一种农作物根茎掘取机构及其组合、以及掘取方法
1.技术领域：本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种农作物根茎掘取机构及其组合、以及掘取方法。
2.
背景技术：
秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米、甘蔗和其它农作物（通常为粗粮）在收获籽实后的剩余部分。如何科学有效地对秸秆进行收割处理，一直是困扰农业发展的大问题。目前，我国对秸秆大多采取旋耕处理方式，但现有旋耕机在进行旋耕处理时，旋耕的深度一般不超过20厘米，通过连续多年旋耕处理，使土地的耕层下形成比较坚硬的犁底层，土壤坚硬不利于农作物根系深扎，由于耕层越来越浅，土壤保水保肥性能和抗旱防涝能力下降，无法实现稳产高产目标。为了解决旋耕处理带来的弊端，提出了将秸秆粉碎深耕还田，通过深耕打破犁底层，使农作物根系下抻，充分吸收下层养分，利用深耕将秸秆翻于下层，使秸秆尽快腐熟，为农作物的生长提供营养，但是秸秆深耕还田仍存在几方面问题：一是深耕的深度需达到大约40厘米左右，但是目前黑土层的厚度已由上世纪50年代的平均60至70厘米，下降到平均20至30厘米，并且还在继续退化，也就是说黑土层的厚度不到30厘米，深耕会将黄土层露出；二是从农业生产的角度看，由于秸秆还田后没有休耕制度，耕作后马上就开始播种当季作物，而未腐熟的秸秆埋入耕地中，会造成耕地透气度过高，漏水漏肥，不能保持墒情，影响农作物的发芽生长；三是在秸秆还田时，将杂草与种子共同埋入耕地中，因秸秆的阻隔使除草剂无法发挥药效，但此时，杂草伴随作物共同生长，给除草造成麻烦；四是在秸秆还田时，虫卵跟幼虫与秸秆一同埋入耕地内过冬，秸秆就形成天然棉被，使虫卵跟幼虫过冬就变得安全，而地下杀虫剂（如二嗪磷之类的）对虫卵跟幼虫无法起到效果，而且秸秆还田还会将以前带病的植株直接埋在耕地里，导致耕地病菌基数较高，更容易爆发病害。
3.为了保护土层结构，近年来，免耕播种作业技术开始逐步得到推广，免耕播种是直接在未经耕整的耕地上，或在经过秸秆部分离田、秸秆粉碎等处理后的耕地上，通过专用的免耕播种机，一次完成破茬、开沟、施肥、播种、覆土和镇压等播种作业，在秸秆残留大的情况下，为了减轻秸秆与残茬对机具的堵塞，常采用秸秆粉碎机、圆盘耙、深松机、浅耕除草机等进行播种前作业，同时免耕播种作业后还要及时进行化学除草和病虫害防治。通过免耕播种技术确实节约了整地的成本，但是免耕种植技术却无法实现理想的增产目的。由于玉米表层根量多，主根发达，玉米根系与土壤固结能力强，仅仅通过免耕播种技术的深松作业改良土壤，达不到大犁翻耕土地那种将内外土壤整体翻动一遍的效果，也不会对增加土壤颗粒间的空隙，反而会因为土壤理化性质变差而影响到地下部根系的生长，玉米根系的生长情况会受到一定的抑制，从而也会直接影响到地上部的生长情况。所以，到目前为止，还没有一种行之有效处理秸秆根系的方法，同时也能对耕层土壤环境进行有效保护，为后期播种提供良好的生长环境。
4.
技术实现要素：
本发明为克服现有秸秆根收割处理方式对耕层土壤环境产生破坏的缺陷，提供了
一种农作物根茎掘取机构及其组合、以及掘取方法，该掘取机构通过穿刺部刺入土壤内，在实现松土的同时，也将埋入土壤内的秸秆根系掘出，可有效地提高对秸秆根系的回收，降低了对耕层土壤环境的破坏。
5.本发明采用的技术方案在于：一种农作物根茎掘取机构，包括：滚筒，该滚筒在行进过程中能够向外周施以冲击力；穿刺部，该穿刺部固定在滚筒的外周壁上，滚筒向外周施加的冲击力为处于土壤内的穿刺部提供有效动能。
6.优选地，所述滚筒的冲击力来源于设置在滚筒内部的激振机构。
7.优选地，所述滚筒为环型，激振机构位于环型内，该激振机构包括，激振室壳体，固定在滚筒内，且激振室壳体与滚筒同轴设置，用于在滚筒内形成激振腔室；偏心块，转动安装在激振室壳体内，通过偏心块做圆周运动产生离心力；转动轴，用来带动偏心块与其同步转动。
8.优选地，所述滚筒的冲击力由滚筒在行进过程中的重力势能产生。
9.优选地，所述滚筒的外轮廓由多边形构成。
10.优选地，所述穿刺部整体呈针状或板状。
11.优选地，在滚筒的上方还设有用来分离穿刺部上附着物的梳齿机构，所述梳齿机构包括梳齿座和水平固定在梳齿座上的多个梳齿条，每个梳齿条的自由端始终设置在相邻的两个穿刺部之间，且梳齿条的自由端搭接在滚筒的外壁上。
12.基于上述农作物根茎掘取机构所组成的掘取机构组，包括至少两组并列设置的掘取机构，每个掘取机构分别通过安装支臂与公共连接装置实现组合连接，且每组掘取机构可根据地面高度独立摆动，实现地面仿形随动。
13.应用上述掘取机构进行农作物根茎掘取的方法，滚筒的线速度与行驶速度相同。
14.优选地，具体掘取过程为，步骤1、将掘取机构安装在牵引车上，在牵引车行进的过程中，掘取机构与牵引轮同速前行；步骤2、在牵引作业的行进过程中，滚筒向外周施以冲击力，在冲击力的作用下，使滚筒上的穿刺部刺入土壤内，并将位于土壤内的作物根系带出地面；步骤3、当滚筒上的作物附着在滚筒上并随滚筒运动到滚筒上方时，经梳齿机构使作物从滚筒上排出。
15.本发明的有益效果是：1、设置在滚筒外壁上的穿刺部利用滚筒在作业行进过程中向外周施加的冲击力，使穿刺部刺入耕层土壤时的深度更深、搅动土壤时更有力、掘根出土的效果更好，通过上述一系统动作，实现对土壤的松土功能，同时也将位于土壤内的秸秆根系同步带出并带离地面，起到掘根的作用。
16.2、本发明通过多个并列设置且独立摆动的掘取机构，实现与地面的仿形接触，使其不仅可以适用于平地作业，同时也适用于垄作区域，有效地提高了设备的适用范围。
17.3、本发明设计的结构是现行最经济的秸秆掘根回收方式，由于采用低速作业，可有效降低扬尘情况的发生，也避免现有秸秆根粉碎还田处理方式对耕层土壤环境的破坏。同时，低速作业也降低了工作部件的摩损率，提高了工作部件的使用寿命，节约了耕作成本，具有结构简单、操作方便的特点。
18.附图说明：图1为本发明的结构示意图；图2为实施例1中滚筒的内部结构示意图；图3为实施例2中滚筒外形的结构示意图；图4为实施例2中滚筒在平地上的运动示意图；图5为实施例3中穿刺部另一种形状的结构示意图；图6为实施例5中梳齿机构的结构示意图；图7为实施例6掘取机构组的整体结构示意图；其中：1滚筒、2穿刺部、3激振机构、31激机室壳体、32偏心块、33转动轴、34支承轴承座、4马达、5梳齿机构、51梳齿座、52梳齿条、53上限位块、54下限位块、6安装支臂、7公共连接装置、8挡板。
19.具体实施方式：如图1所示，本发明为一种农作物根茎掘取机构,主要目的是通过搅拌土壤实现松土、碎土，同时将收获籽实后的剩余秸秆根系从土壤内掘出。
20.所述掘取机构包括滚筒1、穿刺部2和梳齿机构5，所述穿刺部2为多个，均匀竖直固定在滚筒1的外壁上。在行进过程中，滚筒1能够向外周施以冲击力，在冲击力的作用下，为处于土壤内穿刺部2的松土运动提供动能，使穿刺部2插入土壤的力度更强，刺入地面的深度更深，在搅拌土壤时更有力量，穿刺部2在实现松土作用的同时，也将秸秆根系从土壤内带出，并将其带离地面。
21.实施例1所述滚筒1的冲击力来源于设置在滚筒1内部的激振机构3。
22.如图2所示，本实施例中所述滚筒1为环形，激振机构3设置在滚筒1内部，所述激振机构3包括激振室壳体31、偏心块32、转动轴33和支承轴承座34。
23.所述激振室壳体31通过垂直于滚筒1内壁的连接板固定在滚筒1上，且激振室壳体31与滚筒1同轴设置，用于在滚筒1内形成激振腔室。所述偏心块32通过转动轴33转动安装在激振室壳31体内，所述转动轴33穿过偏心块32后，其一端通过轴承转动安装在激振室壳体31的侧壁上，另一端与安装在支承轴承座34外侧的马达4的输出轴相连，所述支承轴承座34安装在滚筒1的两侧，该支承轴承座34朝向激振机构3的内侧通过轴承与滚筒1转动连接，该支承轴承座34的外侧用来与安装支臂6固定连接，所述马达4安装在其中一个支承轴承座34的外侧，本实施例中马达4优选为液压马达，其液压压力可来源于牵引车或其他液压源，此处不做过多限制。马达4经转动轴33驱动偏心块32做圆周运动，偏心块32在旋转过程中产生离心力，该离心力为穿刺部2提供动能。
24.实施例2与实施例1的不同之处在于，仅在于冲击力的来源不同，所述实施例2中滚筒1的冲击力来源于滚筒1的形状在行进过程中产生的重力势能，而滚筒1的外轮廓是由多边形构成。
25.为了优化作业行进时的重力势能，所述滚筒1的外轮廓可选用正多边形，例如正三角形、正四边形、正五边形等，当滚筒1外轮廓选取的边数越多时，滚筒1在行进时的转动阻力就越小，其势能也最小，因此优选为正三角形。
26.为了优化作业行进时的转动阻力，所述滚筒1的外轮廓可选用莱洛多边形，例如圆弧三角形、圆弧五边形、圆弧七边形等，当滚筒1外轮廓选取的圆弧边数越少时，滚筒1在行进时的重力势能就越大；当滚筒1外轮廓选取的圆弧边数越多时，滚筒1在行进时的阻力就越小。由于物体重力势能的大小由地球对物体的引力大小以及地球和地面上物体的相对位置来决定，物体质量越大、位置越高、做功本领越大，物体具有的重力势能就越多，根据该特点，如图3和图4所示，本实施以滚筒1轮廓为圆弧三边形（即鲁洛克斯三角形）为优选方案，并以此为例进行介绍。由于滚筒1的质量是固定的，所以当圆弧三角形的顶点处于最高处时，滚筒1产生的重力势能最大。为了方便理解圆弧三角形的滚筒1是如何作业的，在图4中以滚筒1在平地上的转动轨迹为例进行介绍。
27.实施例3在实施例1或实施例2的基础上，本实施例对穿刺部2结构作进一步优化。
28.为了使穿刺部2更容易刺入土壤内，所述穿刺部2整体呈针状或板状。如图5所示，当穿刺部2采用板状时，其宽度方向与滚筒1的轴线平行设置，在滚筒1行进过程中，穿刺部2的宽边刺入土壤，使搅动效果更优。
29.实施例4在实施例3的基础上，本实施例对梳齿机构5结构作进一步优化。
30.所述梳齿机构5用来将附着在滚筒1上的秸秆与滚筒1进行分离，便于后期对秸秆根系进行收集处理。为了实现该目的，所述梳齿机构5设置在用来牵引滚筒1行进的安装支臂6上，且梳齿机构5位于滚筒1的上方。所述梳齿机构5包括梳齿座51和梳齿条52，所述梳齿座51的两侧铰接在安装支臂6上，所述梳齿条52为棒状或板状，且水平间隔设置，所述间隔大小与相邻两个穿刺部2之间的空隙相耦合。每根梳齿条52的一端固定在梳齿座51靠近滚筒1一侧，梳齿条52的另一端为自由端，每根梳齿条52的自由端均位于相邻两个穿刺部2之间，且自由端始终搭接或悬置在滚筒1的外壁上方。
31.如图4所示，为了使梳齿条52不受滚筒1外部轮廓的影响，始终将梳齿条52的自由端保持在相邻两个穿刺部2之间，实现将秸秆与滚筒1分离的目的，本实施例在安装支臂6上设有用来限制梳齿座51转动范围的上限位块53和下限位块54。所述上限位块53和下限位块54分别位于梳齿座51与安装支臂6铰接点的左右两侧，所述下限位块54设置在梳齿座51的下方且靠近滚筒1的一侧；所述上限位块53设置在梳齿座51的上方，且远离滚筒1的一侧。
32.实施例5在实施例4的基础上，本实施例在滚筒1的外侧增设了用来提高秸秆附着力的挡板8。
33.如图6所示，所述挡板8是用来提高附着在滚筒1和穿刺部2上秸秆的附着效果，以便于后期对秸秆进行回收处理。所述挡板8为弧形，安装在安装支臂6上，且位于滚筒1的离去角一侧，即秸秆附着在滚筒1的一侧。
34.实施例6为了使实施例1至实施例5所述的掘取机构能够随地形的变化而变化，提高掘取的效率，本实施例将上述实施例中的掘取机构进行组合构成掘取机构组。
35.如图7所示，所述掘取机构组包括至少两组并列设置的掘取机构，每个掘取机构转动安装在安装支臂6上，实现牵引前进。每个安装支臂6均转动安装在牵引车的公共连接装
置7上，实现组合连接。所述公共连接装置7包括连接杆，所述连接杆两端安装在牵引车上。当牵引车前行时，每组掘取机构与牵引车同速前行，并可根据地面高度的不同实现独立摆动，进而达到地面仿形随动的目的。
36.实施例7本实施例对上述实施例中设备的具体使用过程进行介绍。
37.应用掘取机构（组）进行掘取的具体过程如下：首先，将掘取机构通过公共连接装置7安装在牵引车上，实现牵引作业。在牵引车行进的过程中，掘取机构与牵引轮同速前进，此时滚筒1的线速度与地速或行驶速度相同，即滚筒1的线速度与牵引轮的行驶速度相同。在此低速作业条件下，不会产生类似旋耕机因快速翻动土壤导致扬尘情况的发生。此外，低速作业，也使作业部件间的摩擦力降到最小，进而延长部件和整体结构的使用寿命。
38.其次，在牵引作业的行进过程中，滚筒1向外周施以冲击力，冲击力主要来自两个方面：一是由滚筒1形状所产生的重力势能，另一个是由激振机构3利用偏心块32产生偏心力形成高频振动力。马达4经转动轴33驱动偏心块32转动，进而使偏心块32作周期性圆周运动。如图2所示，当振动方向向下时，振动力带动滚筒1向下运动，滚筒1的重力势能增加，使位于滚筒1下部的穿刺部2更易于刺入土壤深处；当振动方向向上时，振动力带动滚筒1向上运动，使刺入土壤中的穿刺部2更易从土壤中拔出；当振动方向作用在两侧时，振动力带动滚筒1向左或向右运动，进而带动穿刺部2在土壤内实现搅动，使土壤得到松弛。通过在振动力的配合，使穿刺部2在土壤内实现刺入、搅动、深入、拔出的一系列周期性动作，更好地实现了穿刺部2对土壤的松土、碎土和掘土的作用，使秸秆根系更便于掘出。此外，通过周期性的上下振动，利用穿刺部2更易于松弛板结土壤，提升土壤的透气性，保持墒情。
39.然后，随穿刺部2带出土壤的秸秆根系附着在滚筒1上，并被带离地面，当运动到滚筒1上部的秸秆根系在梳齿机构51的作用下从滚筒1上排出。
40.最后，将掘取机构安装在公共连接装置7上，如果是将多个掘取机构安装在牵引机上，每个掘取机构均能实现上述功能，同时掘取机构整体在作业行进过程中，还能根据地面高低平实现独立摆动，从而可以起到地面仿形随动的作用。
41.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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。