本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)土壤耕作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置，涉及采用土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置的土壤旋耕刀輥，涉及土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，土壤耕作消耗能源占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的比重大。因此，土壤耕作節(jié)能減阻成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。相關(guān)研究表明，耕作機(jī)具以適當(dāng)?shù)恼駝宇l率與幅值振動能夠降低土壤耕作的阻力，提高土壤耕作的質(zhì)量。土壤耕作包括翻耕、旋耕、深松、少耕和免耕等方法。目前，國內(nèi)外研究領(lǐng)域僅對減少土壤深松的阻力有涉及，并且已經(jīng)開發(fā)出振動深松機(jī)，這種振動深松機(jī)根據(jù)振動方法可以分為受迫振動式和自激振動式。但是，現(xiàn)在對減少土壤旋耕過程的阻力涉及較少，土壤旋耕破土和旋耕開溝類的振動減阻機(jī)具的研究和發(fā)展欠缺，而土壤旋耕類自激振動式機(jī)具更為欠缺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠減少土壤旋耕過程的阻力、節(jié)約能源的土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種能夠減少土壤旋耕過程中的阻力、節(jié)約能源的采用土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置的土壤旋耕刀輥。

本發(fā)明的第三個個目的是提供一種能夠減少土壤旋耕過程的阻力、節(jié)約能源的土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生方法。

一種土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置，包括旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、扭梁、拉伸條；旋轉(zhuǎn)軸一端固定刀片，旋轉(zhuǎn)軸另一端伸入軸承座，扭梁固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的一端，拉伸條一端安裝在扭梁一端，拉伸條另一端安裝在軸承座上；刀片帶動旋轉(zhuǎn)軸在軸承座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在拉伸條的作用下復(fù)位。拉伸條可以為具有拉伸彈性的材質(zhì)，如拉伸彈簧等。

作為一種優(yōu)選，還包括安裝柱和用于限制扭梁轉(zhuǎn)動角度的旋轉(zhuǎn)限位螺栓，在扭梁兩端開設(shè)安裝孔，在扭梁一側(cè)的兩端分別將安裝柱安裝于軸承座上，拉伸條一端安裝于扭梁的安裝孔上，拉伸條另一端安裝于安裝柱，在扭梁另一側(cè)的兩端分別安裝旋轉(zhuǎn)限位螺栓于軸承座上。

作為一種優(yōu)選，還包括鎖死螺栓，在扭梁上開設(shè)轉(zhuǎn)動鎖死孔，當(dāng)需要限制旋轉(zhuǎn)軸相對于軸承座的轉(zhuǎn)動時，用鎖死螺釘穿過轉(zhuǎn)動鎖死孔將扭梁安裝固定在軸承座上。

作為一種優(yōu)選，還包括支座、方形彈簧、安裝于刀輥軸上的刀輥軸安裝座；支座的一端通過銷軸與刀輥軸安裝座擺動式連接，用于提供支座扭轉(zhuǎn)剛度并限制轉(zhuǎn)動角度的方形彈簧安裝在支座和刀輥軸安裝座之間；支座帶動軸承座擺動，并在方形彈簧的作用下復(fù)位。刀片側(cè)面受力不均勻經(jīng)軸承座帶動支座繞銷軸往復(fù)轉(zhuǎn)動。在支座安裝于刀輥軸安裝座內(nèi)，兩側(cè)和刀輥軸安裝座之間分別安裝兩塊方形彈簧，支座在兩塊方形彈簧之間擺動，通過調(diào)節(jié)方形彈簧的剛度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)裝置的自激振動的頻率和幅值。

作為一種優(yōu)選，還包括螺柱、螺母、用于提供軸承座沿旋轉(zhuǎn)軸軸向的剛度的壓縮彈簧，螺柱一端固定安裝在軸承座上，螺柱另一端穿過支座后再安裝螺母，在軸承座和支座之間、支座和螺母之間均安裝套在螺柱外的壓縮彈簧。工作過程中刀片受力不均，刀片和軸承座產(chǎn)生沿旋轉(zhuǎn)軸軸向自由度方向上的振動。

作為一種優(yōu)選，還包括直線軸承，螺柱通過直線軸承安裝在支座上；軸承座開設(shè)有軸向移動鎖死孔，在軸向移動鎖死孔固定安裝限位螺柱，限位螺柱另一端通過螺母固定安裝在支座上。當(dāng)不需要軸向自激振動時，可在軸承座上安裝限位螺柱，通過限位螺柱限制軸承座和支座的相對移動。

作為一種優(yōu)選，還包括防塵罩，防塵罩將土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置包圍，刀輥軸安裝座從防塵罩的上端伸出，旋轉(zhuǎn)軸從防塵罩的下端伸出。

一種采用上述土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置的土壤旋耕刀輥，刀片通過土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置安裝在刀輥軸上，釋放刀片相對于旋轉(zhuǎn)軸軸向轉(zhuǎn)動的自由度并提供了扭轉(zhuǎn)剛度，從而在刀片受力不均的情況下實(shí)現(xiàn)刀片的自激振動。

一種土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生方法，刀片通過旋轉(zhuǎn)軸安裝在刀輥軸上，釋放刀片相對于旋轉(zhuǎn)軸軸向轉(zhuǎn)動的自由度從而實(shí)現(xiàn)刀片的自激振動。調(diào)節(jié)刀片對應(yīng)自由度的剛度和刀片的旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整刀片的自激振動的頻率。調(diào)節(jié)自由度的剛度和刀片的旋轉(zhuǎn)速度，也可以達(dá)到調(diào)整自激振動的幅值的目的，當(dāng)自激振動頻率和系統(tǒng)的固有頻率相同的時候，振動的幅值最大。

作為一種優(yōu)選，同旋轉(zhuǎn)軸、刀輥軸均垂直的方向定義為法向，釋放刀片沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向往復(fù)平移的自由度和/或釋放刀片相對于法向方向擺動的自由度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過銷軸將支座安裝在刀輥軸安裝座上，使支座能夠繞銷軸軸向轉(zhuǎn)動，釋放了刀片的一個自由度，并在支座的兩側(cè)和刀輥軸安裝座之間安裝方形彈簧，以提供支座和刀輥軸安裝座之間的扭轉(zhuǎn)剛度，并限制了轉(zhuǎn)動的幅值，通過調(diào)節(jié)方形彈簧的剛度和刀輥軸的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)刀片繞刀輥軸法向不同頻率和幅值的自激振動。

(2)通過將扭梁安裝固定在旋轉(zhuǎn)軸上，并用一對拉伸條將扭梁的兩端分別和安裝在扭梁旁的兩個安裝柱相連，把旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)剛度替代為扭梁兩端的拉伸剛度，從而又釋放了刀片的一個轉(zhuǎn)動自由度，使得刀片和旋轉(zhuǎn)軸能夠繞旋轉(zhuǎn)軸中心軸線轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)限位螺栓安裝在扭梁的另一側(cè)，達(dá)到限制旋轉(zhuǎn)軸繞軸承座的轉(zhuǎn)動幅度。

(3)在扭梁上安裝轉(zhuǎn)動鎖死孔，用鎖死螺栓通過轉(zhuǎn)動鎖死孔將扭梁安裝固定在軸承座上，限制旋轉(zhuǎn)軸繞軸承座的轉(zhuǎn)動。

(4)支座的連接端通過螺柱連接在軸承座，在支座和軸承座之間、螺母和支座之間安裝壓縮彈簧，從而實(shí)現(xiàn)軸承座在旋轉(zhuǎn)軸軸向的移動，增強(qiáng)裝置的自激振動。

(5)將軸承座、支座及刀輥軸安裝座用于安裝支座的一端密封在防塵罩內(nèi)，防止土壤顆粒對裝置的影響，使裝置在塵土環(huán)境下能正常工作。

(6)可通過調(diào)節(jié)刀片各自由度的剛度和刀輥軸的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整自激振動頻率。

(7)安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的刀片可在一定范圍內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整，從而避開土壤最堅(jiān)實(shí)的位置，并達(dá)到滑切的效果，進(jìn)而減小切削阻力。

(8)三個方向的自由度可選擇性鎖死，從而退化為常規(guī)旋耕機(jī)具，實(shí)現(xiàn)一物多種用途的功能。

附圖說明

圖1為刀片自激振動產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為軸承座的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為刀片，2為旋轉(zhuǎn)軸，3為軸承座，4為防塵罩，5為支座，6為螺母，7為刀輥軸安裝座，8為銷軸，9為刀輥軸，10為拉伸彈簧，11為銷軸，12、13為壓縮彈簧，14為方形彈簧，15為螺柱，16為安裝柱，17為扭梁，18為轉(zhuǎn)動鎖死孔，19為旋轉(zhuǎn)限位螺栓，20為安裝孔，21為軸向移動鎖死孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例一：

一種土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置，包括旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、扭梁、拉伸條；旋轉(zhuǎn)軸一端固定刀片，旋轉(zhuǎn)軸另一端伸入軸承座，扭梁固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的一端，拉伸條一端安裝在扭梁一端，拉伸條另一端安裝在軸承座上；刀片帶動旋轉(zhuǎn)軸在軸承座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在拉伸條的作用下復(fù)位。。

本實(shí)施例中，還包括扭梁、拉伸條、安裝柱、旋轉(zhuǎn)限位螺栓；旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座，并將扭梁固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的一端，在扭梁一側(cè)的兩端分別將安裝柱安裝于軸承座上，在扭梁另一側(cè)的兩端分別安裝旋轉(zhuǎn)限位螺栓于軸承座上；在扭梁兩端開設(shè)和安裝柱位置相對應(yīng)的安裝孔，拉伸條一端安裝在安裝孔內(nèi)，拉伸條另一端安裝在位置相對應(yīng)的安裝柱上。本實(shí)施例中拉伸條采用拉伸彈簧。

旋轉(zhuǎn)軸呈圓柱形，其一端用于安裝刀片，另一端用于伸入軸承座以安裝扭梁，主要用于固定刀片和實(shí)現(xiàn)刀片繞旋轉(zhuǎn)軸軸向的轉(zhuǎn)動。軸承座呈方體形，軸承座中間開設(shè)直徑比旋轉(zhuǎn)軸直徑略大的通孔。旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的通孔并到達(dá)軸承座的另一端，旋轉(zhuǎn)軸通過雙列圓錐滾子軸承安裝在軸承座，在旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的一端的端面固定安裝扭梁，在軸承座上且位于扭梁一側(cè)的兩端各安裝一個安裝柱，在扭梁兩端分別開設(shè)和安裝柱相對應(yīng)的安裝孔，使用拉伸彈簧將扭梁和安裝柱連接，即拉伸彈簧一端安裝于扭梁上的安裝孔，拉伸彈簧另一端則安裝在和安裝孔相對應(yīng)的安裝柱上。在扭梁另一側(cè)的兩端分別安裝一個旋轉(zhuǎn)限位螺栓。

旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)剛度被扭梁兩端的拉伸剛度替代，釋放了刀片繞旋轉(zhuǎn)軸軸向的轉(zhuǎn)動，并保證了正反兩個旋轉(zhuǎn)方向上都有剛度，且剛度一致。旋轉(zhuǎn)限位螺栓限制了刀片的大范圍旋轉(zhuǎn)。

軸承座安裝于刀輥軸上。

該土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置用于旋轉(zhuǎn)類土壤耕作機(jī)具上，用以連接機(jī)具的刀片和刀輥軸，使刀片在工作過程中產(chǎn)生自激振動。從而，可以達(dá)到減少土壤旋耕過程中的阻力，降低對能源的消耗，節(jié)約能源。

實(shí)施例二：

一種土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置，包括旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、扭梁、拉伸條；旋轉(zhuǎn)軸一端固定刀片，旋轉(zhuǎn)軸另一端伸入軸承座，扭梁固定安裝在旋轉(zhuǎn)軸伸入軸承座的一端，拉伸條一端安裝在扭梁一端，拉伸條另一端安裝在軸承座上；刀片帶動旋轉(zhuǎn)軸在軸承座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在拉伸條的作用下復(fù)位。

本實(shí)施例中，還包括安裝柱和用于限制扭梁轉(zhuǎn)動角度的旋轉(zhuǎn)限位螺栓，在扭梁兩端開設(shè)安裝孔，在扭梁一側(cè)的兩端分別將安裝柱安裝于軸承座上，拉伸彈簧一端安裝于扭梁的安裝孔上，拉伸彈簧另一端安裝于安裝柱，在扭梁另一側(cè)的兩端分別安裝旋轉(zhuǎn)限位螺栓于軸承座上。旋轉(zhuǎn)限位螺栓限制了刀片的大范圍旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸呈圓柱狀，一端通過雙列圓錐滾子軸承安裝在軸承座上，另一端安裝刀片。軸承座上設(shè)有容納安裝旋轉(zhuǎn)軸的圓形通孔。扭梁呈長方體形，通過螺釘將扭梁安裝固定在旋轉(zhuǎn)軸上，扭梁兩端均開設(shè)有安裝孔，拉伸彈簧一端安裝在安裝孔，另一端安裝在安裝柱。安裝柱、旋轉(zhuǎn)限位螺栓均安裝在軸承座上。

本實(shí)施例中，還包括支座、方形彈簧、安裝于刀輥軸上的刀輥軸安裝座；支座的一端通過銷軸與刀輥軸安裝座擺動式連接，用于提供支座扭轉(zhuǎn)剛度并限制轉(zhuǎn)動角度的方形彈簧安裝在支座和刀輥軸安裝座之間；支座帶動軸承座擺動，并在方形彈簧的作用下復(fù)位。在支座安裝于刀輥軸安裝座內(nèi)，支座兩側(cè)和刀輥軸安裝座之間分別安裝兩塊方形彈簧，支座在兩塊方形彈簧之間擺動，通過調(diào)節(jié)方形彈簧的剛度和刀輥軸轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)裝置的自激振動的頻率和幅值。

支座呈“⊥”形，支座下端(即支座的連接端)安裝連接在軸承座上，支座上端(即支座的安裝端)開設(shè)供銷軸通過的通孔。刀輥軸安裝座呈長方體狀，其一端安裝在刀輥軸上，另一端上開設(shè)有容納支座的安裝端的凹槽，銷軸穿過刀輥軸安裝座和支座的安裝端從而將支座擺動式安裝在刀輥軸安裝座上，銷軸和刀輥軸、旋轉(zhuǎn)軸中心軸線均垂直，從而安裝后的支座可以繞銷軸轉(zhuǎn)動。刀輥軸安裝座的凹槽在銷軸方向恰好容納支座的安裝端，在刀輥軸方向和支座的安裝端的兩側(cè)之間存在間距，且在刀輥軸安裝座的凹槽在刀輥軸方向和支座的安裝端的兩側(cè)之間安裝方形彈簧，調(diào)節(jié)方形彈簧的剛度，可實(shí)現(xiàn)裝置繞銷軸的不同振動頻率和幅值的自激振動。

本實(shí)施例中，還包括螺柱、螺母、用于提供軸承座沿旋轉(zhuǎn)軸軸向的剛度的壓縮彈簧，螺柱一端固定安裝在軸承座上，螺柱另一端穿過支座后再安裝螺母，在軸承座和支座之間、支座和螺母之間均安裝套在螺柱外的壓縮彈簧。安裝在支座和軸承座之間的壓縮彈簧，其一端固定在軸承座上，另一端固定在支座上。安裝在支座和螺母之間的壓縮彈簧，其一端固定在支座上，另一端安裝在螺母上。調(diào)節(jié)壓縮彈簧的剛度，可實(shí)現(xiàn)沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向不同振動頻率和幅值的自激振動。

本實(shí)施例中，在扭梁上開設(shè)轉(zhuǎn)動鎖死孔，當(dāng)需要限制旋轉(zhuǎn)軸相對于軸承座的轉(zhuǎn)動時，用鎖死螺釘穿過轉(zhuǎn)動鎖死孔將扭梁安裝固定在軸承座上。因此，在需要時可以用鎖死螺釘將扭梁安裝固定在軸承座上，從而限制旋轉(zhuǎn)軸繞旋轉(zhuǎn)軸中心軸線的轉(zhuǎn)動。從而將旋轉(zhuǎn)軸繞旋轉(zhuǎn)軸中心軸線的轉(zhuǎn)動自由度限制、鎖死。

本實(shí)施例中，還包括螺柱、螺母、壓縮彈簧，螺柱一端固定安裝在軸承座上，螺柱另一端穿過支座后再安裝螺母，在軸承座和支座之間、支座和螺母之間均安裝套在螺柱外的壓縮彈簧。

本實(shí)施例中，還包括直線軸承，螺柱通過直線軸承安裝在支座上；軸承座開設(shè)有軸向移動鎖死孔，在軸向移動鎖死孔固定安裝限位螺柱，限位螺柱另一端通過螺母固定安裝在支座上。

本實(shí)施例中，還包括防塵罩，防塵罩將土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置包圍，刀輥軸安裝座從防塵罩的上端伸出，旋轉(zhuǎn)軸從防塵罩的下端伸出。位于軸承座、支座及刀輥軸安裝座上用于安裝支座的一端上的其他組件均被封在防塵罩內(nèi)。

本發(fā)明利用的原理是土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生方法，刀片通過土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置安裝在刀輥軸上，釋放刀片相對于旋轉(zhuǎn)軸軸向轉(zhuǎn)動的自由度并提供了扭轉(zhuǎn)剛度，從而在刀片受力不均的情況下實(shí)現(xiàn)刀片的自激振動。

更進(jìn)一步地，釋放刀片沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向移動的自由度及釋放刀片相對于銷軸方向擺動的自由度，從而實(shí)現(xiàn)刀片更強(qiáng)的自激振動。

本發(fā)明的工作過程和原理：將本發(fā)明的裝置一端通過支座安裝在刀輥軸上，另一端把旋耕刀片安裝在裝置的旋轉(zhuǎn)軸上。作業(yè)時，由于支座可以繞銷軸轉(zhuǎn)動、旋轉(zhuǎn)軸可以繞其自身軸線轉(zhuǎn)動、軸承座可以在旋轉(zhuǎn)軸軸向移動，從而釋放了刀片相對于刀輥軸的三個自由度，因此刀片在處于受力不均的情況下能夠產(chǎn)生幅值較小的自激振動，從而達(dá)到振動破碎和振動減阻的效果。并且所釋放的三個自由度的剛度可調(diào)節(jié)，在不同作業(yè)條件下(即不同土壤條件下)，調(diào)節(jié)自由度的剛度和刀輥軸的旋轉(zhuǎn)速度來達(dá)到調(diào)節(jié)刀片自激振動頻率和幅值的目的，進(jìn)而保證作業(yè)效果。由于土壤結(jié)構(gòu)不均勻，刀片可在一定范圍內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整與刀輥軸的相對角度和方位，從而避開土壤最堅(jiān)實(shí)的位置，并達(dá)到滑切的效果，進(jìn)而減小切削阻力。

本發(fā)明應(yīng)用廣泛，也可以用于開溝機(jī)。

實(shí)施例三：

一種土壤旋耕刀輥，包括刀輥軸、刀片和實(shí)施例二所述土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置，刀輥軸、土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置、刀片依次安裝。

本實(shí)施例中，土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置通過刀輥軸安裝座安裝在刀輥軸上，將刀片安裝在土壤旋耕刀片自激振動產(chǎn)生裝置的旋轉(zhuǎn)軸上。組裝后的土壤旋耕刀輥在旋耕土地時能產(chǎn)生自激振動，從而達(dá)到振動破碎和振動減阻的效果。

除了以上實(shí)施例提及的方式外，上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。