平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置及其工作方法

本发明属于农业机械中耕整地机具，具体涉及一种平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置。

背景技术：

1、油菜是我国最主要的油料作物之一，兼具有油用、饲用等多种用途。长江中下游冬油菜产区多采用水旱轮作模式，油菜直播时前茬作物以水稻为主。水稻收获后秸秆留茬高度高、残留量大、韧性强，短时间内难以腐化，导致油菜直播耕整地工序难度大。

2、传统旋耕机在稻茬地工作时易出现缠草堵塞、耕作层较浅、秸秆埋覆率低等问题，会造成种床厢面平整度较低，影响冬油菜播种效果。实际生产中，一般会采用先全幅犁翻埋茬、后旋耕碎土的耕作方式进行种床制备，可以打破长期旋耕形成的较浅犁底层，改善土壤板结和肥力分布不均的状况，疏松耕作层，提高土壤墒情，但该作业方式需要机具多次下地，会对土壤产生多次碾压，且不利于节约成本。

3、犁翻旋耕组合式耕整装置能有效解决上述问题，可通过一次作业完成犁翻和旋耕作业，提升了工作效率，但现有的犁翻旋耕组合式耕整装置采用全幅犁翻的作业方式，犁体斜向排布，导致整机功耗大、纵向尺寸较长、转弯半径大且不便运输与储存。因此需要开发一种结构紧凑的犁翻旋耕组合式种床制备装置，在不降低工作效率的基础上，减小整机尺寸，将机具重心前置，增加机具适应性。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种通过改进扣垡犁犁体结构来实现犁体平行安装，改进犁面结构及作用机理，后搭配旋耕装置的平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置，有效降低了纵向尺寸，增加了机具适应性，增加了耕作深度及旋耕效果，一次作业，可同时完成秸秆翻埋、开畦沟和旋耕碎土等系列种床制备工序。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置，包括机架、扣垡犁和旋耕刀辊，所述扣垡犁固定设置于机架前方底部，所述旋耕刀辊固定设置于所述扣垡犁后面机架，若干扣垡犁平行排布，所述扣垡犁包括犁柱、所述犁柱一端与所述机架连接，另一端连接有犁冀，所述犁冀连接犁胸，所述犁胸连接有犁铧，所述扣垡犁采用蹿垡的形式对土垡向一侧抬升，犁铧、犁胸和犁翼三部分组成的犁体曲面采用直纹面原理构建，犁体曲面的解析方程如下所示：

3、r(u,v)＝a(u)+vb(u)

4、式中a(u)——导向曲线向量

5、b(u)——直母线单位向量

6、v——变量参数

7、若干扣垡犁平行安装于机架上，重心前置，区别于传统犁体排布，可减少犁体间三角区域，缩短了整机纵向尺寸，可减小机具转弯半径和作业功耗，提升了机具适应性且方便运输和存放。

8、直纹面是由一条条直线所织成，这些直线就称为此直纹面的(直)母线，直纹面可以描述为由移动的直线扫过的一组点。如图4所示，建立三维坐标系，以前进方向为y，空间直母线aa0沿着空间内的导向曲线abcd以单位向量变化规律自下至上运动，形成犁体曲面。根据式解析方程r(u,v)＝a(u)+vb(u)扣垡犁犁体曲面形成原理可知，犁体曲面的工作性能主要受导向曲线参数、导向曲线所在平面绕y轴偏转角θ、母线长度和单位向量变化规律所影响。为了保证扣垡犁在犁翼部分能够隔空翻扣，使地表高茬秸秆有序扣埋，采用了圆弧形导向曲线，如图4所示，ab段为直线对应犁铧部分；bc段为窜垡曲线，易于土垡的抬升和翻转；cd段为扣垡曲线，易于土垡的翻扣。取导向曲线各端点a、b、c、d，过度连接点b、c均采用平滑处理，利用土壤间的撕扯性实现对土壤的全幅扰动和秸秆埋覆。

9、上述方案中，扣垡犁采用蹿垡的形式对土垡进行抬升、翻扣，基于直纹面原理设计的扣垡犁可实现前茬秸秆深埋和未耕土壤撕扯及扰动功能，最终使土垡隔空沿着既定曲线翻扣落在耕后地表，土垡运移的轨迹如图5所示，实现对高茬秸秆的翻埋，可使耕层较深，其中犁体曲面是扣垡犁对土壤完成扣翻和松碎的主要工作部件。犁体曲面的结构由犁铧、犁胸和犁翼三部分组成，基于窜垡原理，使土垡侧向翻扣，犁铧用于破土和切土形成土垡，犁胸用于提升和扭转土垡，犁翼用于对土垡进一步翻转，最终使土垡隔空翻扣落在耕后地表，实现对高茬秸秆的翻埋；扣垡犁后方的旋耕刀辊对翻扣后土壤及秸秆进行运移和细碎，平整厢面，可联合完成犁翻和旋耕作业。

10、进一步的，所述扣垡犁犁体曲面导向曲线所在平面沿前进方向顺时针偏转角θ为10°～15°，犁铧与前进方向之间夹角θ1为35°～45°。

11、经理论与田间试验可得所述扣垡犁犁体曲面导向曲线所在平面沿前进方向顺时针偏转角θ为10°～15°，犁铧与前进方向之间夹角θ1为35°～45°时，扣垡犁前进阻力和犁铧切土阻力适中，整体能达到较好的犁翻效果。

12、进一步的，所述旋耕刀辊包括与所述机架可转动连接的旋耕刀轴，所述旋耕刀轴上设置若干刀座，所述刀座连接有短旋耕刀和长旋耕刀；

13、通过刀座固定长、短旋耕刀，方便更换和安装，从而对翻扣后土壤及秸秆进行运移和进一步细碎。

14、进一步的，所述机架上还设有连接并驱动所述旋耕刀轴的动力传动装置和用于牵引机具的悬挂架。

15、通过动力传动装置和悬挂架连接动力系统牵引油菜种床制备装置前进和带动旋耕刀轴转动，为装置提供动力。

16、进一步的，所述短旋耕刀对应于扣垡犁犁耕区域，所述长旋耕刀对应扣垡犁间的扰动区域和机架边侧未耕区域。

17、长旋耕刀将扣垡犁间的扰动区域和未耕区域的土壤和秸秆进行打碎和深埋，短旋耕刀将犁翻后的土垡进行打碎，且长旋耕刀和短旋耕刀均采用与扣垡犁相反的弯曲方向可将土壤向较少侧输送，使耕后土壤分布均匀。

18、进一步的，所述扣垡犁前方对应位置设置有若干切茬部件，所述切茬部件包括与所述机架连接的支撑杆，所述支撑杆另一端固定连接圆盘座，所述圆盘座连接切茬圆盘刀。

19、通过圆盘座对圆盘刀固定，可方便更换圆盘刀，圆盘座与支撑杆固定连接，通过支撑杆固定于机架，通过切茬部件可实现翻耕作业前的秸秆浮草切割作业，可以防止后续平行扣垡犁作业出现缠草堵塞的问题对犁翻作业造成影响。

20、进一步的，所述切茬部件最低点低于扣垡犁最低点，切茬部件与扣垡犁间保留有横向间距。

21、切茬部件最低点低于扣垡犁最低点可将高茬秸秆和地表浮草深埋，同时将土壤切削出一条割痕，减小后方扣垡犁的破土阻力，降低能耗。

22、进一步的，所述平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置还包括前后组合式的开畦沟犁，所述开畦沟犁分别固定安装在所述机架一侧的前后方向上；最外端扣垡犁与机架边侧距离为150mm～200mm。

23、最外端扣垡犁与机架边侧距离为150mm～200mm，可以避免扣垡犁作业时对前后组合式开畦沟犁组产生影响，开畦沟犁同时开出两侧畦沟用于排水。

24、进一步的，所述机架后方设置有平土拖板，所述平土拖板与机架可活动连接。

25、可活动平土拖板能根据犁翻旋耕后的土壤状况对耕后地表进一步平整，最终形成适宜油菜生长的合理种床。

26、一种平行犁翻与旋耕组合式的油菜种床制备装置的工作方法，包括以下步骤，

27、步骤一：通过动力传动系统牵引所述油菜种床制备装置前进，所述若干平行扣垡犁对土垡采用蹿垡的形式向一侧抬升、翻扣，进行犁耕作业；

28、步骤二：旋耕刀辊在所述动力传动系统驱动下旋转，对犁翻后进行旋耕作业；所述长旋耕刀将扣垡犁对扰动区域和未耕区域的土壤和秸秆进行打碎和深埋，所述短旋耕刀将犁翻后的土垡进行细碎和平整。

29、上述方案中，步骤一先将若干扣垡犁平行安装在机架前方，由动力系统牵引油菜种床制备装置前进进行犁翻作业，直纹面扣垡犁采用蹿垡的形式对土垡向一侧抬升、翻扣，纵向尺寸减小，方便转弯，蹿垡式犁翻可使耕层较深；步骤二中，扣垡犁后方设置有旋耕刀辊，通过旋耕刀辊进行切割和破碎步骤，长旋耕刀将扣垡犁间的扰动区域和未耕区域的土壤和秸秆进行打碎和深埋，短旋耕刀将犁翻后的土垡进行细碎平整，一次作业可实现犁翻、秸秆深埋、旋耕碎土和种床整理等功能。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、(1)本发明改变了传统犁体排布方式，扣垡犁采用平行的排布方式，既实现了稻茬田的翻耕作业，又减小了犁体间三角区域，缩短了整机纵向尺寸，可减小机具转弯半径和作业功耗，整机结构轻简，适应性好。扣垡犁基于直纹线原理设计，含犁铧、犁胸、犁冀的扣垡犁作业时，采用蹿垡的形式对土垡进行先抬升、后翻扣，土垡随着犁体曲面进行蹿升和扭转，最终使土垡隔空沿着既定曲线翻扣落在耕后地表，实现对高茬秸秆的翻埋，能达到较大的耕作深度，疏松耕作层，提高土壤墒情；配合旋耕刀辊，可同时进行犁翻和旋耕，无需多次下地，作业效率高，能耗低，降低劳动强度，节约生产成本。

32、(2)本发明设置的切茬部件，能实现将地表秸秆和浮草切断及压入土壤，可以防止后续平行扣垡犁作业时出现犁柱缠草导致犁体间堵塞的问题。切茬部件作业后，会将土壤切削出一条割痕，减小扣垡犁的破土阻力，降低能耗。

33、(3)本发明可一次作业同时完成前茬秸秆翻埋、犁翻、开两侧畦沟、旋耕碎土和种床平整等工序，实现秸秆机械化还田，符合可持续性发展理念。

34、(4)本实施例扣垡犁田间作业性能试验结果表明：平行扣垡犁装置在高茬秸秆地中有较好的作业性能，扣垡犁平均耕宽在394.5-412.6mm之间，平均耕宽稳定性系数达87.9％，满足横向400mm犁耕埋茬作业；扣垡犁有着良好的蹿垡和扣垡效果，作业后高茬秸秆平均埋覆率高达94.2％，平均耕深在218.5～236.7mm之间，耕深稳定性系数均高于90.2％，满足油菜合理种床构建的犁耕需求。根据试验结果可知，整机平均耕深为235.5mm，秸秆埋覆率均高于95.8％，碎土率为92.5～96.7％，厢面平整度为15.3～18.6mm，厢面质量满足油菜直播种床耕整要求。实验结果表明，平行扣垡犁装置能够有效翻埋田块中的高茬秸秆，且能与旋耕装置配合实现对翻埋后的秸秆与土壤混合并均匀输送，最终形成200mm以上厚度的松碎土层，符合油菜“深翻埋茬，上松下紧”种床合理耕层构建要求。