纵横复合式犁头及使用该犁头的褐菇松土装置

1.本发明涉及农业机械设计领域，特别涉及纵横复合式犁头及使用该犁头的褐菇松土装置。

背景技术：

2.松软的土地有利于褐菇的根部呼吸，所以在进行新一轮的农作物种植前需要进行耕地，使土壤变得松软；现代企业工厂化褐菇种植，主要为紧凑的苗床分布，可以分为上下数层；目前一般是人工利用犁头对褐菇土壤进行耕地，双手紧握犁头并用力向前移动将土壤铲松，但犁头铲松的土壤还是较为大块，还需人工利用钉耙将大块土壤耙松，需消耗大量的时间与体力，且效率较为低下；因此，需要设计一款松土装置，犁头既要保证一定的松土效率，松土装置整体又要能很好地适应褐菇生长苗床的工厂化环境。
3.因此松土装置需要解决以下问题：
4.(1)需设计一款新型的犁头，要能将一定深度的土壤犁松，并且能够将犁松的大块土壤碾碎，使土壤变得松软，保证褐菇车床土壤松土的效率；
5.(2)由于褐菇生长车间整体布置紧凑，各个苗床之间相隔距离较短，以及拥有多层的苗床结构，所以松土装置的整体结构在能保证水平方向上和垂直方向上的工作要求的前提下，又要保证装置的稳定性和空间节约性。
6.2022年，四川中科谷丰农业机械有限公司的向前等人提出了一种深耕粉碎松土装置的深耕粉碎松土方法(cn112544132 b)，其中利用深耕粉碎松土装置上的螺旋刀片旋转，并将装置伸入到需要深耕的深度，利用刀片对土壤进行切割并将切割的土壤向上排除，达到松土目的，但该装置完成工作后仍有较大土块，不能对切割后的大块土壤进行粉碎，影响松土效果。2021年，宿州市龙兴机械制造有限公司的吕西洋等人设计了一种农机用耕地犁头(授权公告号：cn 111052896 b)，利用犁头、犁架和连接头组成，其中利用耐磨犁尖、行走轮与旋刀的配合以及u型连接螺栓与减震弹簧的配合，实现了一定深度的松土效果，能够缓冲一定的机械振动，同样的，该装置完成松土工作之后仍会存在大量体积较大的土块，不能达到很好的松土效果。
7.2021年，黑龙江省农业机械工程科学研究院的孙先明等人提出了一种深耕粉碎松土装置及其松土方法(授权公告号：cn113079724b)，其中利用外壳、牵引环、耕田装置、粉碎装置和轮组成松土装置整体，利用连接装置调节翻土的深度以适应不同的农作物种植，以及利用粉碎装置将土块粉碎，节省体力，但其整体装置较大，且无法完成垂直多层的苗床松土任务，并不适用于褐菇工厂化环境；2022年，潍坊学院的曹慧等人提出了一种种植地破土松土装置(授权公告号：cn111886946b)，其中利用槽轮结构的摆动支链以及二号气缸的伸缩原理，同时采用双轴电机使辅助块以及挖斗进行摆动，实现挖土和松土任务，但其装置只能适应于露天田地的工作环境，无法应用于褐菇苗床的工厂化环境中。
8.综上所述：现有的装置方法主要存在两个问题：一是现有的松土犁头存在无法高效地将一定深度的土壤传送至土壤表面并且将大块土壤粉碎的问题，并不能适用于褐菇苗
床的松土装置；二是现有的松土装置整体结构体积较大，占用空间较多，且没有实现水平和垂直方向上的传动，不能适应褐菇工厂化生产的环境。

技术实现要素：

9.本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供纵横复合式犁头及使用该犁头的褐菇松土装置，松土装置上的犁头能高效地完成松土工作，既能将一定深度的土壤传送至土壤表面，同时又要能将大块土壤粉碎，实现对褐菇苗床的松土任务；同时该装置整体结构紧凑，既能满足水平垂直方向上的工作要求，又能满足整体装置的稳定性和空间节约性。
10.本发明的目的一方面是这样实现的：一种纵横复合式犁头，包括水平子滚筒，深度子犁头、预松铧式子犁头、子犁头固定装置和主控制电机；所述预松铧式子犁头固接在子犁头固定装置上，所述预松铧式子犁头随着传动装置运动；所述子犁头固定装置上设置有主控制电机，所述主控制电机包括垂直控制电机和水平控制电机；所述深度子犁头与垂直控制电机相连接，通过垂直控制电机的控制，所述深度子犁头完成纵向方向上的松土任务；所述水平子滚筒与水平控制电机相连接，通过水平控制电机的控制，所述水平子滚筒完成横向方向上的松土任务。
11.作为本发明的进一步限定，所述深度子犁头包括旋转主体和螺旋刀片；所述旋转主体与垂直控制电机的联轴器相连接，所述旋转刀片焊接在旋转主体上；所述螺旋刀片与土壤接触面的入土角为11
°
～16
°
，所述螺旋刀片的刀片切面宽度为0.2m，刀片螺旋高度为0.2m，刀片螺距为0.05m。
12.作为本发明的进一步限定，所述水平子滚筒包括螺旋破土刀片、圆周平土刀片以及滚筒主体；所述滚筒主体与水平控制电机的联轴器相连接，所述螺旋破土刀片和圆周平土刀焊接在滚筒主体上，所述圆周平土刀片在滚筒主体上径向分布；所述螺旋破土刀片与圆周平土刀片最大外径为0.24m；所述螺旋破土刀片的螺旋高度为0.5m，刀片螺纹螺距为0.08m，其与土壤接触面的入土角度为90
°
。
13.作为本发明的进一步限定，所述深度子犁头和水平子滚筒所用材料为q235普通碳素结构钢，材料弹性模量e＝211gpa，泊松比μ＝0.3，屈服极限σs＝235mpa。
14.本发明的目的另一方面是这样实现的：包括犁头机构、水平进给传动，传动联结，垂直进给传动和制动车轮；所述犁头机构固接在水平进给传动的气缸联结上，所述水平进给传动固接在传动联结的顶部，所述垂直进给传动固接在传动联结底部，所述制动车轮固定在垂直进给传动的底座；所述犁头机构为根据权利要求1-4任一权利要求所述的纵横复合式犁头。
15.作为本发明的进一步限定，所述水平进给传动包括一级气缸、一级气缸联结、二级气缸、二级气缸联结和一级气缸固定挡板；所述一级气缸固接在一级气缸挡板上，所述一级气缸的输出轴与一级气缸联结固接，通过控制一级气缸的伸缩，实现一级气缸联结在挡板内的来回往复运动，来带动犁头机构的水平传动；所述二级气缸的末端固接在一级气缸联结上，所述二级气缸的输出轴端与二级气缸联结固接，所述二级气缸与二级气缸联结随一级气缸联结共同传动。
16.作为本发明的进一步限定，所述垂直进给传动包括升降台、底座、控制电机和螺旋轴；所述升降台与底座呈嵌套式结构，所述底座的四边内壁面上设置有榫结构，所述榫结构
与升降台四边壁面上设置的卯结构相互嵌套；所述控制电机固定在底座内正下方，通过联轴器与螺旋轴连接，用来控制螺旋轴的转动；所述升降台的中央设置有通孔，所述螺旋轴放置在通孔内，所述通孔下方设置有螺旋凸台，所述螺旋轴与螺旋凸台啮合。
17.作为本发明的进一步限定，所述升降台的四边壁面上设置有不同的卯结构，所述升降台的长边壁面上设置有含有导轨的卯结构，所述升降台的短边壁面上设置有定位卯结构。
18.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：1)褐菇松土装置利用深度子犁头、水平子滚筒和预松铧式子犁头有机组成的纵横复合式犁头机构，预松铧式子犁头可以预先将褐菇苗床粗略松土，降低深度子犁头所受的土壤阻力；在纵向方向上，深度子犁头利用设计的螺旋传动刀片，可以将一定深度的土壤传送上来；在横向方向上，水平子滚筒上的螺旋破土刀面以及圆周平土刀片又可将传送上来的大块土壤进行粉碎；松土装置的纵横复合式犁头在纵向和横向方向上，高效完成了褐菇车床的松土任务；
19.2)褐菇松土装置利用水平进给装置以及垂直进给装置实现在水平和垂直方向上的传动，又节省了大量的使用空间，能较好适应褐菇苗床工厂化生产的环境，其中垂直进给装置中的导轨榫卯以及定位榫卯结构，既提供了升降台垂直方向上传动所需的导轨，又起到了升降台与底座的横向定位作用，确保了升降台在垂直方向上传动时的稳定性，保证了松土装置的松土效果。
附图说明
20.图1为本发明的松土装置整体示意图。
21.图2为本发明的纵横复合式犁头机构示意图。
22.图3为本发明的松土装置整体的水平进给传动示意图。
23.图4为本发明的松土装置整体的垂直进给传动。
24.图5为本发明图4中a处榫卯结构放大示意图。
25.图6为本发明图4中b处榫卯结构放大示意图。
26.图7为本发明的松土装置整体的垂直进给传动剖面示意图。
27.其中，1犁头机构，2水平进给传动，3传动联结，4垂直进给传动，5制动车轮，11子犁头固定装置，12垂直控制电机，13水平子滚筒，14深度子犁头，15预松铧式子犁头，21一级气缸，22一级气缸联结，23一级气缸固定挡板，24二级气缸联结，25二级气缸，41升降台，42底座，43螺旋轴，44控制电机，411含有导轨的卯结构，412定位卯结构。
具体实施方式
28.如图1所示的一种褐菇松土装置，包括犁头机构1，水平进给传动2，传动联结3，垂直进给传动4和制动车轮5；犁头机构1固接在水平进给传动2的气缸联结上，在气缸联结上布置有对称的犁头机构1，可以有效提高装置的松土面积以及松土效率，水平进给传动2固接在传动联结3的顶部，垂直进给传动4固接在传动联结3底部，制动车轮5固定在垂直进给传动4的底座。传动联结3底部与垂直进给传动4固接，顶部与水平进给传动2固接，将水平进给传动2与垂直进给传动4连接起来，成为一个可以实现水平和垂直方向上传动的整体结构；实现在水平方向上以及垂直方向上的运动，以此带动犁头机构1在褐菇苗床上的往复运
动，不仅实现了较远距离上的松土任务，又节省了大量地空间。
29.如图2所示，犁头机构1为纵横复合式犁头，犁头机构1包括水平子滚筒13、深度子犁头14和预松铧式子犁头15，还包括子犁头固定装置11和主控制电机；主控制电机包括垂直控制电机12和水平控制电机；犁头机构1整体分为三部分，一部分为固接在子犁头固定装置11上的预松铧式子犁头15，可随着传动装置运动，起到预先粗略对苗床松土的作用，降低深度子犁头收到的土壤阻力，保证装置稳定运行；一部分为纵向方向上由垂直控制电机12控制的深度子犁头14，垂直控制电机12固接在子犁头固定装置11上，深度子犁头14与垂直控制电机通过该电机的联轴器连接，作用是将一定深度的土壤传送至土壤表面，有利于深度松土；一部分为横向方向上由水平控制电机控制的水平子滚筒13，水平子滚筒13与水平控制电机通过联轴器相连接，作用是将传送至土壤表面的土壤变得更加细腻，并平整土壤，更有利于褐菇的种植与生长。
30.深度子犁头14包括旋转主体和螺旋刀片；旋转主体与垂直控制电机12的联轴器相连接，旋转刀片焊接在旋转主体上；旋转螺旋刀片将一定深度的土壤传送上来，可以有效提高土壤的松土程度，并将下方有营养的土壤用于种植褐菇；
31.深度子犁头14的螺旋刀片需要与土壤直接接触，所以需要设置一定的刀片入土角、螺旋高度、螺距的参数，因土壤含有一定的杂质，因此土壤的纯切削阻力hb能忽略，对刀片与土壤接触面进行受力分析可得：f＝fnsinα+μfncosα+hb，式中：f为深度子犁头作业时受到的牵引力水平分力(n)，fn为土壤作用于螺旋刀片的法向力(n)，μ为土壤与螺旋刀片的摩擦系数，α为螺旋刀片入土倾斜角度(rad)，h为土壤切削力系数(n/m)，b为螺旋刀片切面的宽度(m)。由上述平衡方程可知，当入土倾角α为零度时，此时牵引力水平分力为牵引力，当螺旋刀片切割土壤时，土壤在刀面上有一个运动挤压的过程，这种状态有利于土壤的粉碎，进而使土壤更好的分离开来，更有利于将分割的土壤沿螺旋刀片传送至土壤表面，另外，这里的入土倾角不能过大，避免增加作业能耗，根据理论推论与经验可知，螺旋刀片入土角设计为11
°
～16
°
。
32.深度子犁头螺旋刀片的刀片切面宽度b为0.2m，刀片螺旋高度l为0.2m，刀片螺距d为0.05m；装置水平前进速度vm为0.2m/s，松土装置的理论生产率w为：w＝2πb2lvm＝2
×
π
×
0.22×
0.2
×
0.2＝0.032(m3/s)。
33.水平子滚筒13包括螺旋破土刀片、圆周平土刀片以及滚筒主体；滚筒主体与水平控制电机的联轴器相连接，螺旋破土刀片和圆周平土刀焊接在滚筒主体上，螺旋破土刀片可以将深度子犁头传送出来的土壤进行粉碎，减少土壤的大颗粒；圆周平土刀片在滚筒主体上径向分布，可以将粉碎过后的土壤进行平整，使松土后的土壤更有利于褐菇种植；螺旋破土刀片与圆周平土刀片最大外径为0.24m；螺旋破土刀片的螺旋高度为0.5m，刀片螺纹螺距为0.08m，其与土壤接触面的入土角度为90
°
；主要目的是将深度子犁头传送上来的大块土壤进行圆周方向上的粉碎。
34.如图3所示，水平进给传动2包括一级气缸21、一级气缸联结22、二级气缸25、二级气缸联结24和一级气缸固定挡板23；两个一级气缸21固接在一级气缸挡板23上，实现水平传动的一级运动，两个一级气缸21的输出轴与一级气缸联结22固接，通过控制一级气缸21的伸缩，实现一级气缸联结22在挡板内的来回往复运动，来带动犁头机构1的水平传动；两个二级气缸25的末端固接在一级气缸联结22上，二级气缸25的输出轴端与二级气缸联结24
固接，二级气缸25与二级气缸联结24随一级气缸联结22共同传动；当一级气缸21运动到最大行程时，二级气缸25可以进行进一步的传动，以适应褐菇车床的长度，从而实现全范围的松土工作。
35.如图4所示，垂直进给传动4的底座42内壁四周设置有榫结构，其与升降台41四个壁面上的卯结构相互配合，既起到了固定升降台41与底座42相对位置的作用，又起到了垂直方向上运动的导轨作用，升降台41可在动力的推动下，沿着榫卯结构上下运动，实现了松土装置整体机构在垂直方向上的传动功能；如图5-6所示，升降台41的四边壁面上设置有不同的卯结构，升降台41的长边壁面上设置有含有导轨的卯结构411，短边壁面上设置有定位卯结构412，含有导轨结构的卯结构411与底座上对应的榫结构相互配合，即限制了升降台41与底座42在长边方向上的相对位置，又为升降台提供了传动导轨；短边壁面上设置的定位卯结构412为矩形卯结构，其与底座42上对应的榫结构相互配合，限制了升降台41与底座42在短边方向上的相对位置，保证了垂直进给传动4在工作时的稳定性。
36.如图7所示，垂直进给传动4包括升降台41、底座42、螺旋轴43和控制电机44；控制电机44固接在底座42内正下方，螺旋轴43与控制电机44通过联轴器连接，升降台41中央设有通孔，通孔底部设置有螺旋凸台，与螺旋轴43啮合，当控制电机44控制螺旋轴43转动时，升降台41会沿着螺旋轴43上下运动。
37.本发明工作时，首先松土装置在制动车轮5的作用下到达预定的松土苗床旁，当收到松土指令后，水平进给传动2和垂直进给传动4开始工作；
38.其次，垂直进给传动4接收到需要松土的褐菇苗床高度后，控制升降台41内的控制电机44转动，升降台41带动水平进给传动2向上运动，并且到达指定高度；
39.然后，到达指定高度后，水平进给传动2的一级气缸21和二级气缸25工作，同时，犁头机构1的主控制电机开始转动，对指定区域内的褐菇土壤进行松土；
40.最后，当完成指定区域内的松土工作后，犁头机构1停止工作，水平进给传动2与垂直进给传动4先后收缩至工作前的状态，以继续进行下一个指定区域的松土工作。
41.本发明提供的纵横复合式犁头及使用该犁头的褐菇松土装置，利用深度子犁头、水平子滚筒和预松铧式子犁头有机组成的纵横复合式犁头机构，预松铧式子犁头可以实现对苗床的预先粗略松土，以降低后续深度子犁头的土壤阻力；在纵向方向上，深度子犁头可以将一定深度的土壤传送至土壤表面，在横向方向上，水平子滚筒最终将大颗粒土壤进行粉碎，并将粉碎后的土壤进行平整，纵横式复合犁头可以有效完成褐菇苗床的松土任务，另外，装置利用水平进给传动和垂直进给传动的多进给模式，工作时既能满足多层长距离的松土要求，能较好适应褐菇苗床工厂化生产的环境，非工作时又能节省大量的占地空间，其中垂直进给中采用的导轨榫卯和定位榫卯结构，也保证了装置传动时的稳定性，具有很大的市场前景和推广价值。
42.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种纵横复合式犁头，其特征在于，包括水平子滚筒（13），深度子犁头（14）、预松铧式子犁头（15）、子犁头固定装置（11）和主控制电机；所述预松铧式子犁头（15）固接在子犁头固定装置（11）上，所述预松铧式子犁头（15）随着传动装置运动；所述子犁头固定装置（11）上设置有主控制电机，所述主控制电机包括垂直控制电机（12）和水平控制电机；所述深度子犁头（14）与垂直控制电机（12）相连接，通过垂直控制电机（12）的控制，所述深度子犁头（14）完成纵向方向上的松土任务；所述水平子滚筒（13）与水平控制电机相连接，通过水平控制电机的控制，所述水平子滚筒（13）完成横向方向上的松土任务。2.根据权利要求1所述的纵横复合式犁头，其特征在于，所述深度子犁头（14）包括旋转主体和螺旋刀片；所述旋转主体与垂直控制电机（12）的联轴器相连接，所述旋转刀片焊接在旋转主体上；所述螺旋刀片与土壤接触面的入土角为11
°
~16
°
，所述螺旋刀片的刀片切面宽度为0.2m，刀片螺旋高度为0.2m，刀片螺距为0.05m。3.根据权利要求1所述的纵横复合式犁头，其特征在于，所述水平子滚筒（13）包括螺旋破土刀片、圆周平土刀片以及滚筒主体；所述滚筒主体与水平控制电机的联轴器相连接，所述螺旋破土刀片和圆周平土刀焊接在滚筒主体上，所述圆周平土刀片在滚筒主体上径向分布；所述螺旋破土刀片与圆周平土刀片最大外径为0.24m；所述螺旋破土刀片的螺旋高度为0.5m，刀片螺纹螺距为0.08m，其与土壤接触面的入土角度为90
°
。4.根据权利要求1所述的纵横复合式犁头，其特征在于，所述深度子犁头（14）和水平子滚筒（13）所用材料为q235普通碳素结构钢，材料弹性模量e=211gpa，泊松比μ=0.3，屈服极限σ
s
=235mpa。5.一种褐菇松土装置，其特征在于，包括犁头机构（1）、水平进给传动（2），传动联结（3），垂直进给传动（4）和制动车轮（5）；所述犁头机构（1）固接在水平进给传动（2）的气缸联结上，所述水平进给传动（2）固接在传动联结（3）的顶部，所述垂直进给传动（4）固接在传动联结（3）底部，所述制动车轮（5）固定在垂直进给传动（4）的底座；所述犁头机构（1）为根据权利要求1-4任一权利要求所述的纵横复合式犁头。6.根据权利要求5所述的褐菇松土装置，其特征在于，所述水平进给传动（2）包括一级气缸（21）、一级气缸联结（22）、二级气缸（25）、二级气缸联结（24）和一级气缸固定挡板（23）；所述一级气缸（21）固接在一级气缸挡板（23）上，所述一级气缸（21）的输出轴与一级气缸联结（22）固接，通过控制一级气缸（21）的伸缩，实现一级气缸联结（22）在挡板内的来回往复运动，来带动犁头机构（1）的水平传动；所述二级气缸（25）的末端固接在一级气缸联结（22）上，所述二级气缸（25）的输出轴端与二级气缸联结（24）固接，所述二级气缸（25）与二级气缸联结（24）随一级气缸联结（22）共同传动。7.根据权利要求5所述的褐菇松土装置，其特征在于，所述垂直进给传动（4）包括升降台（41）、底座（42）、控制电机（44）和螺旋轴（43）；所述升降台（41）与底座（42）呈嵌套式结构，所述底座（42）的四边内壁面上设置有榫结构，所述榫结构与升降台（41）四边壁面上设置的卯结构相互嵌套；所述控制电机（44）固定在底座内正下方，通过联轴器与螺旋轴（43）连接，用来控制螺旋轴（43）的转动；所述升降台（41）的中央设置有通孔，所述螺旋轴（43）放置在通孔内，所述通孔下方设置有螺旋凸台，所述螺旋轴（43）与螺旋凸台啮合。8.根据权利要求7所述的褐菇松土装置，其特征在于，所述升降台（41）的四边壁面上设置有不同的卯结构，所述升降台（41）的长边壁面上设置有含有导轨的卯结构（411），所述升
降台（41）的短边壁面上设置有定位卯结构（412）。

技术总结

本发明公开了纵横复合式犁头及使用该犁头的褐菇松土装置，纵横复合式犁头包括深度子犁头、水平子滚筒和预松铧式子犁头，预松铧式子犁头可以预先将褐菇苗床粗略松土，降低深度子犁头所受的土壤阻力；在纵向方向上，深度子犁头利用设计的螺旋传动刀片，可以将一定深度的土壤传送上来；在横向方向上，水平子滚筒上的螺旋破土刀面以及圆周平土刀片又可将传送上来的大块土壤进行粉碎；褐菇松土装置利用水平进给装置以及垂直进给装置实现在水平和垂直方向上的传动，节省了大量的使用空间，能较好适应褐菇苗床工厂化生产的环境，本发明可以很好地应用于褐菇工厂化生产的环境，能高效率的完成对褐菇苗床的松土工作，具有很大的市场前景和推广价值。前景和推广价值。前景和推广价值。