一種變曲率減阻圓盤犁的製作方法

2023-06-12 20:53:06 2

一種變曲率減阻圓盤犁的製作方法
【專利摘要】一種變曲率減阻圓盤犁，包括一體結構的圓盤犁本體，圓盤犁本體的中心為用於與動力裝置連接的呈平板狀的裝配部分，圓盤犁本體的外緣周面為用於破土的切削部分，裝配部分與切削部分之間為等厚度的翻土部分，翻土部分中相對設置的凸凹兩面分別為外觸土曲面和內觸土曲面，內觸土曲面是由導曲線沿圓盤犁本體的中心連續旋轉運動360°得到的曲面，該導曲線符合方程，其中，x的取值範圍為0~18。本發明的圓盤犁，沿其直徑截面與內觸土曲面交線是變曲率的，可在不增加圓盤犁直徑、不改變犁組偏角的情況下，保持良好的入土、推土、碎土、翻土等性能。
【專利說明】一種變曲率減阻圓盤犁

【技術領域】
[0001] 本發明涉及農用耕整地機械，尤其涉及一種變曲率減阻圓盤犁。

【背景技術】
[0002] 目前，隨著現代化農業技術向節能降耗、可持續、綠色環保方向發展，對農業耕作 機械的作業質量和要求也在不斷的提高，特別是對各種典型的土壤工作部件提出了更高的 要求。圓盤犁是一種使用範圍僅次於鏵式犁的典型農業機械土壤耕地機械，作業時，圓盤形 犁片旋轉運動對土壤進行耕翻作業，切土刃長，能夠越過障礙物，特別適用於鏵式犁無法工 作的複雜農田的翻耕作業。然而，由於傳統球面圓盤犁片入土能力差，磨損嚴重、工作阻力 大，球面圓盤犁側向力大較難平衡，耕深淺，黏重土壤粘土嚴重，限制圓盤犁使用範圍，無法 在廣大旱作區推廣應用。
[0003] 國標所規定的圓盤犁其盤面為球面，即觸土曲面各點具有恆定的曲率或曲率半 徑，實際使用、研究和試驗均表明，這種恆定曲率的球面作為圓盤犁觸土曲面時，表現出明 顯的工作阻力大以及土壤粘附嚴重的現象，降低了耕作效果。圓盤犁的工作阻力主要來源 於兩個方面：一個是圓盤犁周緣刃口對土壤的剪切破壞土壤；另一個是土壤沿觸土曲面運 動摩擦阻力。上述這兩個阻力在圓盤犁表面均有體現。圓盤犁工作過程中的阻力除了與土 壤本身的屬性有關，還與圓盤犁的周緣刃口及觸土曲面在空間的幾何形狀有關。


【發明內容】

[0004] 本發明為了解決現有技術中圓盤犁耕作阻力大和土壤粘附嚴重的問題，提供一種 以變曲率曲線代替傳統的拋物線作為犁體曲面準線的減阻圓盤犁。
[0005] 本發明為解決上述問題所採用的技術方案為：一種變曲率減阻圓盤犁，包括一 體結構的圓盤犁本體，圓盤犁本體的中心為用於與動力裝置連接的呈平板狀的裝配部分， 圓盤犁本體的外緣周面為用於破土的切削部分，裝配部分與切削部分之間為等厚度的 翻土部分，翻土部分中相對設置的凸凹兩面分別為外觸土曲面和內觸土曲面，內觸土曲 面是由導曲線沿圓盤犁本體的中心連續旋轉運動360°得到的曲面，該導曲線符合方程 /(jc) = 0.0008 X4- 0.0406 x3 + 0.7596 x2 - 7.2044 x + 0.4422 ,其 中，X的取值範圍為(Tl8。
[0006] 進一步的，所述的導曲線是在X取值範圍為(Tl8mm內，在X和f (X)方向分別縮放 相同比例得到的曲線段。
[0007] 所述圓盤犁本體的入土角為2(Γ45°，副入土角為3°，其中，圓盤犁本體的入土 角是指，當工作時的圓盤犁被堅直放置時，翻土部分的內觸土曲面的入土端的最底點的切 線與水平線的夾角；圓盤犁本體的副入土角是指，當工作時的圓盤犁被堅直放置時，翻土部 分的外觸土曲面的入土端的最底點的切線與水平線的夾角。
[0008] 所述裝配部分的中心設有軸孔，且裝配部分上沿其周面均布有犁片固定孔。
[0009] 本發明中，通過環形的翻土部分直徑的截面為等厚度，當翻土部分的厚度< 5_， 切削部分的厚度 5mm，切削部分的厚度< 1mm。
[0010] 本發明的有益效果為： 其一、本發明中，具有變曲率特性的內觸土曲面，在圓盤犁工作過程中，改變了傳統的 球面圓盤犁內觸土曲面上運動土壤應力集中性，使得土壤在沿著內觸土曲面運動過程中產 生波動效應，達到破碎土壤目的，防止土壤粘附。
[0011] 其二、通過調整變曲率曲線端的縮放倍數，可更合理地控制圓盤犁的入土角和副 入土角，減小切削部分的刃口切割土壤的剪切阻力、土壤在內觸土曲面運動的摩擦阻力以 及土壤對內觸土曲面的粘附，提高圓盤犁的耐磨性能，這樣可以有效地降低圓盤犁的工作 能耗，獲得更大的耕深，提高圓盤犁的工作效率，擴大了圓盤犁的適用範圍。
[0012] 其三、本發明改善了圓盤犁觸土曲面的幾何形狀，將變曲率內觸土曲面的幾何形 狀附加在圓盤犁上，即使變曲率的導曲線沿圓盤犁中心繞360°連續運動形成的從迴轉中 心到輪緣輪廓曲線，該幾何結構能夠改變土壤在與其接觸表面的運動狀態，對運動的土壤 產生引導效應，使土壤顆粒產生滾動效應，並減小界面層的土壤顆粒數量，降低了土壤顆粒 與圓盤犁表面的接觸機率，由原來的滑動接觸佔優勢改變為以滾動接觸為主，使土壤對圓 盤犁表面的阻力及粘附性降低，本發明的變曲率圓盤犁耐磨性比傳統球面圓盤犁提高40%， 工作阻力減小25%，減少土壤粘附性能提高40%。
[0013] 其四、本發明的變曲率圓盤犁，沿其直徑截面與內觸土曲面交線是變曲率的，通過 合適的調整原變曲率曲線的I f(x)縮放比例，可以在圓盤犁直徑不變的情況下，獲得最優 的入土角，相比現有技術的普通國標球面圓盤犁，可以在不增加圓盤犁直徑、不改變犁組偏 角的情況下，保持良好的入土、推土、碎土、翻土等性能；也可以在變曲率曲線取值區間不變 情況下，調整放大比例，得到各種直徑圓盤，滿足不同耕作需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明中導曲線的曲線圖及縮放實例曲線圖； 圖2為本發明中導曲線的曲線圖； 圖3是本發明的結構圖； 圖4為圖3的右偵彳視圖； 圖5為圖4中沿C-C線的剖視圖； 圖6為圖5中A部位的放大示意圖。
[0015] 附圖標記：1、外觸土曲面,2、內觸土曲面，3、裝配部分，301、軸孔，302、犁片固定 孔，4、切削部分。

【具體實施方式】
[0016] 一種變曲率減阻圓盤犁，包括一體結構的圓盤犁本體，圓盤犁本體包括與動力裝 置緊固連接的裝配部分3、起主要翻土作用的翻土部分、切入土壤的切削部分4,切削部分4 起著切斷草茬、切入土壤的作用。如圖2和圖3所示，圓盤犁本體的中心為用於與動力裝置 連接的呈平板狀的裝配部分3,裝配部分3的中心設有軸孔301，且裝配部分3上沿其周面 均布有犁片固定孔302,圓盤犁本體的外緣周面為用於破土的切削部分4,裝配部分3與切 削部分4之間為等厚度的翻土部分。
[0017] 其中，圓盤犁本體相對設置的凸凹兩面分別為外觸土曲面1和內觸土 曲面2,內觸土曲面2是由導曲線沿圓盤犁本體的中心連續旋轉運動360 °得到 的曲面，其主要作用是將切過的土壤翻轉破碎，該導曲線符合多項式函數方程 /(X) = 0__8x4 -0.0406JC3 +0.7596X2 -7_2044χ + 0.4422，其中，X 的取值範圍為(Γ18。
[0018] 所述的導曲線是在X取值範圍為(Tl8mm內，在X和f (X)方向縮放相同比例得到 的曲線段，如圖2所示。經檢驗，導曲線的函數方程的擬合度為：J?2 =0.9995。通過控制 該變曲率曲線X、f(x)放大倍數，可以設計的不同直徑各類圓盤；通過控制該參數方程變量 X取值範圍，可以獲得適應各種土壤的不同切土角。
[0019] 根據一般的圓盤犁片設計要求，圓盤基本直徑D=500mm(根據實際的耕作條件和要 求，該值可以參考土壤耕作機械-凹面圓盤JB/T 7877-1999標準調整)，厚度s為5mm(根據 JB/T 7877-1999標準)。圓盤犁的切削部分4由圓盤犁厚度、如圖6所示的入土角α和副入 土角β以及刃口厚度h確定。當圓盤犁本體的厚度 5_，切削部分4的厚度h < Imm。裝配部分3中的犁片固定孔302 為三個，犁片固定孔的直徑11mm。入土角為圓盤犁片內觸土曲面外緣徑向切線與水平線的 夾角其取值範圍為：20° < α <45° (具體取值可以由耕作條件更改X取值範圍獲得)； 副入土角β為圓盤犁片外觸土曲面外緣倒角與水平線的夾角，其取值為3°。
[0020] 本發明的圖5中，圓盤犁的翻土部分內觸土曲面2與圓盤犁徑向截面曲線段AB採 用具有變曲率函數特性的輪廓線（圖1)等比縮放得到。
[0021] 即在圖2中：0彡X彡18(根據實際要求選取合適範圍)，經x、f(x)同時放大5倍應 用到直徑D=500mm的圓盤犁翻土部分上，裝配部分3採用平面結構通過圓弧與翻土區部分 連接。圓盤犁其他結構尺寸在結合實際設計要求和國家機械工業局發布的JB/T 7877-1999 標準的基礎上確定。
[0022] 如圖1所示的x-f(x)二維坐標系，其中，實線段表示的是導曲線方程在 0彡X彡18mm的曲線圖；虛線段表示的是，對該導曲線方程x、f(x)方向分別放大4. 13倍、 13. 89倍得到，圓盤犁本體基本直徑等於500mm的內觸土曲面準線圖，內觸土曲面是由該導 曲線沿圓盤犁本體的中心繞X軸連續旋轉運動360°得到的曲面。減阻圓盤犁的基本直徑 與工作面軸向長度均採用相關圓盤犁國家標準尺寸，通過控制該變曲率曲線X、f(x)放大 倍數，可以該圓盤犁適應各耕深，通過控制該變曲率曲線變量X取值範圍，可以獲得適應各 種土壤的切土角。變曲率圓盤犁能夠使得土壤沿內觸土曲面以部分滾動運動代替滑動運動 減小粘附，減小工作阻力；以合適切土角入土，減小入土行程。
[0023] 研究發現，一些土壤洞穴動物在刨土時，其挖土能力與爪趾的幾何特徵有直接關 系，這種幾何結構特徵使得這些動物在掘洞挖土過程中，改變了土壤在與其接觸表面的運 動狀態，能夠對運動的土壤產生引導效應，使土壤顆粒產生滾動效應，並減小界面層的土壤 顆粒數量，降低了土壤顆粒與圓盤犁表面的接觸機率，本發明提供了仿生的幾何結構，並將 具有這種變曲率特性的函數曲線形式的內輪廓曲線應用於圓盤犁結構的仿生設計中，能夠 顯著的降低圓盤犁在工作過程中的阻力。
[0024] 上述變曲率曲線附加在圓盤犁表面做成實體，根據工作情況，可採用焊接，表面加 工處理等方式，適當增加裝配部分附近區域厚度，能夠增加變曲率圓盤犁使用壽命；上述變 曲率脫附減阻幾何結構實體的具體尺寸和分布間距應根據具體的工作環境和土壤性質來 確定；同時，應考慮到加工工藝性的好壞以及使用成本的高低。加工工藝路線應根據材料特 性，現有加工方法來具體制定。通過控制該變曲率曲線x、f(x)放大倍數，可以設計的不同 直徑各類圓盤；通過控制該參數方程變量X取值範圍，可以獲得適應各種土壤的不同切土 角。而且，這種變曲率結構可應用於諸如鋤頭、除草鏟等多種觸土器具的表面。
【權利要求】
1. 一種變曲率減阻圓盤犁，包括一體結構的圓盤犁本體，圓盤犁本體的中心為用 於與動力裝置連接的呈平板狀的裝配部分（3)，圓盤犁本體的外緣周面為用於破土的切 削部分（4)，裝配部分（3)與切削部分（4)之間為等厚度的翻土部分，其特徵在於：翻土 部分中相對設置的凸凹兩面分別為外觸土曲面（1)和內觸土曲面 （2)，內觸土曲面 是由導曲線沿圓盤犁本體的中心連續旋轉運動360°得到的曲面，該導曲線符合方程
，其中，X 的取值範圍為(T18。
2. 根據權利要求1所述的一種變曲率減阻圓盤犁，其特徵在於：所述的導曲線是在X 取值範圍為0?18mm內，在X和f(x)方向分別縮放相同比例得到的曲線段。 3?根據權利要求1所述的一種變曲率減阻圓盤犁，其特徵在於：所述圓盤犁本體的入 土角為20?45。，副入土角為3。。 4?根據權利要求1所述的一種變曲率減阻圓盤犁，其特徵在於：所述裝配部分（3)的中 心設有軸孔（3〇1)，且裝配部分（3)上沿其周面均布有犁片固定孔（3〇2)。 5?根據權利要求1所述的一種變曲率減阻圓盤犁，其特徵在於：所述翻土部分的厚度 < 5mm，切削部分（4)的厚度5mm，切削部分（4)的厚度彡1mm。
【文檔編號】A01B15/16GK104221509SQ201410477303
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】郭志軍, 餘浩, 李洪濤, 倪利偉, 張陽, 李濤 申請人:河南科技大學