一种振动式深松装置及其作业方法与流程

1.本发明涉及农用机械技术领域，具体涉及一种振动式深松装置及其作业方法。


背景技术：

2.随着传统翻耕技术的发展，人类和自然的矛盾愈来愈突出，比如耕翻作业虽然可以除掉地面秸秆残茬、杂草，有利于播种，但同时也破坏了对土地表面的保护，导致土壤风蚀、水蚀加剧。保护性耕作通过少耕、免耕、地表微地形改造技术及地表覆盖、合理种植等综合配套措施，减少农田土壤侵蚀，保护农田生态环境并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展。我国农业长期以铧式犁为主要机具，用铧式犁以及经常地翻耕施肥等传统耕作方式及拖拉机长期碾压，在泥土表面下15～30cm形成厚度约为5～15cm的坚实犁底层，犁底层不利于农作物根系发展，影响土壤透水透气性。
3.深松技术是实现保护性耕作的有效措施，深松可以在不翻转土壤的前提下，打破犁底层、加深耕作层，实现改善土壤结构、减少土壤侵蚀和提高蓄水保墒能力的目的。美国、德国、日本等发达国家从上世纪80年代已开始研究深松技术的研究和应用，由于深松机工作时需要克服巨大的土壤犁底层破碎及挤压阻力，需要拖拉机提供较大牵引力，往往导致“大马拉小车”的尴尬局面。
4.为了降低牵引阻力及能耗，国内外学者逐步引入了振动式减阻技术，振动式减阻又可分为主动强迫振动及被动自激振动两种，其中强迫振动主要利用外部激振源带动深松铲振动产生二维切削，使其阻力小于土壤塑性变形的最大阻力，又获得塑性变形的特点，从而达到深松减阻的目的。现有的主动振动激振源主要为偏心块或偏心凸轮式结构，偏心式激振源导致机具自身振动较大，同时其振动频率往往是拖拉机输出轴（pto）的转速频率，调节范围窄，无法调节，而各地土壤土质差异及含水量不同等复杂因素导致现有的机具无法因地制宜工作，使用不当不仅容易对机具本身造成损伤，而且作业效果差，影响后续农艺及农作物生长。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种振动式深松装置及其作业方法，有效解决偏振式激振结构引起的机具上下振动，同时不同齿数的激振源可产生不同的作业频率，可根据不同土壤要选用相适用的部件。
6.技术方案：本发明所述振动式深松装置，包括三点悬挂架、机架、激振机构及深松铲；所述机架通过三点悬挂架与外部动力装置相连，所述激振机构固定在机架上、用于将外部动力装置的动力传动至所述深松铲；所述激振机构包括第一激振组件、第二激振组件和激振输出组件，所述第一激振组件包括第一基座、转动轴、旋转盘，所述转动轴通过第一基座固定在所述机架上，所述转动轴的输入端与外部动力装置相连、输出端与旋转盘固定相连，所述旋转盘具有用于传递动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输出端；所述第二激振组件包括第二基座、预紧弹簧、限位轴、激振盘，所述限位轴通过第
二基座固定在所述机架上，限位轴一端套接有预紧弹簧、另一端设有连接孔，所述激振盘固定在限位轴端部将预紧弹簧限位在激振盘与第二基座之间，所述激振盘具有接收动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输入端，所述激振盘的环形输入端与所述旋转盘的环形输出端接触相连；所述激振输出组件包括连接架和连杆，所述连接架与所述机架铰接相连，所述连接架顶部设有腰圆形滑槽，所述连杆设置在所述连接孔处且连杆端部与所述腰圆形滑槽滑动相连，所述连接架两侧通过激振轴与所述深松铲固定相连。
7.进一步完善上述技术方案，所述环形输出端、环形输入端的轮廓线符合正弦周期函数或锯齿形周期函数。
8.进一步地，所述环形输出端、环形输入端的轮廓线符合正弦周期函数，方程为：y=asin(trajpar*360*n)，其中a为振幅、取值范围为6-10mm，n为周期、取值范围为3-10。
9.进一步地，所述机架包括方管和两个呈平行设置横梁，两个横梁一端连接在方管中部、另一端相对形成敞口结构；所述第一基座包括第一底座、设于第一底座上的第一支撑座，所述第一底座为直角型结构，第一底座前端搭设在所述方管上、后端嵌入两个横梁之间并通过连接件紧固，所述第一支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁；所述第二基座包括第二底座、设于第二底座上的第二支撑座，第二底座跨接在两个横梁外侧并通过连接件紧固，第二支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁。
10.进一步地，所述转动轴的输入端至输出端为三阶阶梯轴，所述转动轴的第二阶轴段、第三阶轴段分别通过第一轴承、第二轴承固定在所述第一支撑座的两个相对侧壁上，第一轴承的直径小于第二轴承。
11.进一步地，所述限位轴沿轴向铣有两相对设置的平面，所述第二支撑座的两个相对侧壁上设有与所述限位轴截面相同的限位孔。
12.进一步地，所述连接架包括两竖板以及连接在两竖板之间的两横板，两竖板设置在两个所述横梁之间且竖板底部通过旋转销轴与横梁连接，所述腰圆形滑槽设置在两竖板顶部，两竖板外侧分别连接有突出横梁外的激振轴，激振轴端部与所述深松铲相连。
13.采用上述装置进行振动式深松装置作业方法，包括如下步骤：（1）将机架通过三点式悬架与外部动力装置相连，外部动力装置的动力输出轴与转动轴的输入端相连；（2）启动外部动力装置并将动力输出轴提升至额定转速，转动轴带动旋转盘转动，激振盘的环形输入端受预紧弹簧的预紧力作用与旋转盘的环形输出端啮合；（3）激振盘的环形输入端受到旋转盘的环形输出端挤压并带动限位轴产生轴向运动，限位轴通过连杆驱动连接架运动，连接架受到旋转销轴限位使其绕旋转销轴旋转，使得连接架两侧连接的深松铲产生反向位移；（4）深松铲在土壤中受到的阻力通过连接架传递至限位轴，激振盘的环形输入端在限位轴和预紧弹簧的作用力下与旋转盘的环形输出端保持贴合，贴合面随着旋转盘的转动产生往复位移形成周期性运动，进而驱动深松铲产生周期性运动。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的优点在于：本发明采用对称式激振源设计，有效解决偏振式激振结构引起的机具上下振动，同时不同齿数的激振源可产生不同的作业频率，可根据不同土壤要选用相适用的部件。拖拉机输出轴转速为540r/min时，根据选用的激振源齿数不同可实现的振动频率为27-90hz，振动使用时，最大
深松深度可达500mm，两铲间距为400mm，扰动幅宽可达600mm；锯齿激振源产生的振动冲击力更强，适用于土壤板结严重地区使用。
附图说明
15.图1是本发明的主视图；图2是本发明的俯视图；图3是本发明的侧视图；图4是本发明的整体结构示意图；图5是本发明中激振机构的结构示意图；图6是本发明中第一激振组件的结构示意图；图7是本发明中第二激振组件的结构示意图；图8是本发明中旋转盘、激振盘采用锯齿形周期函数的结构示意图。
16.图中：1、三点悬挂架；2、机架；3、激振机构；4、连接架；5、深松铲；6、旋转销轴；7、连杆；30、第一基座；31、第一轴承；32、第二轴承；33、旋转盘；34、激振盘；35、预紧弹簧；36、第二基座；37、限位轴；38、转动轴。
具体实施方式
17.下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
18.如图1至图3所示的振动式深松装置，包括三点悬挂架1、机架2、激振机构3及深松铲5；机架2通过三点悬挂架1与拖拉机相连，激振机构3固定在机架2上，深松铲5连接在机架2尾端，激振机构3将拖拉机的动力传动至深松铲5。
19.如图4、图5所示，机架2包括方管和两个呈平行设置横梁，两个横梁一端连接在方管中部、另一端相对形成敞口结构。激振机构3包括第一激振组件、第二激振组件、激振输出组件，激振输出组件包括连杆7以及由两竖板、连接在两竖板之间的两横板组成的连接架4，两竖板设置在两个横梁之间且竖板底部通过旋转销轴6与横梁连接，两竖板顶部设有腰圆形滑槽，两竖板外侧分别连接有突出横梁外的激振轴，激振轴端部与深松铲5相连。
20.如图6所示，第一激振组件包括第一底座、第一支撑座、转动轴38、旋转盘33，第一底座为直角型结构，第一底座前端搭设在方管上、后端嵌入两个横梁之间并通过连接件紧固，第一支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁；转动轴38的输入端至输出端为三阶阶梯轴，转动轴38的第二阶轴段、第三阶轴段分别通过第一轴承31、第二轴承33固定在第一支撑座的两个相对侧壁上，第一轴承31的直径小于第二轴承33；转动轴38的输入端与拖拉机的动力输出端相连、转动轴38的输出端与旋转盘33固定相连。
21.如图7所示，第二激振组件包括第一底座、第一支撑座、预紧弹簧35、限位轴37、激振盘34，第二底座跨接在两个横梁外侧并通过连接件紧固，第二支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁。限位轴37沿轴向铣有两相对设置的平面，第二支撑座的两个相对侧壁上设有与限位轴37截面相同的限位孔。限位轴37一端套接有预紧弹簧35、另一端设有连接孔，激振盘34固定在限位轴37端部将预紧弹簧35限位在激振盘34与第二支撑座之间，连杆7设置在连接孔处且连杆7端部与腰圆形滑槽滑动相连。
22.旋转盘33具有用于传递动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输出端；激振盘34具有接收动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输入端，激振盘34的环形输入端与旋转盘33的环形输出端接触相连。
23.在图4至图7中，环形输出端、环形输入端的轮廓线符合正弦周期函数，方程为：y=asin(trajpar*360*n)，其中a为振幅，n为周期，a取值为8mm，n取值为6。
24.在图8中，环形输出端、环形输入端的轮廓线符合锯齿形周期函数。
25.机器静止状态下，首先将激振装置3中的第一固定座30通过螺栓安装至机架2上，随后将装有第一轴承31、第二轴承32的输入轴2安装在第一基座30上，将预紧弹簧35套设在激振盘34端面后安装在第二基座36上，随后将激振盘34与旋转盘33贴合后，施加预紧力使预紧弹簧35发生变形后，第二激振组件中第二基座36的安装定位孔与机架2上的安装孔对齐后使用螺栓固定；将深松铲5安装至连接架4上，连接架4通过旋转销轴6与机架2铰接固定后，将限位轴37上的连接孔通过连杆7与连接架4顶部腰圆形滑槽相连，使连杆7在腰圆形滑槽中滑动。
26.田间作业时，先将机具三点悬挂架1挂接于拖拉机上，转动轴38通过万向联轴节和拖拉机输出轴相连，随后启动拖拉机，将动力输出轴提升至额定转速，转动轴38带动激振装置3中旋转盘33转动，激振盘34受预紧弹簧35预紧力作用与旋转盘33啮合，由于限位轴37受到第二固定架限位无法跟随转动，激振盘34啮合面受到旋转盘33挤压带动限位轴37产生轴向运动，限位轴37通过连杆7驱动连接架4运动，由于连接架4受到旋转销轴6限位使其绕旋转销轴6旋转，使位于连接架4另一端的深松铲5产生反向位移。
27.深松铲5在土壤中受到的阻力通过连接架4传递至限位轴37，激振盘34在限位轴37和预紧弹簧35双重作用力条件下继续保持与旋转盘33的贴合，贴合面随着旋转盘33的转动产生往复位移形成周期性运动，从而驱动深松铲产生周期性运动。
28.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

技术特征：
1.一种振动式深松装置，包括三点悬挂架、机架、激振机构及深松铲；所述机架通过三点悬挂架与外部动力装置相连，所述激振机构固定在机架上、用于将外部动力装置的动力传动至所述深松铲；其特征在于：所述激振机构包括第一激振组件、第二激振组件和激振输出组件，所述第一激振组件包括第一基座、转动轴、旋转盘，所述转动轴通过第一基座固定在所述机架上，所述转动轴的输入端与外部动力装置相连、输出端与旋转盘固定相连，所述旋转盘具有用于传递动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输出端；所述第二激振组件包括第二基座、预紧弹簧、限位轴、激振盘，所述限位轴通过第二基座固定在所述机架上，限位轴一端套接有预紧弹簧、另一端设有连接孔，所述激振盘固定在限位轴端部将预紧弹簧限位在激振盘与第二基座之间，所述激振盘具有接收动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输入端，所述激振盘的环形输入端与所述旋转盘的环形输出端接触相连；所述激振输出组件包括连接架和连杆，所述连接架与所述机架铰接相连，所述连接架顶部设有腰圆形滑槽，所述连杆设置在所述连接孔处且连杆端部与腰圆形滑槽滑动相连，所述连接架两侧通过激振轴与所述深松铲固定相连。2.根据权利要求1所述的振动式深松装置，其特征在于：所述环形输出端、环形输入端的轮廓线符合正弦周期函数或锯齿形周期函数。3.根据权利要求1所述的振动式深松装置，其特征在于：所述环形输出端、环形输入端的轮廓线符合正弦周期函数，方程为：y=asin(trajpar*360*n)，其中a为振幅、取值范围为6-10mm，n为周期、取值范围为3-10。4.根据权利要求1所述的振动式深松装置，其特征在于：所述机架包括方管和两个呈平行设置横梁，两个横梁一端连接在方管中部、另一端相对形成敞口结构；所述第一基座包括第一底座、设于第一底座上的第一支撑座，所述第一底座为直角型结构，第一底座前端搭设在所述方管上、后端嵌入两个横梁之间并通过连接件紧固，所述第一支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁；所述第二基座包括第二底座、设于第二底座上的第二支撑座，第二底座跨接在两个横梁外侧并通过连接件紧固，第二支撑座呈u型结构、具有两个呈相对设置的侧壁。5.根据权利要求4所述的振动式深松装置，其特征在于：所述转动轴的输入端至输出端为三阶阶梯轴，所述转动轴的第二阶轴段、第三阶轴段分别通过第一轴承、第二轴承固定在所述第一支撑座的两个相对侧壁上，第一轴承的直径小于第二轴承。6.根据权利要求4所述的振动式深松装置，其特征在于：所述限位轴沿轴向铣有两相对设置的平面，所述第二支撑座的两个相对侧壁上设有与所述限位轴截面相同的限位孔。7.根据权利要求4所述的振动式深松装置，其特征在于：所述连接架包括两竖板以及连接在两竖板之间的两横板，两竖板设置在两个所述横梁之间且竖板底部通过旋转销轴与横梁连接，所述腰圆形滑槽设置在两竖板顶部，两竖板外侧分别连接有突出横梁外的激振轴，激振轴端部与所述深松铲相连。8.一种振动式深松装置作业方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将机架通过三点式悬架与外部动力装置相连，外部动力装置的动力输出轴与转动轴的输入端相连；（2）启动外部动力装置并将动力输出轴提升至额定转速，转动轴带动旋转盘转动，激振盘的环形输入端受预紧弹簧的预紧力作用与旋转盘的环形输出端啮合；
（3）激振盘的环形输入端受到旋转盘的环形输出端挤压并带动限位轴产生轴向运动，限位轴通过连杆驱动连接架运动，连接架受到旋转销轴限位使其绕旋转销轴旋转，使得连接架两侧连接的深松铲产生反向位移；（4）深松铲在土壤中受到的阻力通过连接架传递至限位轴，激振盘的环形输入端在限位轴和预紧弹簧的作用力下与旋转盘的环形输出端保持贴合，贴合面随着旋转盘的转动产生往复位移形成周期性运动，进而驱动深松铲产生周期性运动。

技术总结
本发明公开的振动式深松装置及作业方法，转动轴的输入端与外部动力装置相连、输出端与旋转盘固定相连，旋转盘具有用于传递动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输出端；限位轴通过第二基座固定在机架上，限位轴一端套接有预紧弹簧、另一端设有连接孔，激振盘固定在限位轴端部将预紧弹簧限位在激振盘与第二基座之间，激振盘具有接收动力的外周部，外周部为多个波形面依次连接闭合形成的环形输入端，激振盘的环形输入端与旋转盘的环形输出端接触相连；连接架与机架铰接相连，连杆设置在连接孔处且连杆端部与连接架上腰圆形滑槽滑动相连，深松铲固定在连接架上。本发明提供了一种新型振动式激振源，可有效解决偏振式激振结构引起的机具上下振动。决偏振式激振结构引起的机具上下振动。决偏振式激振结构引起的机具上下振动。


技术研发人员：缪友谊 龚艳 陈晓 陈伟 李良波 刘德江
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8