[发明专利]一种基于自激振动的土壤切削装置

说明书

本发明提供了一种基于自激振动的土壤切削装置，切削装置包括安装在壳体中的旋耕刀，焊接在旋耕刀底部的刀柄焊块插入壳体内的弹簧心轴一端腰型孔中，弹簧心轴上安装有自激弹簧；进行旋耕作业时，刀柄焊块在腰型孔内摆动，刀柄焊块一侧与自激弹簧端面接触，能够压缩自激弹簧，从而产生自激振动；当自激振动频率和整个切削装置的固有频率相同时，达到最佳的土壤切削效果，此时的减阻降耗效果最好。弹簧心轴两端加工螺纹并通过螺母进行紧固，通过拧动螺母来改变弹簧心轴水平位置，能够使弹簧心轴上的腰型孔与刀柄焊块相对位置发生变化，限制旋耕刀转动幅度，使得本发明能够适应不同土质、不同工况下的耕作振动切削工作。

技术领域

本发明属于农业土壤耕作技术领域，尤其涉及一种基于自激振动的土壤切削装置。

背景技术

旋耕机作为最主要的耕作农业机械，因其具有碎土能力强、耕后地表平坦等特点，在平原地区应用非常广泛，但在实际使用中，旋耕机往往存在着部件耗损快、耕作阻力高等缺陷。据统计，旋耕机在土壤破碎过程中需要消耗大量的能量，约为其他耕整作业的3～6倍。因此，对土壤耕作尤其是旋耕的减阻降耗的研究就显得尤为重要了。

随着振动减阻切削理论的提出，国内外部分学者开展了振动深松技术的相关研究，并取得了较为丰硕的成果。目前，国内自激励振动深松铲研究已有一定的基础，但是在土壤自激振动切削方面的研究比较缺乏，尤其是在旋耕刀的自激励振动方面的研究更为稀少。同时，现有的土壤振动切削研究表明，振动土壤耕作较传统土壤耕作相比有明显的的减阻降耗的效果；因此，有必要引入自激振动切削理论，结合目前自激振动土壤切削相关技术，综合探究振动频率与幅值变化下旋耕机的弯刀耕作阻力变化规律，从而设计一种使弯刀在耕作时产生自激振动切削的新型旋耕刀装置。

发明内容

针对现有旋耕作业中存在功耗高的问题，本发明提供了一种基于自激振动的土壤切削装置，能够有效降低耕作阻力，减少能源消耗，从而减轻农业成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于自激振动的土壤切削装置，包括安装在壳体中的旋耕刀，旋耕刀的刀柄下部设置有刀柄孔，刀柄孔中安装有刀柄孔轴，刀柄孔轴与刀柄孔间隙配合，刀柄孔轴两端通过紧固垫圈和紧固螺母固定在壳体上，位于刀柄孔两侧的刀柄孔轴上均安装有压缩弹簧，压缩弹簧两端均分别紧压旋耕刀刀柄和壳体内壁；

还包括两端分别安装在壳体的前端面和后端面上的弹簧心轴，弹簧心轴上开设有贯通的腰型孔，旋耕刀的刀柄底部与刀柄焊块焊接固定，刀柄焊块的厚度小于旋耕刀的厚度以及腰型孔的直径，刀柄焊块竖直插入腰型孔中；弹簧心轴上安装有自激弹簧，自激弹簧与弹簧心轴采用同心轴间隙配合，自激弹簧一端与刀柄焊块接触。

进一步地，所述弹簧心轴两端分别穿过壳体的前端面和后端面，且均通过心轴螺母和心轴螺母垫片与壳体固定。

进一步地，所述壳体前端内壁处和后端内壁处的弹簧心轴上分别设置有弹簧垫圈A和弹簧垫圈B，自激弹簧另一端紧压弹簧垫圈A。

进一步地，所述壳体由两部分拼接组成，一部分为顶部和一侧开口的箱式结构，另一部分包括内壳体盖和外壳体盖；箱式结构开口一侧自内而外依次通过螺栓安装内壳体盖和外壳体盖，内壳体盖为矩形板状结构，外壳体盖为凹字形结构。

进一步地，所述内壳体盖上、箱式结构侧边均设置有供刀柄孔轴穿过的固定通孔，刀柄孔轴两端分别穿过内壳体盖和箱式结构侧边，并通过紧固垫圈和紧固螺母固定。

进一步地，所述壳体底部与刀座焊接固定，刀座尺寸采用的是IT245旋耕刀刀座国标尺寸。

进一步地，所述自激弹簧的参数选取方法为：首先计算所耕种的土壤条件下旋耕刀耕作作业所受的载荷，然后对照《标准圆柱螺旋压缩弹簧(两端圈并紧磨平或锻平型)的尺寸参数》确定自激弹簧的参数；旋耕刀耕作作业所受的载荷计算公式如下：