本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)工程領域，具體涉及一種斜置潛土逆轉深旋耕裝置。

背景技術：

土壤耕作是重負荷作業(yè)，要消耗大量的能量。目前土壤耕作的主要方式仍以犁耕和旋耕為主。鏵式犁采用的是順序切土，翻土性能好且能達到深耕，但要想達到農(nóng)藝要求，需要對耕后的土壤進行二次整理，作業(yè)程序復雜，效率低，能耗大，成本高。旋耕機具有耕地和耙地雙重作用，對殘茬、雜草、綠肥作物切碎能力強，耕后地表平整，土垡破碎，不需要整地作業(yè)就達到農(nóng)藝要求，有利于搶農(nóng)時，但其功耗大，覆蓋性能相對鏵式犁較差，耕后植被在耕層上較多，耕后雜草萌生較早。隨著農(nóng)業(yè)技術的迅速發(fā)展，栽培技術也應用于根莖類作物栽培，為了提高根莖類作物的等級質量和產(chǎn)量，對耕作土壤的質量要求比較苛刻，即耕深加大、松碎土壤要求更高。為了滿足增厚土壤熟化層，改善深層透氣性，增大持水能力及秸稈還田的農(nóng)藝要求，增加耕深、降耗節(jié)能、提高耕耘質量一直是耕作機械的主要研究方向之一。

目前，正轉旋耕，因為刀軸位于地表以上，要加大耕深必須加大刀滾直徑，但刀滾直徑過大將使整機結構龐大笨重，功耗急劇增加。依據(jù)現(xiàn)行旋耕機設計理論，正轉作業(yè)時旋耕刀從刀滾中心水平線以下開始切土，刀片轉到垂直位置時基本上結束切土過程。當?shù)稘L半徑R、耕深H、旋耕速比λ滿足關系式：H＝R(1-1/λ)時，刀滾轉動瞬心的水平跡線落在地表面上，正切刃切削速度垂直向下，獲得最小動態(tài)切土角，入土阻力較小。利用此關系式，按農(nóng)藝要求確定目標耕深H后，刀滾半徑R≥Hλ/(λ-1)。旋耕速比λ的常用值為4～10，為提高碎土率和溝底平整度，同時為保證有合理的動態(tài)隙角，使旋耕刀正切面不擠推未耕土壤應選用偏大的λ值。由此式確定的R值相對較小，使旋耕機結構緊湊，但隨著耕深的增加，若增加耕深，其負荷功耗將急劇增加；刀滾切削土壤的阻力指向前上方，其垂直分力向上，阻礙刀滾入土，尤其快速前進時因刀背擠土反力更大，易產(chǎn)生旋耕機跳動，影響耕深穩(wěn)定性；其水平分力向前，如果大于拖拉機滾動阻力與由機組其它工作部件產(chǎn)生的阻力之和時將推動機組前進而使拖拉機向前滑移，產(chǎn)生按封閉回路循環(huán)的寄生功率，加重了旋耕機和拖拉機傳動裝置的負荷，加大功耗并折損機械壽命。

正置潛土反轉旋耕，即刀軸位于地表以下的旋耕方式，由于逆轉旋耕，旋耕刀旋轉方向與拖拉機驅動輪旋轉方向相反，從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，可以減少切削力和切削扭矩，降低碎土能耗，同時由于刀軸在地表以下，可以在短刀的情況下實現(xiàn)深耕，但正置潛土逆轉旋耕將被切土垡向后拋擲的同時有不少土垡因不能被拋擲到后面而堵塞在工作部件前方，造成前面產(chǎn)生壅土的現(xiàn)象，引起重耕，使作業(yè)負荷和功率消耗急劇增大，嚴重時裝置將無法工作。此外，為了使刀軸沉入地表以下，必須設置特珠的切土部件來避免旋耕機變速箱下緣、軸承座下緣與未耕地面發(fā)生干涉，使旋耕機結構復雜，傳動效率低。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在不足，本發(fā)明提供了一種斜置潛土逆轉深旋耕裝置，在工作過程中實現(xiàn)高速有序切土，使土壤更多毀于“拉”，并且改變了拋土軌跡，減少了重耕，極大地減少了功耗，增加了耕深。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明采用順序切土，工作方式為斜置潛土逆轉旋耕，具體技術方案如下：

一種斜置潛土逆轉深旋耕裝置，包括機架、懸掛件、變速箱、斜置刀輥；其特征在于：所述的變速箱位于機架的中央，其輸入軸通過萬向節(jié)與驅動拖拉機輸出軸連接且與拖拉機前進方向成110～125°角，變速箱輸出軸為花鍵軸，輸出軸兩側分別與兩邊的斜置刀輥軸的一端連接，斜置刀輥軸的另一端安裝在軸承座的軸承內，軸承座通過螺栓固定在機架上；

所述的斜置刀輥由同向有序排列的旋耕刀組成，斜置刀輥與牽引拖拉機前進方向成55～70°斜置角，斜置刀輥上的旋耕刀的刀尖一致朝向前進方向的右邊，斜置刀輥最左側裝有一列側向力平衡刀，側向力平衡刀在與輪胎旋轉平面平行的平面內運動，即側向力平衡刀的旋轉中心軸與斜置刀輥成20～35°斜置角且與拖拉機驅動輪軸平行。

優(yōu)選地，所述的斜置刀輥是斜置潛土逆轉旋耕，即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉方向與前進時拖拉機驅動輪旋轉方向相反。

優(yōu)選地，斜置刀輥軸的端部裝有斜置軸承座，斜置軸承座與機架通過螺栓固定連接，所述的斜置軸承座在驅動輪胎平行的平面內開有內槽，圓柱滾子軸承安裝在斜置軸承座的內槽中、且圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座配合，鋼球座套在斜置刀輥軸上，且與圓柱滾子軸承的內圈配合，所述側向力平衡刀固定在刀盤上，所述刀盤固定在鋼球座上，斜置刀輥軸上開有凹槽，所述鋼球座與斜置刀輥軸之間設有鋼球，位于鋼球凹槽內。

優(yōu)選地，所述的鋼球座與圓柱滾子軸承的內圈過盈配合，圓柱滾子軸承的外圈與斜置軸承座過盈配合。

優(yōu)選地，所述側向力平衡刀的數(shù)量為4～6把。

優(yōu)選地，所述的側向力平衡刀只有側切面而沒有正切面，且側切面包含切削刃I和切削刃II。

優(yōu)選地，所述的切削刃I為笛卡爾葉形線；所述的切削刃II為α＝1，0.5<β<1,γ＝0時的威布爾分布，α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。

優(yōu)選地，相鄰旋耕刀的刀盤相距100～150mm，每個刀盤安裝2～3把旋耕刀，安裝在相鄰刀盤上的旋耕刀的相位角為60～90°。

優(yōu)選地，所述的旋耕刀刀長為150～250mm，刀厚為8～10mm，正切面寬為15～20mm，側切面寬為80～120mm。

本發(fā)明的工作過程如下：拖拉機動力通過萬向節(jié)輸入變速箱，變速箱變速后由輸出軸帶動兩側的刀輥逆轉旋轉切土，即斜置刀輥軸位于地表以下5-10cm且旋轉方向與拖拉機驅動輪旋轉方向相反。由于刀輥在水平面內斜置，旋耕刀回轉平面與機具前進方向成一適當斜置角，旋耕刀切土時有一個沿刀輥軸向的相對速度，使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同，達到順序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀進行切土時側面減少了一個約束面，使土壤更容易破壞，由此達到節(jié)能降耗的目的。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉旋耕，旋耕刀從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低，被切土垡有指向側面已耕地的分速度，使被切土垡更多地拋向已耕地，減少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀輥斜置且順序切土，在工作過程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土，避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉，使變速箱、軸承座以及刀輥軸可以沉入地下，實現(xiàn)深耕。

刀輥軸的左側開有凹槽，凹槽里設有鋼球，鋼球的一部分在凹槽內，一部分在安裝在斜置刀輥左側的鋼球座內，鋼球座與刀盤通過螺栓連接，刀盤上裝有側向力平衡刀，側向力平衡刀旋轉平面與拖拉機輪胎平行。刀輥軸轉動的同時通過鋼球傳動使鋼球座一起轉動，從而使側向力平衡刀不僅能夠切土，還能充當側板起到抵消刀輥工作過程時受到的軸向分力的作用。

本發(fā)明具有有益效果：本發(fā)明通過將斜置刀輥與牽引拖拉機前進方向成55～70°斜置角，使旋耕刀切土時有一個沿刀輥軸向的相對速度，使土壤盡可能地毀于拉而避免毀于壓。同時，旋耕刀在刀軸上的安裝彎向相同，能達到順序切土的目的，使除第一列旋耕刀外，其它旋耕刀進行工作切土時側面減少了一個約束面，使土壤更容易破壞，由此達到節(jié)能降耗的目的。斜置刀輥左側安裝一列側向力平衡刀，側向力平衡刀的旋轉中心軸與斜置刀輥成20～35°斜置角且與拖拉機驅動輪軸平行，在耕作過程中不僅能旋轉切土，還能充當側板抵消刀輥工作過程時受到的軸向分力的作用。該裝置的工作方式是斜置潛土逆轉旋耕，旋耕刀從底部開始向上切削土壤，更多的土壤因張力作用而破裂，既具有深耕特性，又具有良好的碎土作用，入土性好、作業(yè)穩(wěn)定、功耗低，被切土垡拋向后面的已耕地時還有指向側面已耕地的分速度，使被切土垡更多的拋向已耕地，減少了重耕，降低了能耗。此外，由于刀輥斜置且順序切土，在工作過程中斜置刀輥能夠切掉變速箱以及軸承座下面的土壤，避免了變速箱、軸承座與未耕土發(fā)生干涉，使刀輥軸沉入地下，達到短刀深耕的效果。該裝置結構簡單緊湊，經(jīng)濟可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是圖1中A部分的局部放大圖；

圖3是圖1中B部分的局部放大圖；

圖4是圖1中C部分的局部放大圖；

圖5是旋耕刀示意圖；

圖6是側向力平衡刀示意圖；

圖7是本發(fā)明工作示意圖；

圖8是本發(fā)明旋耕刀切土運動示意圖；

圖9是本發(fā)明的切土示意圖；

圖10是本發(fā)明旋耕刀對土壤作用示意圖；

圖11是正置潛土逆轉旋耕裝置拋土方向示意圖；

圖12是本發(fā)明旋耕拋土方向示意圖。

圖中：

1、機架；2、懸掛架；3、變速箱；4、軸承座；5、斜置刀輥；6、旋耕刀；7、斜置刀輥軸；8、鋼球；9、鋼球座；10、刀盤；11、未耕地；12、被切土垡；13、地表面；14、已耕地；15、土粒。16、側向力平衡刀；17、輸出軸；18、軸承座；19、切削刃I；20、切削刃II；21、斜置軸承座；22、圓柱滾子軸承。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1和圖3和圖4所示，本發(fā)明所述的斜置潛土逆轉深旋耕裝置，包括機架1、懸掛架2、變速箱3、斜置刀輥5；斜置潛土逆轉深旋耕裝置通過懸掛架2連接在牽引拖拉機后面，懸掛架2還與機架1相連。變速箱3位于裝置的中央，拖拉機動力輸出軸通過萬向節(jié)將動力輸入變速箱3，變速箱3輸出軸17為花鍵軸，其兩側與兩邊的斜置刀輥軸7的一端連接，斜置刀輥軸7的另一端安裝在軸承座4的軸承18內，軸承座4通過螺栓固定在機架1上，變速箱3輸出軸帶動兩側的斜置刀輥5逆轉切土。

如圖1和圖2所示，斜置刀輥5由同向有序排列的旋耕刀6組成，斜置刀輥5與前進方向成55～70°斜置角，旋耕刀6的安裝彎向一致朝向前進方向的右邊，斜置刀輥5最左側安裝一列側向力平衡刀16，其旋轉中心線與斜置刀輥5成20～35°斜置角且與拖拉機驅動輪軸平行。

如圖2所示，斜置刀輥軸7左端開有凹槽，凹槽里設有鋼球8，鋼球8的一部分在凹槽內，一部分在安裝在斜置刀輥5最左側的一列側向力平衡刀16的鋼球座9內，鋼球座9與刀盤10通過螺釘連接，刀盤10上裝有側向力平衡刀16。鋼球座9與圓柱滾子軸承22的內圈過盈配合，圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21過盈配合，斜置軸承座21與機架通過螺栓固定連接。斜置刀輥軸7旋轉工作時，鋼球8帶動鋼球座9轉動的同時還在斜置刀輥軸7左端的凹槽里來回滾動，鋼球座9又帶動圓柱滾子軸承22內圈轉動，由于圓柱滾子軸承22的外圈與斜置軸承座21固定不動，從而使側向力平衡刀16在與牽引拖拉機輪胎平行的平面內旋轉切土。

如圖5所示，本發(fā)明所采用的旋耕刀6為專門設計旋耕刀6，其刀長為150～250mm，刀厚為8～10mm，正切面寬為15～20mm，側切面寬為80～120mm。這種設計使旋耕刀6的側切面的面積增大，正切面的面積減少，使在耕作過程中減少向前的拋土量，且增加向側后方的拋土量。

如圖6所示，安裝在斜置刀輥5左側的側向力平衡刀16的刀數(shù)為4把；側向力平衡刀16側面積相對較大且具有切削刃I 19和切削刃II 20，切削刃I 19為笛卡爾葉形線，切削刃II 20為α＝1，0.5<β<1,γ＝0時的威布爾分布，α、β、γ為威布爾分布的參數(shù)。在切土過程中，大的側面更有利于抵消刀輥工作過程時受到的軸向分力的作用。

如圖7所示，斜置刀輥5由實線位置運動到虛線位置，虛線位置時的變速箱3位于實線位置時的耕作區(qū)，即在工作時，變速箱3位于已耕地14，從而避免了變速箱3與未耕地11發(fā)生干涉，使斜置刀輥軸7沉入地下，實現(xiàn)深耕。

如圖8所示，旋耕過程中，當旋耕刀6由位置a運動到位置b時，旋耕刀6向前運動了距離L的同時，還向右側平移了距離S，可以看出旋耕時旋耕刀6有一個指向右側已耕地14的側向推土運動，使土壤毀于拉，減少了切土功耗；還使被切土垡12被拋出的同時獲得一個指向側邊已耕地14的側向分速度，使土壤拋向側邊的已耕地14，從而避免了重耕。

如圖9所示，本發(fā)明的工作方式是斜置潛土逆轉旋耕，在旋耕過程中，旋耕刀6從底部開始向上切削土壤，被切土垡12的上方地表面13沒有約束，更多的土壤因張力作用而破裂，同時使部分被切土拋出時具有指向已耕地側向分速度，減少了前方壅土。

如圖10所示，耕作切土時，旋耕刀6右邊為已耕地14，被切土垡12減少了一個約束面，減小了切削力，使土壤更容易破壞，降低了碎土能耗，由于旋耕刀6側切刃與前進方向成20～35°角，旋耕時旋耕刀6的側切刃具有側向位移，使側切刃對被切土垡12產(chǎn)生了圖中所示方向的作用力，由于被切土垡12的右側面為已耕地14，使更多的土垡因張力而破碎，從而使耕作減少功耗。

如圖11和圖12所示，正置潛土逆轉旋耕裝置旋耕時，被拋出的土粒15所具有的速度方向如圖7中所示，土粒15大多拋向前方，造成前方壅土，增加耕作能耗；斜置潛土逆轉旋耕時，被拋出的土粒15的速度如圖8中所示，土粒15除了具有正置時的向前或者向后的拋出速度，還具有向側面已耕地14拋出的分速度，使更多的土拋向已耕地14，從而減少了壅土量，進而減少了重耕，降低了能耗。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。