节能型旋耕刀制造技术

本发明专利技术属农业耕作机械领域。本发明专利技术提出了由刀柄１、侧切刀部２及正切刃部３组成的节能型旋耕刀。它采用单面刃口结构及呈三维曲面形状的正切刃面，侧切刀部分２的刀身由竖直状态渐向正切刃部弯曲方向偏斜δ＜５°，正切刃口曲线在节能型旋耕刀设计坐标系｛Ｏ；ＸＹＺ｝的ＸＹ平面内的投影曲线为放射螺线段，该坐标系的Ｙ轴为节能型旋耕刀的旋耕回转轴。刀端位于ＸＹ平面下方８０ｍｍ处。节能型旋耕刀比同规格国际旋耕刀节省单力切土功耗２５～４０％，田间作业时机组节油１５％左右，二者耕作质量相同。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属农业耕作机械领域。旋耕机是世界各地广泛使用的一种耕作机械，旋耕刀是其工作部件。旋耕作业的主要缺点之一是能耗大。为此，近20年来，国内外旋耕刀的结构形式向着降低其切土功耗的方向不断被改进。日本学者坂井纯对此作过较多研究，其代表论文为“关于旋耕刀弯曲部掬土面的设计。”见日本农机学会志第39卷Ⅰ号P11～20。日本的农机厂家也开发出一些耗能较低的旋耕刀产品，较有代表性的为日本太阳株式会社的Y151系列旋耕刀。以下是现有旋耕刀图示图1：现有旋耕刀在XZ平面内的投影，为主视图;图2：沿图1中N-N线的截面图;图3：现有旋耕刀在XY平面内的投影，为俯视图;图4：现有旋耕刀侧切刃刀身截面的切土特点。图1、2、3表示一种现有切土能耗较低的旋耕刀结构。图1表示该旋耕刀由刀柄1，侧切刃部2及呈三维曲面形状的正切刃部3组成。图2断面4表示侧切刃部2刀身背面5竖直。图3用实线表示刃口线投影曲线，而用双点线表示其它次要结构，该图表示，现有旋耕刀的侧切刃口线及正切刃口线在俯视图中的投影分别为直线段CB及曲线BA。曲线BA的形状除图示的由圆弧段BD及与之相切的直线段DA构成之外，还有仅由一条圆弧段构成或由两条相切的不同半径的圆弧段构成等其它结构形式（图中未画出）。从功耗的角度看，现有旋耕刀的使用缺点有两个。其一，如图4所示，当现有旋耕刀的刀身断面4切入土体时，土垡7被切离，继而被向左侧推倒。由于切土时土体坍塌及土壤变形的恢复等原因，竖直刀身背面5与未耕土体6相挤擦，造成功耗损失。其二，切土时被切离的土垡7沿着正切刃部3的切土表面（图中未画出）一边相对上滑，一边向正切刃部3弯曲方向相对侧滑，这种侧滑运动类似于火车在铁路弯道上的行驶。弯道曲线急剧弯曲、即其曲率变化急剧时，火车轮冲击钢轨，机车负荷重。现有旋耕刀的正切刃部曲面形状不具备从呈平面状的侧切刃刀身逐渐弯曲成形的结构特点。其形状不利于土垡7的相对侧滑运动，故切土负荷重，导致这个缺点主要原因是：制约了正切刃面弯曲结构的刃口线投影曲线CBA的形状，按照现有技术，不具备曲率逐渐改变的结构特点，为克服上述现行旋耕刀结构特点，本申请人已申请发-->明专利。中国专利公报已经公开，公开号为CN1051283A。本专利技术的目的是，说明节能型旋耕刀与其设计坐标系的相互位置关系，在该坐标系中描述节能型旋耕刀的结构特点。这种节能型旋耕刀能有效地解决侧切刃刀背5挤擦未耕土问题，使土垡7沿正切刃面的相对运动更为流畅，从而达到节能效果，并使耕作质量达到农艺要求。本专利技术的节能旋耕刀由刀柄、侧切刃部及正切刃部都组成，其刃口采用单面刃口结构、正切刃面呈三维曲面形状，侧切刃部刀身由竖直状态渐向正切刃部弯曲方向偏斜δ＜5°，正切刃口曲线在节能型旋耕刀设计坐标系｛O，XYZ｝的XY平面内的投影曲线为放射螺线段，其特征为：坐标系｛O;XYZ｝的Y轴通过旋耕刀的回转中心线，刀端A′位于XY平面下方80mm处。本专利技术的具体结构由以下实施例及其附图给出。图5：节能型旋耕刀侧切刃刀身截面的切土特点。图6：节能型旋耕刀在XZ平面内的投影。图7：节能型旋耕刀在XY平面内的投影。图8：沿图6中N1-N1线的截面图。图9：沿图6中N2-N2线的截面图。图10：沿图6中N3-N3线的截面图。结合附图详述本专利技术。如图5所示，节能型旋耕刀采用了单面刃口结构，同时，侧切刃刀身背面存在隙角δ，切土时，侧切刃背部5将不再和未耕土体6相挤擦，因此，省去了侧切刃刀身入土时的挤擦土功耗。图6表示节能型旋耕刀在设计坐标系｛O;XYZ｝的XZ平面内的投影。图中，A′B′为正切刃口线段，B′C′为侧切刃口线。刀端A′位于X轴下方（也即XY平面下方）80mm，这一位置相当于旋耕刀实际耕作时刀端A′刚切入地表。由于旋耕刀实际耕作切土时，当刀端切入地表位置时，根据实测结果，旋耕刀的切土负荷一般为最大，因此节能型旋耕刀选择刀端A′刚入土的位置为其设计位置，并寻求在这一位置上尽可能降低切土峰值负荷的结构形状。图7表示节能型旋耕刀在其设计坐标系｛O;XYZ｝的XY平面内的投影。为突出重点，图中仅刃口曲线的投影曲线CBA用粗实线表示。直线段CB是侧切刃口线的投影曲线，曲线段BA是正切刃口线的投影曲线。节能型旋耕刀的刃口线结构特征为：正切刃口线在XY平面内的投影BA为放射螺线段。该放射螺线的起点为O1，图中用细实线表示放射螺线段O1B，以与图中其它结构线条相区别。计算表明，O1B通常很短，约几毫米，O1点距X轴距离也极小，约几十微米，为作图方便，图7画法略有-->夸大。所谓放射螺线是一类具有下述性质的曲线的总称，即曲线上任一点距起点的弧长距离ι与该点的曲率半径ρ之积为某常数c，ιρ＝c。这是放射螺线的自然方程。放射螺线的形状特点是起点处的曲率半径为无穷大。从起点起，曲线渐趋卷曲。近代铁道线路设计常采用放射螺线作为弯道曲线，使作用在沿该弯道运行的列车上的离心力逐渐产生并逐渐消失，从而列车运行平稳，机车负荷轻，并减少火车轮对钢轨的冲击。见《站场线路平面计算》，王玉岚编著，中国铁道出版社，1985。图7表示放射螺线段BA以其曲率半径大端与侧切刃口线的投影曲线CB以相切方式相连接。由于放射螺线段BA从平直状态逐渐弯曲，故以该曲线为基础，可以方便地构造出从平直状态逐渐弯曲的正切刃面，有利于被切土垡7的侧滑，因此切土功耗小。图7所表示的是用放射螺线段作为正切刃口线的投影曲线的第一种结构实现方法。第二种实现方法是以放射螺线段的小曲率半径端与侧切刃口线的投影曲线相切而实现联接。当旋耕刀的标称回转半径R较小时，第二种联接方式在结构上更容易实现。在通过第二种联接方式所生成的正切刃口线上，同样可以构造出有利于被切土垡7侧滑运动的正切刃面，从设计方法的角度说，在设计节能型旋耕刀的刃口线时，首先要根据原始设计参数及所选择的联接方式（第1种或第2种），如旋耕刀标称回转半径R、放射螺线段BA的出口角φ（即A端与B端切线之间的夹角）及放射螺线段在B端的曲率半径ρB等，通过求解一个超越方程组而确定出放射螺线段的其它参数，如常数C、B端及A端距放射螺线起点的弧长距离ιB、ιA等。所求得的放射螺线段的具体形状，依原始设计参数的不同而不同。在求得了所必要的放射螺线段参数后，再根据刃口线所应满足的滑切条件，即可求解出刃口线在主视图中的形状。图8表示，从N1-N1位置开始，节能型旋耕刀侧切刃刀身截面开始向正切刃部的弯折方向逐渐偏斜。图9表示，至N2-N2位置，节能型旋耕刀侧切刃刀身截面向正切刃部弯折方向达到所需的偏斜量δ＜5°。图10N3-N3线是侧切刃部与正切刃部的交线，自图6中的N2-N2位置至N3-N3位置止，节能型旋耕刀的侧切刃刀身保持向正切刃部弯折方向作相同的偏斜δ＜5°本专利技术的实施例由图6、7、8、9、10给出，随着规格型号及设计工况参数的不同，节能型旋耕刀刀形有所不同，这里所给出的是标称回转半径R为225mm，用于水田耕作，并和手扶拖拉机旋耕机组配套使用的节能型旋耕刀BS225。图示坐标系｛O;XYZ｝为节能型旋耕刀设计坐标系，图示节能旋耕刀由刀柄1、侧切刃部2及三维曲面形状的正切刃部3所构成，采用单面刃口结构，侧切刃部2中夹于半径r1＝115～125mm及r2＝135～145mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由刀柄１、侧切刃部２及正切刃部３组成的节能型旋耕刀，其刃口采用单面刃口结构，正切刃面呈三维曲面形状，侧切刃部２刀身由竖直状态渐向正切刃部３弯曲方向偏斜δ＜５°，正切刃口曲线在节能旋耕刀设计坐标系｛Ｏ；ＸＹＺ｝的ＸＹ平面内的投影曲线为放射螺线段，其特征为：坐标系｛Ｏ；ＸＹＺ｝的Ｙ轴通过旋耕刀的耕作回转中心线，刀端位于ＸＹ平面下方８０ｍｍ处。

【技术特征摘要】
一种由刀柄1、侧切刃部2及正切刃部3组成的节能型旋耕刀，其刃口采用单面刃口结构、正切刃面呈三维曲面形状，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钧，戴军华，潘采庚，孙一源，高良润，
申请(专利权)人：江苏工学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]