[发明专利]微动力式仿生破茬机构、破茬装置、免耕播种机及破茬方法

说明书

本发明提供的微动力式仿生破茬机构、破茬装置、免耕播种机及破茬方法，包括仿生切割组件、安装架和动力传动组件；圆盘刀齿是具有切叶蜂大颚几何特征的仿生几何机构，圆盘刀齿的内侧刃口曲线仿生切叶蜂大颚内侧几何特征，圆盘刀齿的外侧曲线是仿生切叶蜂大颚外侧几何特征；圆盘刀齿的内侧刃口曲线和外侧曲线相交形成刺入土壤的尖端；锐角滑刀具有内凹的弧形刃口，弧形刃口是具有切叶蜂大颚内侧切割齿状结构的仿生几何曲线。破茬过程仿生切叶蜂双大颚的切叶行为，其仿生切割组件中旋转切割器和水平切割器的几何结构和位置关系以切叶蜂双大颚的几何特征和相对位置作为仿生原型设计，具有能够避免堵塞、减小土壤扰动和切割效率高的优势。

技术领域

本发明属于农业机械设计领域，具体涉及一种微动力式仿生破茬机构、破茬装置、免耕播种机及破茬方法。

背景技术

我国广袤的领土上自然条件多变，种植制度也多样，不同品种的玉米广泛分布于我国东北、华北、西北以及华南地区。在华北小麦玉米一年两熟种植区以及东北免耕留茬区，实施免耕播种时，播种地有大量的根茬存在。由于根茬具有抗剪强度较高的稳定结构，所以在进行破茬整地作业时总会面临切茬效率低、严重的土壤扰动、过高的能耗等问题。因此需要使用微动力仿生破茬装置提高破茬效率、减小土壤扰动、降低阻力、避免机具堵塞。

目前较为常用的被动式破茬刀具有圆盘破茬刀具和滑刀式破茬开沟器。圆盘破茬开沟器具有入土困难、阻力大、能耗大、极易将秸秆压入种床影响种子萌发等问题，使其在推广方面仍然面临着挑战。相比之下，以滑刀式开沟器为代表的钝角开沟器尽管入土性能相对较好，但由于其破茬性能相对较低，作业水平阻力较大等问题，不易在秸秆覆盖较多和前茬作物为硬茬作物的农田中使用。芯铧式开沟器为代表的的锐角开沟器也常被用于免耕播种，具有入土性能好的特点，不过破茬能力差，往往需要在其前方安装专用的破茬刀才可顺利播种。主动式破茬装置需要驱动力，其破茬能力佳，阻力小，不过主动式破茬部件往往需要消耗较大的能量，但在破茬作业中，能量利用率却很低，一方面很多能量消耗在了机具的振动中，另一方面由于PTO传动速度无法得到精确控制，过高的速度不仅会导致过多的能量损耗和刀具磨损，而且会造成过大的土壤扰动，造成土壤失墒。所以使得破茬机构能够在合理的速度范围之内驱动，并给予适当的动力是很必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种微动力式仿生破茬机构，破茬过程仿生切叶蜂双大颚的切叶行为，其仿生切割组件中旋转切割器和水平切割器的几何结构和位置关系以切叶蜂双大颚的几何特征和相对位置作为仿生原型设计，具有能够避免堵塞、减小土壤扰动和切割效率高的优势。

切叶蜂的切叶过程如图13所示，本发明对切叶蜂的切叶过程进行分析，得出两个大颚形成咬合结构并逐渐缩小是其特点，其中一个大鄂水平推动叶片实现对叶片的水平切割，同时另一个大鄂绕着一个轴旋转将大鄂尖端垂直刺入叶片再旋转切割叶片，叶片在旋转的大鄂刃口上实现滑动切割，大大减小了切割阻力。在切割的过程中，两个大鄂形成的咬合区域，逐渐缩小，使得叶片受到剪切力的作用，以较小的阻力实现了切割。由于两个大鄂相对运动，切割力的方向也是相对的，所以对叶片起到了固定作用，进一步提高了口器的切割能力。由于切叶蜂将叶片周期性分割成小块在咬合区域进行切割，避免了单个大鄂推动切割叶片造成的挤压，从而减小了切割阻力。另外，由于大鄂内侧刃口具有三角形棱状结构，时期具有很好的固定和切割性能，也帮助其提高了切割能力。

仿生设计是目前较为流行且效果很好的设计方法，在进行仿生设计时，需要考虑到实际工况，同时也需要对仿生对象的独特结构与功能关系进行提取，而非简单的照搬。