土壤作业设备 【技术领域】
本发明涉及根据权利要求1前序部分特征的用于在土壤中形成空穴的可移动的土壤作业设备。
背景技术
已知的土壤作业设备包括机器框架和用于至少一个刺入工具的驱动部，该刺入工具可以升起和放下，所述刺入工具可操作以用于刺入土壤中并在之后拔出。用于至少一个刺入工具的引导元件，例如支撑臂，可运动地在机器框架上引导。在刺入之前，该刺入工具以预定的刺入角度设置在起始位置。工具保持器保持一个或多个刺入工具。该工具保持器绕着在所述引导元件中的第一枢转轴线而得到支撑，该引导元件可以通过驱动部升起和放下，从而在与土壤接合过程中，也即在力的作用下，刺入工具可以相对于引导元件枢转。在施加的力释放后，设置施加回复力矩到工具保持器上，其绕着第一枢转轴线作用，从而刺入工具在从土壤中拔出之后将再次枢转回到起始位置。
上述类型的设备在刺入工具的辅助下用于在土壤中形成空穴，其中狭缝形状的空穴将在土壤深度区域中产生，而最小可能尺寸的孔将保持在表面上。所述空穴允许改进水的灌溉并提高土壤的通风性，而松散的土壤有利于促进植物，尤其是草的生长。
从欧洲专利公开EP-A-0037595已知一种土壤作业设备，其包括两个支撑臂，它们以平行四边形的方式引导，在一端上可枢转地带有工具保持器，而在另一端上可枢转地支撑在机器框架上。曲柄驱动部的推杆接合到工具保持器上并驱动工具保持器，从而引起工具保持器进行向上和向下的运动。两个支撑臂中的一个长度可调节并包括带有止件的回复弹簧。一旦刺入工具在土壤外面，支撑臂在弹簧力的作用下邻接在止件上。在刺入工具处于刺入状态和土壤作业设备向前移动的情形下，刺入工具和工具保持器一起将逆着行进方向枢转，而长度可调节的支撑臂将伸展以对抗弹簧力。
在已知的土壤作业设备中，弹簧元件用于在刺入工具上施加回复力矩，从而刺入工具一旦从土壤中出来后将再次运动回到他们的起始位置。下文中，起始位置理解为所述至少一个刺入工具假定短暂地早于刺入时的位置。然而，在土壤外面，在质量惯性和上下运动作用下，工具保持器和刺入工具的惯性力矩将抵消弹簧的回复力矩。为此，采用高弹簧刚度的弹簧元件，以使刺入工具再次运动回到它们的起始位置。然而，具有高弹簧刚度的弹簧元件引起风险的增加，该风险即当还在土壤内时，刺入工具将在土壤表面中切割出狭缝而不是产生想要的小孔。
【发明内容】
鉴于此，本发明的目的在于提供之前描述类型的设备，其中形成狭缝的风险得以降低。
上述目的通过权利要求1所述的特征而实现。
本发明有利地提供：工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心相对于该第一枢转轴线这样设置，使得抵消所述回复力矩的该工具保持器和刺入工具的惯性力矩得到至少部分地减小或补偿或过度补偿。
所述工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心相对于该第一枢转轴线可以这样设置，使得抵消所述回复力矩的该工具保持器和刺入工具的惯性力矩得到过度补偿，以使绕该第一枢转轴线作用的该惯性力矩将形成至少部分的回复力矩。
该实施方式具有的优点是，可以采用具有更小弹簧刚度的弹簧元件或者甚至完全不需要弹簧元件，因为抵消所述回复力矩的该工具保持器和刺入工具的惯性力矩得到至少部分地减小或补偿或过度补偿，以使绕该第一枢转轴线作用的该惯性力矩将形成至少部分的回复力矩。
另外的优点在于减少组件部分的数量，进而显著地降低生成成本。此外，可以增加使用寿命，并减少维护工作。
另一个优点是，如果止件提供用于限制回到起始位置的回复运动，作用于机器框架上、机器元件上、尤其是轴承上的冲击负载可以减小。
所述工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心可以位于该第一枢转轴线上。
根据本发明另一个实施方式，提供另外的集合联结到该工具保持器上，并优选固定到其上以与之共同旋转。
所述另外的集合、工具保持器和所述至少一个刺入工具的整体重心相对于该第一枢转轴线这样设置，使得抵消所述回复力矩的所述工具保持器、另外的集合和至少一个刺入工具的惯性力矩得到至少部分地减小或补偿或过度补偿。
所述另外的集合、工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心可以相对于该第一枢转轴线这样设置，使得抵消所述回复力矩的所述工具保持器、另外的集合和至少一个刺入工具的所述惯性力矩得到过度补偿，以使绕该第一枢转轴线作用的该惯性力矩将形成至少部分的回复力矩。
所述另外的集合、工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心可以位于该第一枢转轴线上。
根据另一个实施方式，提供：所述工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心到所述第一枢转轴线的距离，优选是水平距离，或者所述另外的集合、工具保持器和至少一个刺入工具的整体重心到所述第一枢转轴线的距离，优选是水平距离，是可调节的，优选对于所有工具保持器是中心可调节的。
这具有的优点是，这样，工具保持器和至少一个刺入工具的惯性力矩的量，或者所述另外的集合、工具保持器和至少一个刺入工具的惯性力矩的量将是可调节的。
所述引导元件可以是可枢转地支撑在位于该机器框架上的第二枢转轴承中的支撑臂。
所述支撑臂可以构建用于对抗弹簧力进行长度调节。这具有实现另外地减小形成狭缝的危险的优点。
至少一个螺形或成螺旋线性的金属扭转部或压力弹簧可以产生对抗支撑臂延伸的弹簧力。所述弹簧优选具有递减的弹簧特性。
至少一个扭转部和各自地压力弹簧元件或者弹簧阻尼元件可以设置在该支撑臂的侧上，优选平行于该支撑臂。所述弹簧元件允许该工具保持器绕着该第一枢转轴线枢转运动，并且当松开与土壤的接合时，其将施加至少部分回复力矩到该工具保持器上，从而该刺入工具在从土壤中拔出后再次枢转回到起始位置。
根据另一个实施方式，可以提供：所述扭转部和各自地压力弹簧元件或者所述弹簧阻尼元件以这样的方式设置在该机器框架上，使得当该刺入工具位于土壤外面时，引起其施加高的回复力矩到工具保持器上，当该刺入工具位于土壤中时，引起其施加小的回复力矩到工具保持器上。
根据本发明另一个实施方式，提供：在该工具保持器和引导元件之间设置扭转元件，该扭转元件允许该工具保持器相对于该引导元件的枢转运动，并且当免除力的影响时施加至少部分的回复力矩到该工具保持器上，从而该刺入工具在从土壤中拔出之后将再次枢转回到起始位置。
所述扭转元件可以包括至少一个弹性体元件、弹性体组合元件或者螺形或成螺旋线性的金属扭转弹簧。
根据本发明另一个实施方式，提供：所述扭转元件包括至少两个磁性元件，所述至少两个磁性元件互相以这样的方式定位，使得它们允许该工具保持器绕着该第一枢转轴线枢转运动，并且随着松开与土壤的接合，施加至少部分的回复力矩到该工具保持器上，从而该刺入工具在从土壤中拔出之后将再次枢转回到起始位置。
所述磁性元件可以包括永久磁体或螺线管，所述螺线管适于根据运动阶段而被激发或解除激发。
【附图说明】
本发明的实施方式将在下面通过参考附图而更详细地解释。
在图中，下面示意性地表示：
图1是土壤作业设备的侧视图，
图2是具有刺入工具的本发明的实施方式的侧视图，
图3表示支撑臂的两个点的加速度和速度的图像，
图4是具有中心定位设备的本发明的实施方式的侧视图，
图5是另一个实施方式的侧视图，其中采用了螺形或成螺旋线性的扭转弹簧，
图6是另一个实施方式的侧视图，其中采用了弹性体-金属组合元件，
图7是另一个实施方式的侧视图，其中扭转元件包括三个磁体，
图8是本发明另一个实施方式的侧视图，其中具有弹簧阻尼元件，
图9是具有长度可调节的支撑臂的另一个实施方式。
【具体实施方式】
图1所示的是移动土壤作业设备的侧视图，其是自驱动的或者可以在拖拉机的辅助下拖动。所述土壤作业设备6包括机器框架38，其上经由引导元件30可枢转地提供有多个适于通过驱动部36升起和放下的刺入工具1。由于所述升起和放下运动，刺入工具1交替地压入到土壤8中，并在土壤作业设备6向前行程的作用下在土壤8中进行倾斜运动。从而，土壤8将在刺入孔下面打碎，从而例如改进了土壤8的灌溉。不管土壤作业设备6的行进速度如何，土壤表面上的刺入孔应当保持为尽可能地小。
优选地，在保持装置4的辅助下，所述至少一个刺入工具1固定到工具保持器2上。通过引导元件30引导的所述工具保持器2适于连接不同长度和形状及尺寸的刺入工具1。当优选地被曲柄驱动部36驱动时，所述引导元件30设置用于执行升起和放下运动。可选地，该引导元件30也可以是液压或电气驱动的。
工具保持器2支撑在引导元件30上用于绕着第一枢转轴线12枢转，工具保持器2上保持有刺入工具1或刺入工具1的组，他们在所述升起和放下运动的作用下可以刺入进入土壤8中并从中拔出。可能的是，驱动多个优选是互相邻近的刺入工具1或互相邻近的刺入工具1的组。刺入工具1和各个刺入工具1的组优选被移相(phase shift)地驱动。
图2表示本发明实施方式的侧视图。曲柄驱动部36设置用于经由推杆34驱动引导元件30，该引导元件30具有支撑臂的形式。在第一枢转轴承10中，所述推杆34支撑在引导元件30上。在第二枢转轴承26中，引导元件30可枢转地支撑在机器框架38上。在引导元件30上，工具保持器2被支撑以绕着第一枢转轴线12枢转。工具保持器2包括两个互相在相反方向上延伸的臂2a，2b。工具保持器2的臂2a包括用于固定至少一个刺入工具1到工具保持器2上以与其一起共同旋转的固定装置4。
平行于引导元件30设置的是联结臂24，其一端支撑在调节设备40上。调节设备40固定到机器框架38上以与其共同旋转。在面向远离调节设备40的一端上，止件22可枢转地连接到联结臂24上。所述止件22随之接合到引导元件30上。止件22的位置可以在所述调节设备40的辅助下得到调节。通过止件22的位置，至少一个刺入工具1的起始位置将得到调节，因为至少在刺入之前，至少一个刺入工具1和/或工具保持器2邻接在止件22上。优选地，调节设备40可以用于为所有互相邻近的刺入工具和刺入工具的各个组中心地设置起始位置。调节设备40可以电气、液压或气动地运行。在刺入工具1已经刺入且土壤作业设备6在行进方向A上运动的情形下，所述至少一个刺入工具1将绕着第一枢转轴线12枢转。
当被曲柄驱动部36的推杆34驱动时，所述引导元件30将执行升起和放下运动，尤其是在点B和C处。在图3中以简化的方式表示了对于曲柄驱动部36的恒定角速度，引导元件30的点B和C处将升起和放下的速度VB和VC。
在x轴上表示了曲柄销16的角度方位。当曲柄销已经超过180°时，引导元件30的所述点B和C将达到下止中心UT。这样的情况是因为：一方面，由于曲柄驱动部36的旋转轴线和第一枢转轴承10设置为互相水平移位，另一方面，引导元件30的点B和C——由于引导元件30绕着第二枢转轴承26的枢转运动——不进行确切的垂直运动。
在图3中还表示了引导元件4的点B和C的加速度发展aB，aC。在升起和放下运动的上止中心OT和下止中心UT，速度VB，VC为零，加速度aB，aC达到它们的最大值。加速度aB，aC的最大值大于重力加速度多倍。刺入工具1位于土壤外面标记为F的区域。在该区域中，在升起和放下方向运动过程中运动的集合(masses)，也即工具保持器2和所述至少一个刺入工具1，在垂直向上方向上承受非常高的加速度。如果图2的工具保持器2的臂2b现在具有相应的重量并相对于第一枢转轴线12以这样的方式设置，使得工具保持器2和刺入工具1整体的重心32相对于水平方向上的第一枢转轴线12位于至少一个刺入工具1的相反侧上，则回复力矩将施加在工具保持器2上进而施加在刺入工具1上，从而刺入工具1将再次回到其起始位置。
可选地，根据图2的实施方式可以设计为不是工具保持器2而是包括两个臂的至少一个刺入工具1，以实现该效果。此时，工具保持器2和具有两个臂的至少一个刺入工具1的整体的重心也以这样的方式设置，使得绕第一枢转轴线12作用的工具保持器2和刺入工具1的惯性力矩形成至少部分回复力矩。
也可以的是，固定另外的集合到工具保持器2和/或刺入工具1上以随之共同旋转，从而刺入工具1、另外的集合44和工具保持器2的整体的重心以这样的方式设置，使得绕第一枢转轴线12作用的工具保持器2、刺入工具1和另外的集合44的惯性力矩形成至少部分回复力矩。
图4表示类似于图2的实施方式，区别在于：代替带有止件22的联结臂24，弹簧阻尼元件42平行于引导元件而设置。所述弹簧阻尼元件42一侧可枢转地支撑在机器框架38上，另一侧可枢转地支撑在工具保持器2上。弹簧阻尼元件42允许工具保持器2绕着第一枢转轴线12枢转，且当松开与土壤的接合时，将施加至少部分回复力矩到工具保持器2上，从而刺入工具1在从土壤8中拔出后将枢转回到起始位置。工具保持器2的臂2b包括位置调节设备46和另外的集合44。在所述位置调节设备46的辅助下，从所述另外的集合44到第一枢转轴线12的距离可以调节，优选是中心地调节。位置调节设备46包括传感器，该传感器运行用于确定另外的集合44的位置。另外的集合44的位置可以被调节以相对于第一枢转轴线12布置工具保持器2、刺入工具1和另外的集合的整体的重心，使得工具保持器2、另外的集合44和至少一个刺入工具1的惯性力矩——其抵消回复力矩——至少部分地减少或补偿或过度补偿，以使得绕第一枢转轴线作用的惯性力矩将形成至少部分的回复力矩。
图5所示的实施方式类似于根据图2的实施方式，区别在于：代替弹簧阻尼元件42，而是采用了扭转元件48、50、64。同轴地作用于第一枢转轴线12上的所述扭转元件48、50、64设置在工具保持器2和引导元件30之间。
在刺入之前，扭转元件48、50、64被卸载，其中，短暂地在刺入前的起始位置，设定刺入工具1的预定的刺入角度。当力施加到刺入工具1上，也即在刺入工具1的刺入状态，且土壤处理设备6在行进方向A上前进时，扭转元件48、50、64将允许刺入工具1逆着行进方向枢转。当施加的力解除时，也即在刺入工具1从土壤8中拔出之后，扭转元件48、50、64将施加至少部分的回复力到工具保持器2上，引起刺入工具1在拔出之后枢转回到起始位置。
在图5中，扭转元件48、50、64是螺形地(spirally)和各自成螺旋线性地(helically)成形的，金属的扭转弹簧48同轴于第一枢转轴线12延伸。所述金属弹簧的一侧固定到引导元件30上，另一侧固定到工具保持器2上以共同旋转。这里还可以采用同轴、轴形或/壳形的支撑元件以进行加强。然后所述支撑元件也可以支撑在工具保持器2和引导元件30上以进行旋转。
图6表示图5改进的实施方式，其中，额外地，联结臂24可枢转地支撑在工具保持器2上用于刺入角度的中心调节。在刺入到土壤8中之前，所述联结臂24与止件22直接接触。在远离工具保持器2的一端上，联结臂24可枢转地支撑在中间元件54上，该中间元件54本身可枢转地支撑在机器框架38上。通过采用调节设备40，在本例中为离心杆，对所有的刺入工具1和各个刺入工具1的组，止件22可以被中心地调节。止件22可运行用于限定刺入工具1回到起始位置的回复运动。这样，刺入工具1的刺入角度可以中心地调节。可选地，刺入角度还可以通过使止件22直接地连接到引导元件30或工具保持器2上而单独地调节。
在图6中，扭转元件48、50、64包括金属-弹性体组合元件50，例如可以从Rosta公司获得。所述弹性体-金属组合元件50包括外壳55，该外壳55优选包括四边形和各自地三角形的空心轮廓。该弹性体-金属组合元件还包括中心杆56，该中心杆56设置在外壳55的里面且再次优选具有四边形和各自地三角形的横截面。可选地，所述外壳55和所述杆56可以给出为大致多边形的横截面。
例如在外壳55和杆56基本为四边形轮廓的情形下，所述杆相对于外壳55偏置45°的旋转角度。在外壳55和杆56之间，弹性元件58设置在外壳55的角部中并大致沿着外壳55和杆56的整个长度延伸。在旋转力矩的作用下，杆56可以相对于外壳55旋转。在该过程中，所述弹性元件58将被压缩，且将产生弹性回复力矩，以形成至少部分的总回复力矩。如果外壳55和杆56具有三角形的横截面形状，那么可以采用更大的扭转角度。
图7表示另一个具有扭转元件48、50、64的实施方式。在本例中，扭转元件48、50、64包括三个磁性元件。第一磁性元件60设置在轴形保持元件63的里面并固定在其上以与之共同旋转。所述保持元件63固定到引导元件30上以与之共同旋转。保持元件63具有圆形的横截面。保持元件63被包围在至少一个另外的可动中间元件65中，该中间元件65固定到工具保持器2上以与之共同旋转。工具保持器2可以相对于作为枢转轴承的保持元件63绕着第一枢转轴线12枢转。在所述中间元件65内，还有两个磁性元件61、62互相对着设置。
只要刺入工具1在其起始和静止位置，第二磁性元件62的北极设置在第一磁性元件60的南极侧上，而第三磁体61的南极设置在第一磁体60的北极侧上。
在刺入工具1处于刺入状态和土壤作业设备6运行的情形下，工具保持器2将绕着第一枢转轴线12相对于保持元件63枢转以对抗磁力矩。一旦刺入工具1在土壤外面，所述磁性元件60、61、62的所述磁回复力矩——其代表至少部分总回复力矩——将使刺入工具1再次运动到起始位置。
所述磁性元件60、61和62可以包括永久磁体或螺线管。如果提供的是螺线管，可以只在特定的运动阶段过程中打开电流，例如当刺入工具1没有与土壤1接触时。
保持元件63、中间元件65、引导元件30和工具保持器2最好由不能磁化的材料或者难以磁化的材料制成，例如不能磁化的钢(潜水(submarine)钢)、高强度的金属、塑料，优选是热固性塑料(Duroplast)，或者陶瓷材料。
在图7中，工具保持器2、中间元件65、第二和第三磁性元件和至少一个刺入工具1整体的重心相对于第一枢转轴线12这样设置，使得工具保持器2、中间元件65、第二62和第三61磁性元件和至少一个刺入工具1的惯性力矩——其抵消回复力矩——至少部分地减少或补偿或过度补偿，以使得绕第一枢转轴线12作用的惯性力矩将形成至少部分的回复力矩。
图8表示另一个实施方式，其中阻尼元件68平行于引导元件30而设置。所述阻尼元件68一侧可枢转地支撑在工具保持器2上，另一侧可枢转地支撑在机器框架38上。弹簧70也可枢转地支撑在工具保持器2上，而另一端可枢转地支撑在机器框架38上。然而，所述弹簧70不平行于引导元件30设置。弹簧70以这样的方式设置，使得当至少一个刺入工具1位于土壤8外面时弹簧70将具有最大的弹簧长度，而当刺入工具1位于土壤8内时具有最小的弹簧长度。结果，当刺入工具1在土壤8外面时，弹簧70将施加大的回复成分到至少一个刺入工具1上，而当刺入工具1在土壤8里面时，弹簧70将施加小的回复成分到至少一个刺入工具1上。
图9表示另一个实施方式，其包括两个部分的加长的引导元件30。设置在引导元件30的两个部分30a和30b之间的是螺旋形压力弹簧形式的弹簧元件76。在引导元件30的第一部分30a上，工具保持器2可枢转地支撑着。引导元件30的第二部分30b可枢转地支撑在机器框架38上。曲柄驱动部36的推杆34设置用于经由引导元件30的第二部分30b驱动引导元件30。所述弹簧元件76坐落在连接到引导元件30的第一部分30a上的活塞杆78上。引导元件30的两个部分30a、30b是伸缩结构的。活塞和调节元件82被提供用于以可调整的方式可变地偏置弹簧元件76，并用于在引导元件30的第二部分30b的膛86内引导引导元件30的第一部分30a。壳形的活塞和调节元件82具有光滑的外表面，从而其可以在引导元件30的第二部分30b的所述膛86内用作活塞元件。在刺入至少一个刺入工具1之前，活塞和调节元件82和/或活塞杆78与引导元件30的第二部分30b直接接触，从而在刺入工具1刺入土壤8短暂之前和刺入过程中，可以发生直接的力传送——没有弹簧元件76——从引导元件30的第二部分30b传送到引导元件30的第一部分30a，反之亦然。在刺入工具1在其刺入状态和土壤作业设备6在运行方向A上运行的情形下，至少一个刺入工具1将被枢转。该实施方式减小了风险，即在土壤作业设备在运行方向A上运动太快的情形下，刺入工具1可能在土壤表面中切割出狭缝的风险。