CN103918362B - 一种仿形仿生镇压辊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿形仿生镇压辊，旨在解决现有技术中常用的镇压辊存在的辊筒表面粘连土壤、镇压后的土壤紧密度不均匀以及镇压辊对土壤镇压力不够的缺点，本发明所述的一种仿形仿生镇压辊，包括一个镇压辊辊筒和一个中心轴，镇压辊辊筒表面分布有仿生弹片，中心轴上固定安装有轴环，轴环和仿生弹片之间安装有弹性辐条，辊筒上的仿生弹片是仿鸵鸟爪趾轮廓形状及鸵鸟奔跑过程中爪趾与土壤接触过程所设计的，在运动过程中弹片***土壤，不仅有良好的固土作用，而且能够有效防止镇压辊打滑，靠弹性辐条的伸缩进行地面仿形，对土壤压实效果更好，压力更大；镇压辊表面热处理形成的一层尼龙层，使镇压辊在工作过程中不粘土。

Description

一种仿形仿生镇压辊

技术领域

本发明属于农业机械技术领域中的一种仿形仿生镇压辊。

背景技术

镇压辊是农业机械的一种，作用是播种后将土壤压紧压实，使土壤密度增大以利于保持土壤水分、便于种子发芽出苗。镇压辊没有应用以前，农民在播种后脚踩土壤依靠人体的重力使土壤压紧压实，这样的方法效率低下并且土壤紧密程度不均匀。人们发明了镇压辊，用来替代人工将播种后的土壤压紧压实。目前的镇压辊是由辊架和设置在辊架上的数个辊子组成，其辊子的轴线与辊架的纵轴线(即辊架的前进方向)相垂直。作业时镇压辊靠牵引机械带动，在播种后的垄台上滚过，这样依靠镇压辊本身的重力和外加的压力将土壤压紧压实。这样的镇压辊在作业时存在粘连土壤现象，因为播种时的土壤一般含有比较大的水分，这样的土壤有一定粘度，镇压辊滚过土壤时，容易粘连土壤，影响作业质量，粘连土壤严重时，必须停机清除粘连在镇压辊表面的土壤。为了解决粘连土壤问题，人们在镇压辊外面加了橡胶外套，橡胶外套与镇压辊本体之间有一定的间隙，镇压辊滚动时橡胶外套不断的蠕动变形，使土壤不容易粘连在外套上，这种方法减轻了镇压辊粘连土壤的程度，但是存在以下缺点:1、橡胶外套增加了镇压辊成本；2、作业质量不好，镇压辊镇压过的土壤紧密度不均匀；3、镇压辊在工作工程中对土壤的压力不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现在普遍使用的镇压辊所存在的粘连土壤、镇压后的土壤紧密度不均匀以及镇压辊对土壤镇压力不够的缺点，提供一种仿形仿生镇压辊，以达到降低土壤与镇压辊的粘连程度，使镇压后土壤紧密度均匀，增加镇压辊对土壤的压力的目的，本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种仿形仿生镇压辊，包括一个镇压辊辊筒和一个中心轴，其特征在于：镇压辊辊筒表面分布有仿生弹片，中心轴上固定安装有轴环，轴环和仿生弹片之间安装有弹性辐条。

进一步的技术方案包括：所述的弹性辐条包括支撑杆、套筒、挡板、1号弹簧和2号弹簧，支撑杆伸入套筒上端，支撑杆底端与套筒内一柱形挡板焊接在一起，挡板的两个端面分别与1号弹簧和2号弹簧的一端焊接在一起，1号弹簧和2号弹簧的另一端则与套筒的两个端盖的内壁焊接，支撑杆顶端有通孔，套筒底部焊接有一个连杆，连杆的底端同样有通孔。

所述的仿生弹片轮廓曲面方程是以方程y＝-0.7571x²-0.0857为素线，以方程y＝-0.0554z²+0.0305z-0.0733为脊线，素线沿脊线运动而形成的，其中:x为辊筒的轴线方向，y为辊筒表面的法线方向，z为辊筒表面的切线方向，原点位于辊筒表面上。

所述的仿生弹片的内侧固定有凸耳，凸耳上有用于和弹性辐条上的支撑杆连接的通孔。

所述的仿生弹片在镇压辊辊筒表面按照两条三角函数曲线分布，两条三角函数按照镇压辊辊筒滚动方向中心线对称，曲线方程为：y＝Asin(6πx/D)+B，其中：x代表辊筒的圆周方向，y代表与辊筒表面的法线方向，D为镇压辊直径，A和B为常数，A取值范围为50-100mm；B取值范围为100-200mm。

所述的中心轴上焊接有六个轴环，分别对应镇压辊辊筒上相应位置的仿生弹片，这六个轴环包括四个三孔轴环和两个六孔轴环，每个三孔轴环上加工三个孔，且均匀分布,每个六孔轴环上加工六个孔，均匀分布，在轴环的圆周方向上，第一个六孔轴环的第一个孔与第一个三孔轴环的一个孔呈30度；第二个三孔轴环的第一个孔与第一个三孔轴环的一个孔呈60度，第三个三孔轴环的孔的位置与第一个三孔轴环的孔的位置相同，第二个六孔轴环的孔的位置与第一个六孔轴环的孔的位置相同，第四个三孔轴环的位置与第一个三孔轴环的孔的位置相同。

本发明与现有技术相比有益效果是：

本发明所述的一种仿形仿生镇压辊是针对镇压辊工作过程中表面粘土严重和对土壤压力不够的问题，设计了一种仿生弹片结构及其排列方式和能进行地面仿形的弹性辐条。镇压辊辊筒上的仿生弹片是仿鸵鸟爪趾轮廓形状及鸵鸟奔跑过程中爪趾与土壤接触过程所设计的，在运动过程中弹片***土壤，不仅有良好的固土作用，而且能够有效防止镇压辊打滑；能进行地面仿形的弹性辐条直接与仿生弹片连接，改变了以往在镇压辊架上设置地面仿形的方式，而使镇压辊架与农机具采用刚性连接，靠弹性辐条的伸缩进行地面仿形，与前者相比镇压辊对土壤压实效果更好，压力更大；镇压辊表面热处理形成的一层尼龙层，使镇压辊在工作过程中不粘土。

附图说明

图1为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊结构组成的轴测投影图；

图2为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊结构组成的左视图；

图3为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊中所采用的弹性辐条的主视图；

图4为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊中所采用的中心轴的轴测投影图；

图5为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊中所设置的仿生弹片的三角函数曲线排列方式展开图；

图6为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊上所设置的仿生弹片结构组成的主视图；

图7为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊上所设置的仿生弹片结构组成的左视图；

图8为本发明所述的一种仿形仿生镇压辊上所设置的仿生弹片结构组成的俯视图；

其中：1.中心轴，2.轴环，3.弹性辐条，4.镇压辊辊筒，5.凸耳，6.销钉，7.支撑杆，8.套筒，9.挡板，10.1号弹簧，11.2号弹簧，12.仿生弹片，13.连杆，14.六孔轴环，15.三孔轴环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1和图2，本发明所述的一种仿形仿生镇压辊包括一个中心轴1、一个镇压辊辊筒4和n个结构相同的弹性辐条3。

所述的镇压辊辊筒4的表面有可增加镇压辊与土壤接触力，并能起到固土效果的仿生弹片12，仿生弹片12在镇压辊辊筒4的表面按照三角函数曲线排列，曲线方程为：

y＝Asin(6πx/D)+B

其中：x代表辊筒的圆周方向，y代表辊筒表面的法线方向；A、B为常数，A取值范围为50-100mm；B取值范围为100-200mm；D为镇压辊的直径。

且两条三角函数曲线关于镇压辊滚动方向的中心线左右对称,如图5，这种对称排列能使镇压辊辊筒受力均匀，工作稳定。镇压辊辊筒上的仿生弹片12分布在三角函数曲线波谷位置、中心线位置和波峰位置,三个位置上的仿生弹片12分别与相对应的轴环2位于同一平面内，且仿生弹片12通过弹性辐条3沿径向与轴环2上的孔连接，连接方式采用销钉连接。

第二条三角函数曲线上的仿生弹片12的排列及仿生弹片12与弹性辐条3的连接，和仿生弹片12在第一条三角函数曲线上的排列及仿生弹片12与弹性辐条3的连接是关于镇压辊前进方向左右对称，如图5。同时在仿生弹片12脊线的中心部位焊接一个凸耳5，在凸耳5中心位置沿轴向加工一个直径为6-18mm的孔，弹性辐条3中的支撑杆7一端与凸耳5用销钉6连接，使弹性辐条3和凸耳5可以相对转动。弹性辐条3中的连杆13的底端与轴环2同样用销钉6连接，使弹性辐条3和轴环2可以相对转动。

参阅图3，所述的弹性辐条3由支撑杆7、套筒8、挡板9、1号弹簧10和2号弹簧11组成。支撑杆7一端设置有径向通孔，其孔的直径与轴环2上的通孔直径相同，支撑杆7的另一端与一圆形的挡板9焊接在一起，支撑杆7与挡板9的回转轴线共线，挡板9的直径小于套筒8的内径。挡板9的两个端面分别与1号弹簧10和2号弹簧11的一端面焊接在一起，而1号弹簧10和2号弹簧11的另一端则与套筒8的两个端盖的内壁接触连接，同样采用固定连接。支撑杆7连接挡板9的一端伸进套筒8中，这样当给弹性辐条3施加一定载荷时，支撑杆7可以在1号弹簧10和2号弹簧11弹力作用下做往复运动。

参阅图4，所述的中心轴1上焊接有六个轴环2，分别对应镇压辊辊筒4上相应位置的仿生弹片12，这六个轴环2包括四个三孔轴环15和两个六孔轴环14，每个三孔轴环15上加工三个孔，且均匀分布,每个六孔轴环14上加工六个孔，均匀分布，且满足：在轴环2的圆周方向上，第一个六孔轴环14的第一个孔与第一个三孔轴环15的一个孔呈30度；第二个三孔轴环15的第一个孔与第一个三孔轴环15的一个孔呈60度，第三个三孔轴环15的孔的位置与第一个三孔轴环15的孔的位置相同，第二个六孔轴环14的孔的位置与第一个六孔轴环14的孔的位置相同，第四个三孔轴环15的位置与第一个三孔轴环15的孔的位置相同。每个轴环2上的所有孔与凸耳5上加工的孔尺寸相同。

参阅图5，所述的第一个三孔轴环15通过三个弹性辐条3与位于第一条三角函数曲线的波谷位置上的三个仿生弹片12连接；第一个六孔轴环14通过六个弹性辐条3与位于第一条三角函数曲线的中心线位置上的六个仿生弹片12连接；第二个三孔轴环15通过三个弹性辐条3与位于第一个三角函数曲线的波峰位置上的三个仿生弹片12连接；第三个三孔轴环15通过三个弹性辐条3与位于第二条三角函数曲线的波谷位置上的三个仿生弹片12连接；第二个六孔轴环14通过六个弹性辐条3与位于第二条三角函数曲线的中心线位置上的六个仿生弹片12连接；第四个三孔轴环15通过三个弹性辐条与位于第二条三角函数曲线的波峰位置上的三个仿生弹片12连接。

所述的一种仿形仿生镇压辊可根据需要调节自身结构尺寸以及增减仿生弹片12与弹性辐条3的数量。

参阅图6至图8，本发明结合鸵鸟爪趾的几何轮廓和其奔跑过程中爪趾与土壤的整个接触过程，通过对鸵鸟爪趾的轮廓分析，设计了仿生弹片12的几何轮廓，确定了本发明所述的能够进行地面仿形的仿生镇压辊上的仿生弹片12的轮廓曲面方程。仿生弹片12的轮廓曲面方程是以方程y＝-0.7571x²-0.0857为素线，以方程y＝-0.0554z²+0.0305z-0.0733为脊线，素线沿脊线运动而形成的。仿生弹片12的轮廓结构是通过冲压得到的，冲压后在镇压辊表面形成的冲压口曲线的方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=100A\sin \mathrm{\θ}\\ y=30A\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

其中：A为常数，取值范围0.5-1.5；θ∈[0°,180°],x代表辊筒表面的切线方向，y代表辊筒的轴线方向。

下面结合两个具体实施方式，对本发明所述的一种仿形仿生镇压辊的仿生弹片12的分布作进一步说明：

为了防止镇压辊表面在作业过程中粘连土壤，将镇压辊辊筒4加热到140～260摄氏度，之后将其放入装有尼龙粉末的流化床中，待冷却后取出，表面形成厚度均匀尼龙层。这种处理不仅可使镇压辊在工作过程中不粘土壤，而且可以增加仿生弹片12的耐磨性和韧性。另外，按三角函数曲线排列的仿生弹片12也能够减轻镇压辊对土壤的粘连。

本发明依据鸵鸟的爪趾的几何结构和参数设计了能够进行地面仿形的仿生镇压辊，包括镇压辊辊筒4上的仿生弹片12的结构和其排列方式以及镇压辊的地面仿形机构。鸵鸟的身体结构非常适合奔跑，而且速度非常快，在快速奔跑中鸵鸟足依然能够紧紧抓住土壤，得益于其特有的爪趾几何结构和奔跑过程中爪趾与土壤相互作用，这两个因素保证了鸵鸟在奔跑过程中能够产生良好的抓土固土作用。同时，将地面仿形的机构与镇压辊滚筒4结合起来，就像鸵鸟的腿和足的连接，对土壤产生较大的压力，使其产生更好的压实土壤的效果。

为了解决大多数镇压辊对土壤压力不够的问题，本发明采用了仿形结构，即用于连接镇压辊滚筒4与中心轴1的弹性辐条3，随地面的起伏而伸长或缩短，如同鸵鸟腿，在工作过程中对弹片产生较大的力，增加镇压辊整体对土壤的压力。同时，当仿生弹片12与土壤接触时，仿生弹片12被压缩，当仿生弹片12离开土壤时，仿生弹片12在弹性辐条3的作用下向外弹出，可将镇压辊上土壤抖落。其仿形原理是：镇压辊的机架与农机具是刚性连接，由于镇压辊辊筒4和中心轴1是用弹性辐条3连接，当遇到凸起的地面时，镇压辊面压力增大，弹性辐条3压缩程度增大，镇压辊的中心轴1相对镇压辊辊筒4下移；当遇到低洼的地面时，镇压辊面压力减小，弹性辐条3压缩程度变小，镇压辊的中心轴1相对镇压辊面上移。从而实现地面仿形的效果。

Claims (5)

1.一种仿形仿生镇压辊，包括一个镇压辊辊筒(4)和一个中心轴(1)，其特征在于：镇压辊辊筒(4)表面分布有仿生弹片(12)，中心轴(1)上固定安装有轴环(2)，轴环(2)和仿生弹片(12)之间安装有弹性辐条(3),所述的仿生弹片(12)的轮廓曲面方程是以方程y＝-0.7571x²-0.0857为素线，以方程y＝-0.0554z²+0.0305z-0.0733为脊线，素线沿脊线运动而形成的，其中:x为辊筒的轴线方向，y为辊筒表面的法线方向，z为辊筒表面的切线方向，原点位于辊筒表面上。

2.按照权利要求1所述的一种仿形仿生镇压辊，其特征在于所述的弹性辐条(3)包括支撑杆(7)、套筒(8)、挡板(9)、1号弹簧(10)和2号弹簧(11)，支撑杆(7)伸入套筒(8)内，支撑杆(7)底端与挡板(9)焊接在一起，挡板(9)的两个端面分别与1号弹簧(10)和2号弹簧(11)的一端焊接在一起，1号弹簧(10)和2号弹簧(11)的另一端则与套筒(8)的两个端盖的内壁焊接，支撑杆(7)顶端有通孔，套筒底部焊接有一个连杆(13)，连杆(13)底端同样有通孔。

3.按照权利要求1所述的一种仿形仿生镇压辊，其特征在于所述的仿生弹片(12)的内侧固定有凸耳(5)，凸耳(5)上沿轴向设置有用于和弹性辐条(3)上的支撑杆(7)连接的通孔。

4.按照权利要求1所述的一种仿形仿生镇压辊，其特征在于所述的仿生弹片(12)在镇压辊辊筒(4)表面按照两条三角函数曲线分布，两条三角函数曲线按照镇压辊辊筒(4)宽度方向的中心面对称布置，曲线方程为：y＝Asin(6πx/D)+B，其中：x代表辊筒的圆周方向，y代表辊筒表面的法线方向；A、B为常数，A取值范围为50-100mm；B取值范围为100-200mm；D为镇压辊的直径。

5.按照权利要求1所述的一种仿形仿生镇压辊，其特征在于，所述的中心轴(1)上焊接有六个轴环(2)，分别对应镇压辊辊筒(4)上相应位置的仿生弹片(12)，这六个轴环(2)包括四个三孔轴环(15)和两个六孔轴环(14)，每个三孔轴环(15)上加工三个孔，且均匀分布,每个六孔轴环(14)上加工六个孔，均匀分布，在轴环(2)的圆周方向上，第一个六孔轴环(14)的第一个孔与第一个三孔轴环(15)的一个孔呈30度；第二个三孔轴环(15)的第一个孔与第一个三孔轴环(15)的一个孔呈60度，第三个三孔轴环(15)的孔的位置与第一个三孔轴环(15)的孔的位置相同，第二个六孔轴环(14)的孔的位置与第一个六孔轴环(14)的孔的位置相同，第四个三孔轴环(15)的位置与第一个三孔轴环(15)的孔的位置相同。