一种免耕播种机条带松碎土壤机构

摘要

本发明公开了一种免耕播种机条带松碎土壤机构，包括连接架、星形刀盘总成和碎土轮总成，星形刀盘总成包括两个结构相同的星形刀盘，两个结构相同的星形刀盘分别通过星形刀盘固定轴对称布置在两个支架板外侧，碎土轮总成包括弹簧组合结构、碎土轮组合结构以及两个曲杆支架，两个曲杆支架通过连接轴转动连接在连接架的两个支架板外侧，弹簧组合结构固定在两个支架板顶面，弹簧组合结构前端通过连接轴与两个曲杆支架上臂转动连接，碎土轮组合通过转轴与两个曲杆支架下臂转动连接且碎土轮组合位于所述连接架下方。本发明安装在免耕播种机播种单体前端，在免耕播种机前进时，预先对播种范围内的土壤进行条带松碎。

说明书

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种免耕播种机条带松碎土壤机 构，其能够条带松碎种床土壤，为播种创造出理想的种床作业条件，提高种子 发芽一致性和出苗率。

背景技术

免耕播种是在秸秆或残茬覆盖、未经过预先土壤耕作的地表上直接播种的 一种新型播种技术。由于免耕地表土壤坚实度较大且有秸秆覆盖，所以在免耕 播种机播种单体上一般都安装有土壤耕作部件或机构，该部件或机构能够条带 疏松种床上的土壤，为后续的播种开沟、覆土、镇压创造出适合的土壤耕作条 件，是免耕播种机关键机构之一。为了能更好的完成免耕播种作业，为此，免 耕播种机土壤耕作机构应具有良好的入土、切茬和条带松碎土壤的性能。

目前农业机械具有碎土功能的土壤工作机构可分为主动旋转式和被动旋转 式，主动式多用于耕整地机械，如旋耕刀(ZL201210138776.0)、灭茬刀 (ZL200620077979.3)等，其动土量较大，土壤耕层结构破坏严重，不适合免 耕作业，被动式碎土辊(ZL201310000902.0)一般适用于耕整地机械，对耕后 土壤进一步碎土整地，不具备松土功能，通常为独立作业，无法与免耕播种机 配套使用。

国际上主流免耕播种机一般都采用波纹圆犁刀(ZL201010004737.2)作为 其松土部件，波纹圆犁刀按其耕幅分为宽幅波纹圆犁刀与窄幅波纹圆犁刀，宽 幅波纹圆犁刀波纹的褶皱较大，在土壤粘重的耕作环境中经常会粘附较多种床 土壤，高速作业时，严重破坏土壤耕层结构，导致播种深度不一致，种子与土 壤接触不良，影响种子发芽出苗。窄幅波纹圆犁刀由于波纹幅宽较小，入土性 能较好，而且不会像宽幅波纹刀盘抛甩大量的种沟土壤，但是松土幅宽较小， 松土效果较差，不能为后续播种提供优良条件。

无论是宽幅波纹圆犁刀还是窄幅波纹圆犁刀，在工作过程中，都只能适应 一定的工作环境范围。除此之外，由于本身结构的原因，波纹类圆犁刀对土壤 都只具有疏松作用，而不具备碎土功能，疏松后产生较大的土块容易形成空气 穴，种子和土壤得不到充分接触，种床容易跑墒，不利于种子发芽。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种免耕播种机条带松碎 土壤机构，其结构紧凑，安装在免耕播种机播种单体前端，在免耕播种机前进 时，预先对播种范围内的土壤进行条带松碎，为播种创造出理想的种床作业条 件，提高种子发芽一致性和出苗率。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种免耕播种机条带松碎土壤机构，包括连接架、星形刀盘总成和碎土轮 总成，所述连接架包括固定板和垂直固定在固定板前端的两个平行的支架板； 所述星形刀盘总成包括两个结构相同的星形刀盘，两个结构相同的星形刀盘分 别通过星形刀盘固定轴对称布置在两个支架板外侧，且两个星形刀盘在竖直方 向上底部向内侧倾斜固定；所述碎土轮总成包括弹簧组合结构、碎土轮组合结 构以及两个曲杆支架，两个曲杆支架通过二号连接轴转动连接在所述连接架的 两个支架板外侧，弹簧组合结构固定在两个支架板顶面，弹簧组合结构前端通 过一号连接轴与两个曲杆支架上臂转动连接，碎土轮组合通过转轴与两个曲杆 支架下臂转动连接且碎土轮组合位于所述连接架下方。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，星形刀盘总成的 星形刀盘固定轴固定连接在所述支架板外侧，星形刀盘与星形刀盘固定轴通过 轴承连接，轴承安装在轴承室中且与星形刀盘固定轴过盈配合，轴承室与星形 刀盘外侧面通过螺栓连接，星形刀盘内侧面抵接在星形刀盘固定轴的轴肩上， 星形刀盘固定轴轴端设有紧固螺母，对星形刀盘进行限位。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，星形刀盘的切削 刃口曲线为类圆曲线，星形刀盘包括刀盘基体和多个从刀盘基体延伸出的切削 刃单体。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，碎土轮总成的弹 簧组合结构包括拉杆、垫片、弹簧、挡板、拉杆夹板，挡板垂直固定在所述连 接架的两个支架板顶面，拉杆穿过挡板的通孔后与拉杆夹板固接，拉杆夹板通 过一号连接轴与所述两个曲杆支架的上臂转动连接，弹簧套接在一号拉杆外周 且弹簧两端分别抵接挡板和垫片，垫片通过紧固在拉杆端部的螺母限位。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，碎土轮总成的碎 土轮组合结构包括波纹刀盘、一号齿形碎土辊、二号齿形碎土辊，一号齿形碎 土辊和二号齿形碎土辊将波纹刀盘夹持后通过螺栓连接，一号齿形碎土辊与二 号齿形碎土辊的齿尖的轴向投影均匀交错分布，波纹刀盘径向尺寸大于齿形碎 土辊的径向尺寸。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，波纹刀盘由4个 波纹刀盘单体组成，4个波纹刀盘单体均布安装在两个齿形碎土辊之间。

本发明所述的一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其中，一号齿形碎土辊 和二号齿形碎土辊的内侧均设有4个凹槽，凹槽形状与所述波纹刀盘单体与凹 槽相配合部分的形状一致。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明所述的免耕播种机条带松碎土壤机构，能够安装在免耕播种机播 种单体前端，在播种前只对种床条带范围内的土壤预先进行的疏松、破碎，为 种子提供土壤松碎的种床环境。

2、本发明所述的免耕播种机条带松碎土壤机构采用星形刀盘和碎土轮结合 的方式，结构紧凑，在播种单体前进的过程中，先通过2片对称安装的星形刀 盘在种床上切开、撬动条带土壤，碎土轮对条带内松动的土壤进一步破碎，形 成条带松碎的土壤，保证种子和土壤充分接触。

3、本发明所述的星形刀盘刃口曲线，具有良好的滑切入土性能。切削刃单 体采用弹簧钢材料，在土壤层下能够弹性变形撬动土壤。

4、本发明所述的碎土轮采用弹簧过载保护装置，碎土过程中遇到坚硬石块 时能够在一定限度内起到缓冲作用，防止石块冲击轮齿产生破坏，增加使用寿 命。

5、通过交错安装两个碎土辊，使碎土范围变大，碎土更加充分。

6、本发明所述的碎土轮中齿形碎土辊的设计，可以通过改变齿根圆半径、 齿顶圆半径、齿尖夹角等参数，改变碎土效果，以适应土壤条件。

7、本发明所述的波纹刀盘单体，采用扇形结构，4个波纹刀盘单体为一个 组合，节省材料且容易维护；刀盘单体平面结构部分安装在2个齿形碎土辊之 间凹槽内，波纹结构部分位于齿形碎土辊齿顶圆外侧，可先将土块切开，切开 的土块被刀盘单体两侧的齿形碎土辊进一步破碎，增强碎土性能，提高碎土效 果。

附图说明

图1是免耕播种机条带松碎土壤机构与免耕播种机装配图

图2是免耕播种机条带松碎土壤机构轴测图

图3是免耕播种机条带松碎土壤机构侧视图

图4是免耕播种机条带松碎土壤机构俯视图

图5是免耕播种机条带松碎土壤机构主视图

图6是碎土轮单体结构图

图7是碎土轮单体结构前进方向视图

图8是一号星形刀盘轴向示意图

图9是二号星形刀盘轴向示意图

图10是一号星形刀盘切削刃单体结构主视图

图11是一号星形刀盘切削刃单体结构侧视图

图12是切削刃单体曲线参数图

图13是一号齿形碎土辊外侧结构图

图14是一号齿形碎土辊内侧结构图

图15是二号齿形碎土辊外侧结构图

图16是二号齿形碎土辊内侧结构图

图17是一号、二号齿形碎土辊组合后轴向投影图

图18是波纹刀盘单体结构图

图19是波纹刀盘单体结构主视图

图20是波纹刀盘单体结构侧视图

图21是波纹刀盘侧向投影波纹图

图22是碎土轮轴向投影图

图23是齿形碎土辊曲线参数图

图中：

1.固定板，2.肋板，3.一号支架板，4.二号支架板，5.一号星形刀盘固定轴， 6.二号星形刀盘固定轴，7.一号星形刀盘，8.二号星形刀盘，9.一号轴承室， 10.二号轴承室，11.一号轴承，12.二号轴承，13.一号拉杆，14.二号拉杆， 15.一号垫片，16.二号垫片，17.一号弹簧，18.二号弹簧，19.挡板，20.一 号拉杆夹板，21.二号拉杆夹板，22.一号连接轴，23.一号曲杆支架，24.二 号曲杆支架，25.二号连接轴，26.一号套管，27.二号套管，28.波纹刀盘，29. 一号齿形碎土辊，30.二号齿形碎土辊，31.碎土轮轴承，32.碎土轮转轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种免耕播种机条带松碎土壤机构，其安装在播种单体前端， 用于在免耕播种机前进时，预先对播种范围内的土壤进行松碎。

如图2所示，一种免耕播种机条带松碎土壤机构，由连接架、星形刀盘总成 和碎土轮总成组成。连接架包括固定板和垂直固定在固定板前端的两个平行的 支架板。星形刀盘总成的一号星形刀盘7通过一号星形刀盘固定轴5布置在连 接架的一号支架板3外侧，星形刀盘总成的二号星形刀盘8通过二号星形刀盘 固定轴6布置在连接架的二号支架板4外侧，且两个星形刀盘7、8在竖直方向 上底部向内侧倾斜固定。碎土轮总成的一号曲杆支架23和二号曲杆支架24分 别位于一号支架板3和二号支架板4的外侧，并通过二号连接轴25将一号曲杆 支架23、一号支架板3、二号支架板4、二号曲杆支架24连接，使两个曲杆支 架可以相对两个支架板转动；碎土轮总成的弹簧组合结构通过挡板19固定在两 个支架板3、4的上表面，弹簧组合结构的前端通过一号连接轴22与两个曲杆 支架的上臂连接，碎土轮总成的碎土轮组合通过碎土轮转轴32与两个曲杆支架 的下臂转动连接且碎土轮组合位于所述连接架下方。

如图2所示，连接架由固定板1、肋板2、一号支架板3、二号支架板4组 成，一号支架板3、二号支架板4垂直固接在固定板1前端，肋板2固定连接在 一号支架板3和二号支架板4之间且与固定板1平行设置。

如图2、图3、图4所示，星形刀盘总成由一号星形刀盘7、二号星形刀盘 8、一号星形刀盘固定轴5、二号星形刀盘固定轴6、一号轴承室9、二号轴承室 10、一号轴承11、二号轴承12组成。一号星形刀盘固定轴5与二号星形刀盘固 定轴6分别固定在一号支架板3和二号支架板4前端外侧且在竖直方向上与支 架板成一定角度向内侧倾斜固定，两轴延长线交于一点，两轴线所构成的平面 与固定板1平行，两轴轴线夹角为80～150°。一号星形刀盘固定轴5与二号星形 刀盘固定轴6为阶梯轴结构，方便与星形刀盘的连接固定。一号星形刀盘7套 接在一号星形刀盘固定轴5上，一号星形刀盘7内侧与一号星形刀盘固定轴5 轴肩抵接，一号星形刀盘7外侧与一号轴承室9通过螺栓连接，一号轴承11外 圈与一号轴承室9固接，一号星形刀盘固定轴5与一号轴承11过盈配合，一号 星形刀盘固定轴5轴端设有紧固螺母，通过拧紧紧固螺母抵接一号轴承室9，对 星形刀盘进行限位。二号星形刀盘8套接在二号星形刀盘固定轴6上，二号星 形刀盘8内侧与二号星形刀盘固定轴6轴肩抵接，二号星形刀盘8与二号轴承 室10通过螺栓连接，其中二号轴承12外圈与二号轴承室10固接，二号星形刀 盘固定轴6与二号轴承12过盈配合，二号星形刀盘固定轴6轴端设有紧固螺母， 对星形刀盘进行限位。星形刀盘底端一号星形刀盘7与二号星形刀盘8最底端 触土部位水平间距为60～90mm，工作中保证能使土壤层开出宽度至少为 60～100mm条形土带。一号轴承室9和二号轴承室10厚度为4～10mm，每个轴 承室分别通过6个螺栓与星形刀盘固定，一号轴承11与一号星形刀盘7固接， 并用螺栓固定，二号轴承12与二号星形刀盘8固接，并用螺栓固定。一号星形 刀盘7与二号星形刀盘8采用弹簧钢材料制作，使其在入土过程中能够发生弹 性变形，刀盘切削刃单体入土后在土层下产生弹性形变撬动土壤，对土壤进行 抬升，刀盘切削刃单体出土时恢复原形，这一过程中逐渐释放土壤，产生松碎 土壤的效果。

如图8、图9所示一号星形刀盘7和二号星形刀盘8结构，星形刀盘通过刀 盘中心的6个安装孔与轴承室螺栓连接，星形刀盘的刀盘外径D为280～300mm， 每个星形刀盘包括刀盘基体和多个独立的从刀盘基体延伸出的切削刃单体，切 削刃单体数一般为8～12个。

如图10、图11所示，对一号星形刀盘7的切削刃单体进行描述，刀盘厚度 为m为2～4mm，星形刀盘切削刃单体刃口厚度t为1～2mm，刀盘切削刃单体长 度s为60～70mm，刀盘切削刃单体的根部宽度n为30～50mm。一号星形刀盘7 和二号星形刀盘8的切削刃口曲线为类圆曲线，即对刀盘刃口曲线进行类圆曲 线设计，保证了切削刃单体的入土性能，并产生滑切入土效果，提高效率。

如图12所示切削刃单体曲线参数图，M曲线为星形刀盘刃口曲线，N曲线 为星形刀盘侧切刃刃口曲线，M曲线与N曲线线形一致，之间的距离为刀刃过 渡长度，M曲线与N曲线为类圆曲线，以M曲线为例，其参数方程为：

$r=a\frac{\sqrt{(1-{ϵ}^2)\left[(1-{ϵ}^2{\cos }^2\left(\mathrm{n\theta }\right)-e^2{\sin }^2\left(\mathrm{n\theta }\right))\right]}}{1-{ϵ}^2{\cos }^2\left(\mathrm{n\theta }\right)}-a\frac{e(1-{ϵ}^2)\cos \left(\mathrm{n\theta }\right)}{1-{ϵ}^2{\cos }^2\left(\mathrm{n\theta }\right)}$

点O是椭圆曲线的几何中心，点C₁是椭圆曲线在x轴正半轴的焦点，点 O₁是椭圆齿轮的回转中心，a是椭圆曲线的长半轴，b是椭圆曲线的短半轴。选 回转中心O₁为极坐标的极点，O₁x为极坐标的极轴，OO₁为偏心距，偏心率 离心率r为曲线向径，离心率0<ε<0.8，偏心率0<e<0.2， 极角20°＜θ＜28°，1≤n≤1.1，55mm<a<65mm，25mm<c<31mm，50mm<b<52mm。

如图2、图5、图6所示碎土轮总成由弹簧组合结构、碎土轮组合结构、一 号连接轴22、一号曲杆支架23、二号曲杆支架24，二号连接轴25，一号套管 26，二号套管27组成。

其中，弹簧组合结构由一号拉杆13、二号拉杆14、一号垫片15、二号垫片 16、一号弹簧17、二号弹簧18、挡板19、一号拉杆夹板20、二号拉杆夹板21 组成。挡板19垂直固定在一号支架板3、二号支架板4顶面，一号拉杆13穿过 挡板19左孔后与一号拉杆夹板20固接，一号弹簧17套接在一号拉杆13外周 且一号弹簧17两端分别与挡板19和一号垫片15抵接，一号垫片15通过紧固 在一号拉杆13上端的螺母限位。二号拉杆14穿过挡板19右孔后与二号拉杆夹 板21固接，二号弹簧18套接在二号拉杆14外周且二号弹簧18两端分别与挡 板19和二号垫片16抵接，二号垫片16通过紧固在二号拉杆14上端的螺母限 位。弹簧一号拉杆夹板20与二号拉杆夹板21通过一号连接轴19与一号曲杆 支架23上臂、二号曲杆支架24上臂转动连接，一号连接轴22两端通过螺栓紧 固。一号套管26与一号支架板3固接，二号套管27与二号支架板4固接。二 号连接轴25连接一号支架23、一号支架板3、一号套管26、二号套管27、二 号支架板4、二号支架24，在碎土轮工作时起到杠杆作用。碎土轮总成通过弹 簧组合结构避免了在工作中由于接触到坚硬石块而导致整个松碎土壤机构被整 体撬动抬升，遇到坚硬石块时，在弹簧的压力作用下，仅碎土轮组合结构在一 定范围内抬升，保证星形刀盘总成能继续切土。且在弹簧装置的作用下，能够 延长波纹刀盘28的使用寿命。

碎土轮组合结构由波纹刀盘28，一号齿形碎土辊29，二号齿形碎土辊30， 碎土轮轴承31，碎土轮转轴32组成。一号齿形碎土辊29、波纹刀盘28、二号 齿形碎土辊29通过螺栓依次连接，两个齿形碎土辊轴向投影交错分布，波纹刀 盘28由四个波纹刀盘单体组成，四个波纹刀盘单体在轴向投影平面内均匀分布。 一号齿形碎土辊29，二号齿形碎土辊30中心安装碎土辊轴承31，固定于碎土 轮转轴32。

如图7所示，一号、二号齿形碎土辊与波纹刀盘组合安装后，整体工作宽 度为68～88mm，波纹结构径向尺寸大于齿形碎土辊径向尺寸25～30mm，不与齿 形碎土辊齿尖结构干涉。

如图13、图14所示的一号齿形碎土辊29结构图，辊的外围由齿形结构包 围，通过齿尖的移动松碎土壤，齿顶圆半径为130mm，齿根圆半径为110mm， 齿尖高20mm，辊宽度30～38mm，齿根处由8个螺栓与二号齿形碎土辊30固定。 图13所示的齿形碎土辊内侧示意图，为了保证波纹刀盘的安装，对应波纹刀盘 的形状制作深度为1～2mm的凹槽，凹槽新装与波纹刀盘单体与凹槽配合部分的 形状一致，使4个波纹刀盘单体可以均匀的安装在两个齿形碎土辊的内侧，通 过螺栓固定后可以保证在工作过程中齿形碎土辊与波纹刀盘单体之间不塞土， 避免产生阻塞现象。

如图15、图16所示的二号齿形碎土辊30，其外侧结构和内侧结构与一号 齿形碎土辊29的结构相似，不同之处在于碎土辊内侧的波纹刀盘凹槽和安装孔 位置不同，两辊组合安装之后，齿形轴向投影互为交错，在工作时能够充分碎 土。

如图17所示的是一号齿形碎土辊29与二号齿形碎土辊30组合安装后轴向 投影图，两辊的齿尖呈均匀交错分布。

如图18、图19、图20所示的波纹刀盘单体结构图，波纹刀盘单体为扇面 形结构，每个波纹刀盘单体的波纹位于边缘处，每个波纹刀盘单体內缘设有两 个安装孔，波纹刀盘单体与一号齿形碎土辊29、二号齿形碎土辊30组合后通过 螺栓固定，安装后波纹刀盘单体的波纹不与齿形碎土辊的齿尖干涉，波纹高度u 为20～30mm，每个波纹刀盘单体的扇形角A为40～70°。

如图21所示波纹刀盘侧向投影波纹图，T为波纹侧向厚度，T＝4～6mm，f 为单个波长的长度f＝20～50mm

如图22所示碎土轮轴向投影图，一号齿形碎土辊29、二号齿形碎土辊30、 波纹刀盘28组合安装后，一号齿形碎土辊29与二号齿形碎土辊30轴向交错分 布安装，4个波纹刀盘单体均布安装在两个齿形碎土辊之间，工作时由于机器的 前进被动转动，波纹刀盘首先与土壤接触，对条带土样进行切割，然后一号齿 形碎土辊29、二号齿形碎土辊30对土壤进行松碎。

如图23所示的齿形碎土辊曲线参数图，R1为齿根圆半径，R2为齿顶圆半 径，R1＝90～120mm，R2＝110～140mm，齿高D＝R2-R1。齿尖过度半径R3＝5～15mm 角C为齿尖角度，齿高D与齿顶圆半径R1的比值为0.1～0.3。根据不同的耕作 环境，可以通过更改齿高D与R2的比值改变齿形，以适应在不同土壤条件下均 能对土壤进行松碎作业。

结合图1、图2、图3，具体说明本机构入土后对土壤的工作原理如下。

免耕播种机条带松碎土壤机构安装在播种单体前端，随免耕播种机前进过 程中，一号星形刀盘7、二号星形刀盘8倾斜旋转切入土壤，切开60～100mm宽 度、60～90mm厚度的土条。星形刀盘采用弹簧钢材料制作，刀盘切削刃单体随 着入土深度的增加，土壤产生的弯矩逐渐增大，切削刃单体向内变形量逐渐增 加，对土壤产生撬动，形成土条；切削刃单体出土的过程中，弹性变形量逐渐 变小，抬升的土条回落，形成段状土条；随后碎土轮对段状土条进一步破碎， 首先是波纹刀盘利用波纹结构对土条中心进行切割，同时左右碎土辊继续对切 割的土样进行压碎。由于弹簧结构的缓冲作用，在松碎土壤的过程中，能够使 波纹刀盘和碎土轮尖齿避免遇到坚硬石块而产生损坏，同时避免机构整体抬升 而碎土失败，在机构的作业下，对条带土壤充分松碎，为播种提供良好的种床 条件。