向顶端逐渐增大的，底端凸起与起土铲尖4的缺口相贴合，所有导土支撑板2底端宽度为80mm，为了保证土壤的有效接触面积而且节省材料，导土支撑板2上端宽度的取值范围为80～160mm；为了保证导土支撑板2的刚度，导土支撑板2的厚度取值范围为5～8mm；为了实现覆土功能，导土支撑板2高度的取值范围为200～450mm，上侧曲线轮廓的高度不得小于导土支撑板2整体轮廓曲线高度的三分之一；导土支撑板2上端的缺口是为了卡在深松铲柄1上，所以缺口宽度为14mm，缺口长度取值范围为40～70mm，保证了连接的稳定性。
导土防粘板3后接触面直接与导土支撑板2前接触面相贴合，导土防粘板3的厚度不得小于4mm，与导土支撑板2的厚度之和要保证等于14mm，避免导土防粘板3表面与起土铲尖4表面出现高度差；导土防粘板3的高度取值范围为180～400mm，取决于实际导土支撑板2的高度。
深松铲尖5入土角β的取值范围为20°～30°，入土隙角γ的取值范围为3°～6°；深松铲尖5上端厚度为25mm，保证能卡在深松铲柄1左右贴板之间；下端弓形结构高度取值范围为20～30mm，底面长度取值范围为150～200mm，宽度取值范围为30～40mm；深松铲尖5上端折线段与深松铲柄1下端折线段一致，保证两个接触面贴合；中间部分有一个工艺槽孔，需要便于螺母安装，并且保证扳手空间。
保证起土铲尖4松土深度为150～220mm，深松铲尖5松土深度为300～360mm。
上述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是以本发明技术方案为基础进行可轻易想到的尺寸变化或结构变动，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。