仿生旋耕碎茬通用刀片.pdf

本发明涉及一种仿生旋耕碎茬通用刀片，其主要由具有侧切刃的侧切面部、具有正切刃的正切面部、以及位于侧切面部与正切面部之间并具有过渡刃的过渡面部组成，所述正切面部与侧切面部不在同一平面内，正切面部沿弯折线刀棍轴弯折。本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片具有减少阻力，脱附性能好的特点，做到了结构简化、操作简单、使用调整方便，从而便于机具的推广应用。

1、  一种仿生旋耕碎茬通用刀片，其主要由具有侧切刃的侧切面部、具有正切刃的正切面部、以及位于侧切面部与正切面部之间并具有过渡刃的过渡面部组成，其特征在于：所述侧切刃、过渡刃和正切刃的触土曲面的刃口曲线在XYZ坐标系中分别满足如下方程：
侧切刃(PQ段)：  y＝0.0363x²-10.049x+699.03  (1)
过渡刃(QS段)： 70 x + 210 y - 123 z - 13460 = 0 ( y - 190.5 ) 2 + ( z - 40 ) 2 = 40 2 - - - ( 2 ) ]]>
正切刃(ST段)为： x - 102 - 127 = y - 243 124 = z - 70 44 - - - ( 3 ) ]]>
在所述坐标系中Z轴为刀辊轴中心线，原点O为刀片侧切面与刀辊轴Z中心线的交点。

2、  如权利要求1所述的通用刀片，其特征在于，所述正切面部与侧切面部不在同一平面内，正切面部沿弯折线向Z轴弯折。

3、  如权利要求2所述的通用刀片，其特征在于，侧切面部与正切面部之间的弯折半径r^*为40mm，弯折角φ为70°，单刀幅宽b为70mm。

4、  如权利要求1-3之一所述的通用刀片，其特征在于，所述刀片具有两个定位孔(A，B)。

5、  如权利要求4所述的通用刀片，其特征在于，所述两个定位孔及侧切刃起始点(P)均在与X轴逆时针成20°角的射线上。

6、  如权利要求5所述的通用刀片，其特征在于：所述通用刀片由65Mn，8～10mm厚的钢板制成。

7、  如权利要求1-3之一所述的通用刀片，其特征在于：所述通用刀片由65Mn，8～10mm厚的钢板制成。

8、  如权利要求6所述的通用刀片，其特征在于：所述定位孔的直径为145mm。

仿生旋耕碎茬通用刀片
技术领域
本发明属于农业机械范畴，尤其涉及一种旋转耕作刀片。
背景技术
旋耕与碎茬在国内(特别是北方)是两种最常见的土壤耕作。全幅旋耕，一般多用于平作地，如水田、菜田、麦田等，碎茬在北方一般用于垄作地。国外旋耕机使用较多，但没有单独的碎茬机，在有些免耕播种机上在播种机开沟器前面装有除茬部件，清除作物行的根茬。国内旋耕或碎茬作业的单机保有量都在几万台以上。近些年来，出现了一些在一台机具上可完成旋耕和碎茬两种作业的机型，主要有两种形式：(1)更换不同的刀辊来满足旋耕或碎茬两种不同作业；(2)双刀辊结构，碎茬与旋耕同时作业。两种机型虽较单机有较大进步，但均要有两个刀辊，两套耕作刀片固定部件及两种刀片。如果要实现旋耕和碎茬两种作业，使用现有的刀片必须更换刀棍和相应的刀片，这么操作不但费事，而且作业的效率也较为低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时完成旋耕和碎茬两种作业的仿生旋耕碎茬通用刀片。
通过对田鼠、穿山甲、蝼蛄等土壤动物进行在体、离体的动态脱附行为试验研究，用电视摄像体视显微镜和高速摄影机对不同动物挖掘足(土壤工作部件)的观察，研究其生物减粘降阻机理，发现具有阻力小，不沾土，扰动土壤较小的特点，据此研制本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片。
本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片主要由具有侧切刃的侧切面部、具有过渡刃的过渡面部和具有正切刃的正切面部组成。侧切刃曲线模仿动物触土部位外部外廓，其滑切角α由刀根部到刀端由小变大，侧切面具有切开土垡、切断或推开草茎、残茬的功能。正切刃则为直线，完成对根茬的切碎，还具有翻土、抛土等功能。
所述侧切刃、过渡刃和正切刃的触土曲面的刃口曲线分别满足如下方程：
侧切刃：y＝0.0363x²-10.049x+699.03    (1)
过渡刃： { 70 x + 210 y - 123 z - 13460 = 0 ( y - 190.5 ) 2 + ( z - 40 ) 2 = 40 2 - - - ( 2 ) ]]>
正切刃： x - 102 - 127 = y - 243 124 = z - 70 44 - - - ( 3 ) ]]>
在所述坐标系中Z轴为刀辊轴中心线，原点O为刀片侧切面与刀辊轴Z中心线的交点。
本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片较彻底地解决了旋耕与碎茬两种基本作业的通用问题，具有减少阻力，脱附性能好的特点，做到了结构简化(只用一套刀辊、刀片固定装置及耕作刀片)、操作简单(更换作业种类时只需搬动变速杆变换刀辊转速)、使用调整方便(机具不必进行任何拆装组合)，从而便于机具的推广应用。此外，本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片的设计吸收了仿生学的研究成果，切土阻力小，结构简单，性能优良。
附图说明
图1为本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片的结构示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明的仿生旋耕碎茬通用刀片的结构，在图1中，坐标原点O为刀片侧切面与刀辊轴中心线Z的交点，图1的上部分表示所述通用刀片在XYZ坐标系中的结构示意图，其中虚线部分为该通用刀片的正切面部在XOY平面内的投影，图1的下部分表示该通用刀片在YOZ平面内的投影。在XYZ直角坐标系中，Z轴为刀辊轴中心线，侧切面部处于XOY平面内，而正切面部则不在XOY平面内，其沿弯折线向Z轴弯折，如图1下半部分所示。过渡面部(QS曲面所在曲面部位)位于侧切面部与正切面部之间。刀片的两个定位孔A和B及侧切刃起始点P均在与X轴逆时针成20°角的射线上，A孔和B孔的中心与O点距离分别为55mm和85mm，OP的长度为135mm，OQ的长度为235mm，其中Q为侧切刃与过渡刃的交界点。该仿生旋耕碎茬通用刀片的触土曲面的刃口曲线满足方程：
侧切刃(PQ段)：y＝0.0363x²-10.049x+699.03    (1)
过渡刃(QS段)： { 70 x + 210 y - 123 z - 13460 = 0 ( y - 190.5 ) 2 + ( z - 40 ) 2 = 40 2 - - - ( 2 ) ]]>
正切刃(ST段)为： x - 102 - 127 = y - 243 124 = z - 70 44 - - - ( 3 ) ]]>
通大量实验证明，侧切面部与正切面部之间的弯折半径r^*、弯折角φ及单刀幅宽b对作业质量及功率消耗影响较大。其中r^*及φ对作业质量影响较大，b对功率消耗影响较大。大量实验表明r^*＝40mm，φ＝70°，b＝70mm可为通用刀片的最佳参数组合。刀片综合性能具有减阻、脱附、减少动土保墒的效果。通用刀片由65Mn，8～10mm厚的钢板制成，为将其安装在刀盘上，刀柄部有直径Φ为14.5mm孔两个，用螺栓将刀片与刀盘固定，刀片切土及切根茬部位磨有刃口。
本发明的通用刀片可分为左、右弯刀两种，将通用刀片按排列规则安装在工作幅宽为1400mm(2行)的机具刀辊的刀盘上，机具由泰山-30拖拉机带动，分别在水田(旱耕)及玉米茬垄作地上进行旋耕及碎茬作业，刀辊转速分别为218r/min及409r/min，多次测定的结果为：旋耕深度13-14cm，耕深稳定性为92％(＞85％)，碎土率为91％(＞60％)，碎茬深度为10.5cm，稳定性系数为89％(＞85％)，碎茬率为88％(＞86％)，覆盖率为87.8％(＞55％)，均超过国家标准的规定(括号内为国家行业标准要求的数值)。