垂直尖齿耕作纵列式车架及相关二次耕作、种植、施肥机械的制作方法

专利名称：垂直尖齿耕作纵列式车架及相关二次耕作、种植、施肥机械的制作方法
技术领域：
二十世纪六十年代之后的几十年间，当铧式犁及其它极端的翻土工具非常普遍 时，耕作方式在全球范围内发生了显著的变化。种植设备的显著进步引入了新的耕作概念 的工具，其中许多现在称作土壤通风器和“垂直耕作”机械。许多这些机械都未解决由于侵 蚀影响产生的土壤结构困难问题，比如水份在土壤间的传输或交通压实力问题，因为它们 都不能达到足够的工作深度。该深度通常被确定为耕作层或主要存在这些问题的7英寸 (17. 5厘米)至9英寸(22. 5厘米)深度。在此公开的机械根据常规预定模式分裂压实的土壤，该模式在整个耕作层中有效 地恢复水和空气的交换。在土壤顶部22. 5厘米或9英寸中将不会留下限制水和空气的快 速交换或正常根系发育的压实区域。垂直耕作技术，也被称为土壤通风器，已经受到大重量的车架组件和压载需求的 困扰。这一需求已通过在机械框架中加入大量结构钢或增加比如水或混凝土等压载材料得 到满足。在任意一个上述例中，对尖齿增加重量以实现进入和完全穿透的需求，需要采用更 加昂贵的轴承件和附加车架材料，以便传递田间工作过程中所需的力。增加的重量加剧尖齿、辊子、尖齿固定螺栓、轴承和车架的失效。运输该机械非常复杂，因为运输轮、轴和轴承必须调整大小以安全运输这些穿透 田地所需的大载荷。对于折叠模式而言这种情况会更加严重。一些机械需要精密的承载底 板和托架以将压载物固定到垂直折叠的翼上。控制这些翼所需的液压元件尺寸和费用的增 大显著地增加了这项技术的成本。运输系统上高高提起的大型翼载荷带来公路事故的潜在 危险。对重量要求高的主要原因之一是因为发生在横跨机械宽度过程的任一时刻上尖齿进 入事件的数目以及实现尖齿完全插入土壤之中所需的相称点压力。现有的土壤通风器技术受到破碎力大小的限制，破碎力由经济地积聚的重量产 生，以在单程内推动耕作尖齿进入土壤。就Mayer(1988)技术而言，操作员指南建议，在相 反或垂直方向上使用双程以实现更多的耕作。在由于车辆通行或土壤本身性质造成的土壤 过度坚硬的情况下，为获得足够的松软土壤以便于种植机或播种机操作，需要进行多程耕 作。此外，为获得足够的根群发育通常需要更多耕作。在贫瘠土壤环境下种植新作物时，这 点尤其正确。毫不夸张地说，过去额外的田间通行将这项技术的操作成本增加到两倍或三 倍。制造更多全部土壤耕作的尝试导致产生不适合干草作物饲料或其它多年生栽培 品种的通风过程的设计。这些发明通过两个纵列式旋转尖齿组件的错位获得更多耕作。两 个辊子组件整体的安装在同一摇臂总成上，迫使后部齿组在初始穿透行之间耕作(荷兰设 备有限公司，加拿大称之为紧密耦合纵列式)。该布置旨在提高整机的压载要求的同时，也 使得土壤穿孔数加倍。从耕作层去除更多的根群也存在更大的侵蚀可能性。这种布置在操 作过程中妨碍土壤表层保持一致性，尤其是在需要更大辊子偏移角度以产生更多松软土壤 的时候。在这些情况下，耕作对刺激已有根系太具有破坏性；根系反而被毁坏。当试图把它 当中耕机，在幼小的成行作物如玉米、小麦和高粱中作业时存在同样的问题。农民面临着不 得不用两种不同的机械或将部件分解使这种紧密耦合串联设置适应应用的整个范围。Mayer (1988)认为对Huxford(1983)尖齿的改造在没有地表扰动的情况下达到通 气目的，并在调整到与行进方向垂直的更大偏移角度时可以翻土。后者的特点由垂直压实 区域实现并产生。由这些配置产生的表面在不使用额外的二次耕作情况下仍不适于种植和收割机 械。与这些其它表现方式的尖齿型土壤通风器一起使用的二次耕作工具主要用于改变已从 耕作层中上移到田地表层的土壤的尺寸并重新分配(Mayer，1988)。事实上，二次耕作已用 于填充由于通风器尖齿的主动动作制造的凹陷或洞。在最终效果上，从促进土壤健康考虑， 呈现给最终用户的情形同其它传统的耕作机械没有区别。与上述情况形成鲜明对比的是称为旋转耙的创新型垂直耕作工具。从历史角度 看，一直用它来耕作只够1英寸(2. 5厘米)或更少，使它能够从湿的土壤表面抬起植物残 体，使空气能把地表变得足够干燥以便播种，而不会在播种机部件上积累烂泥。。当旋转耙 与在此公开的纵列式车架设计垂直耕作尖齿结合起来操作时，可在种植小麦、谷物和苜蓿 作物中栽培浅的草种。它也可以在单程耕作中产生深达3英寸(7. 5厘米)的均质苗床或 其它任意具有或不具有相对于地表的垂直拱形根系的所预期的深度。至今市场上提供的尖齿型通风工具最严重的局限性之一是操作者无法稳定可靠 地更换土壤接合尖齿以保持最佳性能。最佳性能主要取决于土壤接合尖齿装置的插入深度。很显然，这是尖齿长度的部分功能。对土壤条件诊断以确定使操作有效的合适的最小插入深度或尖齿长度是相当复 杂的。这会要求合格地使用土壤穿透计和其它农场或别的工作地点所没有的现成的的更精 密的测量设备。机械设计精密性的缺乏以及操作者诊断技巧的缺乏在田间产生多变的结 果。不能使尖齿更换的维护经费处于一种适宜方式的该技术的拥有者，将不会获得这项技 术在尖齿得到良好维护情况下所提供的利处。其它操作者不必替换足够长而有效的尖齿。 通常用作牧场或用于生产干草作物饲料的更多贫瘠土壤，由于田间石头或岩石的存在而非 常麻烦。如果这些岩石被移到田地表层，割草以及其它收割操作几乎是不可能的，除非有更 大的花费。这些麻烦的土壤是现在使用中潜在的高产土壤并且需要继续使用到未来。先前 和目前该种尖齿类型技术的实施，在每平方英亩放置约69，000个孔或每公顷超过170，000 个孔。以简单概率计，这种插入数量跟产生较少孔的设计相比，干扰了更多的根系并在日常 操作中找到更多的石块。至今该技术的现有技术在没有达到理想条件的土壤还很难使用。 执行需要更大角度辊子偏移的单级通风器只会进一步加剧石块的问题。当无法移动的物体受到撞击时，目前此耕作技术中没有保护土壤接合尖齿、相关 轴承和悬挂系统部件的规定。本发明公开了一种当机械在行进中提供石块保护时可调节的 抛掷机构。最后，现有土壤通风器不允许在机器行进或执行土壤耕作时尖齿耕作主动性的可 调性。可调节性历来是从一种土壤类型或田地状况到另一种，甚至从田地一端至另一端的 连续不断的妥协。许多农业土地的情况在田地长度单程内表现为多达二至三种不同的土 壤状况和/或土壤类型。在特定的水分、作物条件和土壤类型情况下，改变尖齿主动性往往 比现有技术的实用性更明智。用于纵列式车架的垂直耕作尖齿新西兰注册的(HUXf0rd-198;3)初始齿形特别有效，因为其为土壤表层呈现平面 滚动的表面。该焊接组件包括如下独特的优点1.)突出的土壤破碎力2.)尖齿插入位置间的最小土壤提升3.)尖齿表面非常少的土壤粘附。自从Huxford(1983)公开的焊接组件的消失，所有这些设计进步一直缺乏。提供用于个别尖齿更换的努力涉及消除焊件接头和齿残余(Huxford-1983)，或需 要松开位于夹紧环之间的一组尖齿以去除并更换单独的破裂齿(Mayer 1987)。违背许多农 业土壤中破裂齿的现实，McKinley(2003申请)提出一种三尖齿单一形式铸件，使得一起更 换单独的尖齿成为不可能。Martindale (2005)保留了基本的尖齿性能特点所必须的原始几何造型并增强了 强度和寿命。这些设计特性产生了对于纵列式设计非常主动的耕作尖齿。在此公开的实施例包括如下1.)具有顺时针和逆时针均勻螺旋的辊子组件2.)无焊接3.)没有固定尖齿的小紧固物4.) 一个辊子圆周，_在由邻近尖齿之间的尖齿推力面产生压实的过程中与土壤表层接合防止土壤提升。全部或大部分这些特征都是现有齿形土壤通风器技术所没有的。在任一这些特征 存在的地方，具有与其相关的设计缺陷，它们使系统表现为土壤接合尖齿进入土壤，几乎不 可能保持紧密和完整，或者如果尖齿在操作过程中破裂，花费会很高。本公开以及各种实施 例补救了这些缺陷。公开的实施例使得齿形土壤通风器技术的操作人员能在沿支承轴或心轴的长 度，在端部或中间位置更换个别齿、定位以及检修轴承，同时恢复了 Huxford 1983年技 术的所有土壤破碎性能。圆盘耙组方轴系统部件的整体特性产生了比Huxford(1983)、 Mayer (1988)或McKinley Q003)所提出的更坚固的装配。发明背景声明的结论目前存在的所有尖齿形耕作层深垂直耕作技术未达到优秀和有效的最终标准。该 标准为土壤穿透深度的一致性。如果该机器的功能不能一贯保持，那么该技术在用它进行 恢复水与空气交换的基本目的上是失败的。未能达到足够的耕作尖齿操作深度反映出操作 的失败。所公开的纵列式辊子车架设计和舒适耐用、无限调节和可靠的辊子以及尖齿组件 的组合，特别地满足了这些基本考虑。现有技术从未提供改变尖齿的耕作位置所需设计特征的类型。公开的两个辊子组 件的实施例之一使其可能和实用。总之，所公开的垂直尖齿耕作技术是与多种二次耕作工具接合的主要耕作装置， 提供迄今单程或多程所不能实现的广泛应用。本公开所述的机械不要求能够将耕作层的任 何土壤输送到土壤表面以产生苗床。因此，这些结合的技术实现了与关于根系系统保护和 表面残茬管理的免耕种植概念相一致的目标。这虽然像用来产生“正常”植物根系的传统 耕作技术一样降低了土壤密度，却没有表示所有其它农业耕作特性的由风或水导致的土壤 侵蚀的风险。


附图目录附图1 用于单级机械和相同工作宽度的纵列式车架设计耕作机械的典型耕作模 式。图中假设两者具相对机器运行方向相同的摇臂偏移角度的最佳40度螺旋。采用的辊 子包括六组尖齿。两个实施例中尖齿间距相同。附图2 用于单级机械和不同工作宽度的纵列式车架设计耕作机械的典型耕作模 式。图中假设两者具有相对机器运行方向相同的摇臂偏移角度的最佳40度螺旋。采用的 辊子包括三组尖齿。纵列式车架尖齿间隔增加33%，表明利用第二辊子以增加总体耕作，同 时将每级所需的尖齿减少1/3的结果。附图3 在典型模式中本机械设定为双偏移辊子布置。偏心类型的锁定说明了用 于将摇臂固定到允许无限调整的机械车架上的最佳实施例。在更长的摇臂组件上可能需要 一个以上的锁。对于特殊的耕作操作，如翻修永久种床和垄，运输轮间距是可调整的。附图4 公开了车架自调平连接系统和半自动复位卡勾装置用以防护土壤中的障 碍，如石块。
附图5 采用双偏心辊子组件的纵列式辊子车架的刚性车架实施例，示出远程摇 臂调整的连接系统。还示出摇臂偏移角指示器的一个实施例。附图6 公开了以菱形布置的双偏心纵列式车架的实施例。附图7 显示尖齿布置的采用单偏心纵列式结构的实施例。附图8 显示尖齿布置的反向单偏心纵列式的实施例。附图9 描述了圆盘耙组方轴齿形土壤通风器辊子装配的构件部分。该图公开了 用于创建不同宽度机械配置的不同尺寸装配的一般样式。附图10 描述了所公开的用于与圆盘耙组方轴组件相结合使用的专门用在纵列 式辊子车架机械设计(Martindale 2007)上的特殊设计的尖齿。附图11 描述了用于圆盘耙组方轴设计的标准定距件，包括锁销、锥形沉孔以及 螺旋设置部件。附图12 描述了专门设计的用于具有六个或更多三个一组尖齿的辊子组件上的 中心定距件的位置。该定距件被严格设计成改变三个一组中的第二组螺旋以确立顺时针和 逆时针复合螺旋的形式。附图13 详细描述了附图D所述的定距件。附图14 示出有定位销的圆盘耙组方轴土壤通风器尖齿组件系统的部件部分。该 图公开了用于制造不同机械宽度的不同尺寸组件的装配的排列。附图15 示出用于定位销系统的基本组件草案，在该例子中，利用六角形圆盘耙 组方轴将系统拉在一起。附图16 示出分割的螺旋设计中反转以建立不同阶段的压圈。附图17 示出将旋转力从圆盘耙组方轴传递至压圈的中心轮毂，反之在保持尖齿 组在辊子装配的螺旋样式上的位置时，也是同样道理。附图18 示出尖齿基部的改进设计，以容纳将尖齿固定在压圈上的定位销。附图19 将旋转耙技术的动作与单偏心纵列式车架结合的优选实施例。该耙安装 公开了平行提升连接和耙偏心调整全部范围内的的耙耕作校准。附图20 该纵列式车架的实施例包括将一个旋转式切碎机附装到主车架的前部。 附装装置可更换为后部安装。附图21 示出同时装有改变植物残茬大小甚至随后的重新分布的旋转耙和残茬 切碎机的车架实施例，附图22 示出具有用于条形耕作和附加播种的柄部的整机。详细

在讨论车架设计要素之前，通过与之前列举的都是每个齿的单独插入以产生破碎 力的现有技术比较来检验纵向尖齿耕作模式的优点是有益的。单级耕作模式和纵列式车架 耕作模式产生的力的范围表示在附图1和2中。本公开的独特贡献在于二级耕作尖齿自身 自动定时再次进入土壤中相同的位置。利用此类技术常用的或约7. 5英寸(18厘米)的相 同齿间距的冲击力在图1中表示出来。附图2中的纵列式车架设计的耕作尖齿间距增加 33%。这相当于直接向任意给定车架重量增加33%的质量以穿透土壤。二级耕作由于使 用相同的洞，因此几乎不需要压载或车架重量进入土壤。假设由单级和纵列式机械的尖齿 插入产生的破碎量相同，那么很明显产生的总的土壤破裂接近33%以上。通过更大的调整后辊子，附加耕作相比单级设计可增加50%以上。纵列式辊子车架中公开的设计构件着重 在于前后耕作尖齿在相同插入位置产生破裂力的独特性能上。这代表一种在不需要对田地 进行多程耕作下增加总体耕作的更为行之有效的方法。更大的尖齿磨损集中在机器前端相 对较少的几个齿上。与之相比后部耕作尖齿受到的磨损较小，因为它们不必形成新的进入 位置。最后，无论是前排还是后排都需要偏移锐角以显著减小土壤容重。更适度的角度为 随后的二次耕作或种植操作提供改善的表面状况，并减少了尖齿的磨损率。在此公开的车架类似于传统的纵列(双偏置)或单偏置圆盘车架，其中土壤接合 工具组或排被编入类似附图3的前端和后端装置中。车架(B)附装到牵引机上，通常是通 过舌状或挂接(A)组件附装到农用拖拉机上。由于机器必须能够适应起伏田地地形，因此 挂接㈧能够围绕附装点⑷枢转。摇臂(C)利用位置锁定装置(D)和中心枢轴点(E)定位在车架部件中。中心枢轴 允许摇臂组件从机器行进方向垂线上顺时针和逆时针旋转。中心枢轴位于车架中以使前排 和后排耕作尖齿对齐(如附图1和2的“纵列式车架耕作模式”)并可调节。土壤接合辊子 /尖齿组件通过本技术中常用的托架(F)附装在摇臂上。锁定装置(D)允许为实现纵列式 辊子车架机械及其独特耕作尖齿的正常性能而必须的无限可调节性。车架及其工作构件从车轴(G)和轮杆组件(H)上升和下降以获得机械的不同耕作 深度和在农场小路及公路上运输。轮臂配备有锁销孔(J)和固定螺丝(I)或现有技术中的 其它常见设施，以使轮距可以调节以适应各种行距要求。当用于为控制侵蚀重建布置在坡 田等高线上的永久盛土垄式苗床或垄时，这点是特别有用的。纵列式辊子车架需要优良的地面仿形设计和调平以进行其装备用于执行的多种 操作。在附图4中，公开了一种自动调平连接系统(A)，包括安装在输送轴(L)后部的可调 杆(C)、两个压缩弹簧(B)和本领域常用的的一系列螺母(K)，当行进在起伏地形时该系统 用于调平车架并提供灵活性。因为相同的车架需要能通过牵引枢轴(N)刚性连接到拖拉机上，通过增加足够压 载以增加车架质量来进行前部耕作尖齿的穿透或其他操作，例如调整作物残体大小(参见 附图20)，所以利用可调杆(C)的半自动可重调系统(A)，被附装到调平连杆(E)上，并通过 复位弹簧(D)保持在适当位置。偏心减压由三种方式确定1.)由调整螺母(J)确定的杆 (C)长度；2.)确定轴的偏心误差量的固定螺丝(F)的调整；3.)输送轴(L)的位置。当输 送轴处于完全升起位置时，杆位于其最后端位置。调整杆长度调整螺母(J)以使其逐渐靠 在耳轴(G)上。每当输送轴降低，杆长度增加且机器逐渐受到调平连接复位弹簧(B)的控 制。当车架前部的提升超出了杆长度的限制时，行程通过提高固定螺丝鞍座(H)来进行，以 松开机器前端以及牵引的后半部分前进以越过田间障碍。车架重量、调平连杆(E)上的复 位弹簧(B)以及偏心卡勾机构复位弹簧(D)的组合将卡勾机构回复至普通刚性操作位置。 如果这些作用力不足以将卡勾回复至锁定或刚性联接位置，仅略微的降低车轮，延长卡勾 杆直至通过杆(C)靠在鞍座(H)中的固定螺丝(F)上以获得偏心位置。然后，再次提升车 轮，通过使调整螺母(J)接触耳轴(G)以完成卡勾动作所需的预定作用力重置连接。在压载需求超出包括附件(比如种子或肥料箱)的车架重量的情况下，可调整偏 心卡勾机构以将重量从拖拉机后部通过牵引组件传递至土壤接合装置或其它如图20所示 的卷压机或切割机的附属装置。
摇臂的偏移精度对良好的机器性能非常重要。附图5公开了用于显示摇臂(F)相 对位置的目测指示器(E)的一个可能实施例。这项特殊配置可从拖拉机驾驶员的位置看到 并在安装摇臂远程调节时使用。远程调节系统通过连接部件(A)和(G)将摇臂(F)附装到 旋转台(B)和(D)上，旋转台通过本领域已知的手动、电动和液压驱动。可调整后部附属连 接(C)的长度以获得介于前部和后部耕作尖齿推力之间所需的差值。旋转台(B和D)绕附 装在机器车架上的轴(H)旋转。由于作物、土壤、地形条件以及机器尺寸的耕作要求可以产生多种需求，用于控制 耕作尖齿横向破碎土壤时的动作所产生的推力，附图6公开了位于齿刃凸台(G)上的耕作 尖齿应用标记(F)。这些标记与产生Huxley (198 技术的独特性能的齿刃的设计细节相匹 配。该技术要求刃的附装角度为行进方向轴线的顺时针或逆时针。因此在箭头标记根部处 的十字杆件描述了附有尖齿的摇臂的方向。附图6公开了一种用于称为菱形结构的纵列式辊子车架的可选择组件规程。摇臂 (A和B)安置在与附图5中双偏移结构相比相反的偏移位置。当机器被要求通过不规则形 状田地的许多角落时，此设计特征是非常有用的。它有助于大大减少悬挂系统构件和车架 上的过多的的和不必要的推力。由于摇臂偏移角度和耕作尖齿的几何形状如图5所示是良 好的，有必要正确地互换前后辊子和尖齿组件来产生不同的几何形状。在这种配置变化中， 后部和前部组件在机器的同侧进行互换。辊子组件互换和维护可以观察到，前部和后部组合或行列的偏移变化在附图5和6之间是非常显著的， 这是由于能够围绕摇臂枢轴旋转的车架设计允许后部尖齿移走并重新定位到前部且同时 进行标准调整。由于前端尖齿组磨损远快于机器后端的齿，因此当到更换前端磨损的尖齿时，将 后端辊子组件安装到机器前端。如果辊子对角互换，则配置保持原样。如果辊子在机器的同 一侧从前端换到后端，那么此处如图6中提及的摇臂位置A和B所示，摇臂偏移是反向的。附图7公开了一种摇臂组件的单侧偏移设置。在该实施例中，前列摇臂(A)沿与 行进方向平行的轴顺时针旋转。后端摇臂(B)逆时针旋转。如果辊子组件对角互换，则配 置保持不变。如果辊子通过在机器同侧前移的方式互换，那么偏移角与轴的顺时针旋转方 向相反，并呈现如图8中的配置。辊子组件互换和生产性能特征双偏移配置产生了集中在机器车架中心的自相抵消的推力。这在基部添加折翼时 是有益的。推力足以将中间部分从土壤中提起。因此在与农田条件有关的施工规程中可采 用摇臂配置的任意组合以获得最佳耕作性能。其中一个例子是在使用单偏移配置时允许拖拉机牵引杆自由摆动。当土壤中遇到 障碍时，机器车架可旋转并释放应力，否则能造成严重破坏。分别调节前列和后列将产生相 等的反向推力，因此耕作尖齿孔对准以具有合适的性能。用于纵列式辊子车架的垂直耕作尖齿和辊子组件的实施例本公开的这部分详细介绍为纵列式辊子车架机器设计明确定义的耕作尖齿的两 个可能的实施例。这种改进是必要的，因为之前Martindale Q005)的尖齿在纵列式设计中 过于危险而不能达到最根本的目的，相反，比最大土壤翻动所需更大的危险性。
附图9公开了圆盘耙组方轴辊子结构系统的构件。该第一实施例特别依赖于铸造 部件。因此，在尖齿间距灵活性，包含轴承在心轴上的相互间隔位置，保持螺旋配置方面，有 严重的缺点。圆盘耙组方轴(A)在农用圆盘耙设计中是常用技术，因为其通过消除现有设计中 的大量小型紧固件来加速维护和调整(重新紧固组件)。在本发明的实施例中，独特的组合 包括管件(B)和一致的尖齿特征，如齿根(M)的内径，保证组件一旦用固定螺母(0)紧固在 圆盘耙组方轴上，将保持固定并维持之前所述的尖齿间隔，同时在需要时更换单个尖齿或 在认为必要时更换所有尖齿。定距件(C)包括实现几种不同目的的多个特征。定距件总共具有应用于辊子组件 中不同位置的三种不同配置。双定距件(C)作为一个接收器容纳它任意一端的一组三个尖 齿。定距件⑶为缩短的双定距件，包括更小的圆周端用于安装在组件的端部以接触轴承， 并保持尖齿离开尖齿的退刀侧(R)。相对应地，定距件(E)为用于组件另一端的缩短的双定 距件。当侧向推力作用于压力面(S)时，定距件(C)和(E)较大圆周部分防止土壤破碎过 程中向上移动并且提供保持尖齿与管件(B)相对的附加力。为了具有统一的螺旋形式或尖齿间隔，尖齿(F)在整个组件中必须彼此保持适当 的关系。这通过使用定距件(C，D，E)内孔上的齿轮状齿(H)来实现，该齿轮状齿与尖齿基 部上的配对齿轮状齿(G)啮合。联锁装置的一个实施例可以创建为锥形齿槽，只要齿槽段 间距产生所希望的螺旋形式。尽管此处公开的实施例描述了齿轮状齿，但公开的发明也可 以利用本领域常见的其它联锁形式。可通过锥形齿槽组件获得的楔入动作在本公开中通过定距件内部的锥形沉孔实 现。由于刀杆由锁紧螺母(0)牵引，同时在圆盘耙组方轴的相对端由成型封头(P)固定，因 此位于尖齿基部的锥体(I)和位于定距件沉孔内的锥体(J)互相妨碍。当圆盘耙组方轴在管内延伸时，管件⑶于(M)处由尖齿基部啮合。在圆盘耙组 方轴的外径在(M)处与尖齿啮合的厚壁管件的内径之间存在间隙配合。支撑尖齿组的另一个啮合面为定距件的表面，该表面垂直于辊子定距件(C，D，E) 的表面(L)和尖齿基部面(K)。这些重合表面还防止土壤和植物残余进入组件的内部构件 中。尖齿与定距件组件接合的终点是尖齿基部位于(Q)处的重合面。使尖齿进入土壤 所需的力通过Q处的重合尖齿基部组有效地沿圆周传递。为更换拆除单个尖齿是通过将轴承从其安装位置拆除，松开圆盘耙组方轴足以将 要更换的尖齿基部拆除，更换单个尖齿或一组尖齿并重新紧固组件来实现的。本公开提出了一种结合或分段的40度螺旋，该螺旋需要18个接合齿以在整个组 件的尖齿组之间形成均勻的20度螺旋。根据本公开的预期，这些间隔的多个其它布置是可 能的。本发明的其它类似实施例可采用多个尖齿组，而非一组三个齿，为清楚起见本公开示 出三个齿。此处公开的螺旋样式包括，每个尖齿进入事件之间相等的轴旋转度数，以及相邻 尖齿之间40度的最佳旋转间隔，以便防止土壤破碎力在相邻尖齿的退刀侧相互干涉，并在 土壤产生45度样式以使前端和后端组件使用土壤中相同的洞。耕作尖齿齿刃设计增强特征
参照附图10，尖齿基部(C和D)的相对面(A)和(B)均具有定位其上的凸起(E) 和(F)。每一侧上的凸起是不相同的以便确定尖齿组的螺旋方向。两种形状不能与定距件 的匹配凹槽内的错误尖齿互换。入口缘(G)如在Martindale Q005)和Huxley (1983)的现 有技术中做成倒角，但在此公开(附图10) —种从齿刃部分尖部至基部渐进的倒角。该渐 进倒角的范围从75度到1度，从齿刃入口缘的齿尖(H)渐进至基部(I)。这种对入口缘形状改进的效果是当尖齿速度最大并产生冲击以开始穿透耕作层 时，尖齿开始进入土壤。继续向下运动产生剪刀状动作，该动作以更加有效的剪切作用捕 获植物材料。此外，尖齿倒角做成弧形形状。该范围可以从接近无穷至相当于入口缘长度 所需的最小值。类似的，该边缘可利用多个小半径状倒角形成，在保持为弧状的同时形成锯 齿状边缘。这增强了边缘的切削能力。由于纵列式辊子车架设计不依赖于齿刃两侧破碎土壤的尖齿性能，从节省材料的 角度考虑，消除Martindale (2005)中体现的尖齿主体的弧形反侧弧和锥度。现在，齿刃采 用了用于支撑刀刃的加力板(J)和用于抵抗断裂的大圆角(K)。这使得在零辊子偏移角度 时尖齿对土壤破碎的无效性。最后的重要特征是尖齿从动缘(L)的弧形设计。相比其它齿形通风器公开的直线 型特征，本装置施加破碎力的表面积增加了 37%。通常与前述尖齿设计有关的齿从动缘材 料的侵蚀用更多的材料进行补偿。后缘含有完全确立的倒角(M)以减少轴的扭矩。定距件(附图11)表面㈧包括一系列匹配的凹槽，其数量至少为包含在装置组 中采用的尖齿基部上的凸起数量的两倍。凹槽(C和D)的形状与尖齿基部上的凸起一致以 产生正确的顺时针或逆时针螺旋样式。如果所希望的尖齿组或三个一组的数目在没有样式重复时超过可能的总数，有必 要重组螺旋或建立新的起点(附图12)。这通过制造一个将凹槽(A)固定于建立用于适当 起点的新位置所需的角度偏移处的定距件(13)来实现。如附图11、12和13所示，定距件制造有外部区分标记。这些集合在一起的布置提 供了一种自动防故障装配规程辊子组件的第二实施例圆盘耙组方轴系统的第二实施例最小程度地依赖于铸件生产。定距件的长度容易 改变以适应尖齿间距的变化。这对于在圆盘耙组方轴上增加轴承支承非常有用。本发明特 别地提供一种尽管存在轴承中断仍可保持螺旋连续性的结构。定距件制造协议还带来用于 制造耕作尖齿组的独特模式以产生耕作区的廉价方法。附图14描述了销钉或定位销圆盘耙组方轴系统的所有组件。圆盘耙组方轴(A) 及其在辊子和尖齿系统中的基本作用与上述公开的心轴系统基本相同。尽管本组件中的圆 盘耙组方轴公开了一种六边形形状，但其可以是足以与中央传动轮毂(B)内部匹配几何形 状啮合的任意形状。该圆盘耙组方轴用以产生压力以对准和限制构件，并提供使尖齿进入 土壤所需的转矩，然后传递使其它相邻尖齿(C)进入所需的相反方向的作用力。传动轮毂(B)外径上设计成啮合形状，外径的尺寸数值与压圈(D)的内径啮合。压 圈与尖齿基部的每一侧相邻安装。位于相邻尖齿压圈每一侧的是定距件(E)和(F)，定距件可根据其在组件中的功 能以及机器使用地的特定种植实践的操作要求制造成不同的长度。需要轴承(G)支承的辊子组件内的位置可加入使用缩短形式的定距件(F)。称为端盖(H)的定距件用于完成内置 轴承安装协议。当轴承安装在圆盘耙组方轴端部，比如靠着形成在圆盘耙组方轴一端上的 六角头(I)时，采用相同的端盖。附图15示出如何将各构件组装以制造最佳土壤穿透和机器低振动特性所需的均 勻螺旋几何形状。圆盘耙组方轴(A)形成用于推进并为尖齿(C)提供推进力的中央部件。 该作用力通过中央传动轮毂(B)传递至压圈(D)，并最终通过定位销铸件进入尖齿基部或 销钉(J)。附图16示出在此公开的技术的一个例子，用于一系列尖齿组或星形配置的起始 点以在辊子组件的螺旋内保持最佳尖齿间隔。压圈(D)是可翻转的。这通过在压圈表面上 设置如图所示的字母“A”和“B”标志来辨别。尖齿位置的径向中心线位于两个螺旋段间角 度差的一半处，因此当压圈反转时中心线顺时针或逆时针转换与两组尖齿间的角度间隔相 等所需的角度。这种特定例子为40度螺旋，在此重组角度为20度。与传动轮毂匹配表面 相关的尖齿中心线定位在尖齿中心线10度处。附图17示出了用于推进和部分对准的中央轮毂的特征。轮毂的孔(B-I)制造成 符合圆盘耙组方轴的形状。内孔的延伸部(B-2)提供了定距件内径的同心点，因此在组件 开始紧固之前定距片总是对准的。外部形状由组件的每转的尖齿数目、所需的间距、组或段 的数目以及每段星形或齿套数目所决定。附图18示出将尖齿固定在辊子组件内的尖齿(C)基部(C-I)的配合表面和定位 销孔(C-2)。这些销孔也可铸造成与尖齿基部一体的定位销(A)。对于尖齿基部非常重要 的另一个特征是与中央传动轮毂(附图17(B-3))的外径相适应的内径(C-3)。位于形成耕作尖齿刃的基部的齿毂⑶上的识别标记(B-1和B-2)，由横梁(E)的 方向标明了尖齿在机器车架中辊子组件的优选操作位置。箭头(F)描述了从机器后部观察 的尖齿方向。当尖齿组装到相对于机器行进方向顺时针偏移的摇臂上时，尖齿将产生顺时 针(CW)螺旋尖齿样式。相反地，具有与齿毂(D)上的箭头(F)相关的横梁(E)的尖齿的安 装将产生逆时针(CCW)螺旋尖齿样式。旋转耙附属装置附图19进行二次耕作操作时，旋转耙(附图19)技术具有严重的局限性。通常最好和最 常用的应用是在春季极其潮湿的土壤环境下，用它从土壤表面提升植物残茬以允许足够的 空气流动来干燥土壤表面，为种植做好准备。Phillips(附图19(A))的耙由于其独特结构 可以进行整体的土壤表面翻动。然而，它必须能够持续地穿透土壤表面至超过1/2至3/4 英寸(1至2厘米)的深度，这一深度在二次耕作中是有效的。在此描述的配置了纵列式辊子的初级耕作操作，能提供正常土壤耕作湿度条件下 允许旋转耙在单次通过中进入土壤断面多达3英寸(或10厘米)所必需的土壤容重的减 少。这通过不将土壤从耕作层提升至表面被搅动来实现或通过耙工具进行操作。相反地， 耙工具进入土壤剖面。该组合操作的结果是不使用除草剂来去除浅根杂草。通过调节由土壤通风器尖齿 产生的土壤破碎量，可以在不拔出新生作物但铲除生长中及新发芽杂草的情况下，执行诸 如玉米和高粱等成行作物的全宽度浅深度种植。这种技术的结合具有通过单独种植作物之 间的安全操作从行内去除杂草的独特功能。苜蓿在第一次切割去除后和再次在收获季末期，冬季或下一个农事年早期具有类似的益处。这种耕作技术的结合减少了除草剂的需求。这种耕作方式的组合用于支持机械方式专门用来控制所有植被的有机生产系统。 在所建立的最积极调整中，生长的植物被拔起。在最小破坏性调整中，可在不伤害种植作物 的情况下从生长作物中取出成长早期的杂草。垂直耕作尖齿与旋转耙(A)的组合动作对于去除由负重轮式车，如联合收割机、 运粮拖车或卡车引起的田间浅洼也非常有效。一个显著的优点是调平动作在产生洼地的行 进方向上是最有效的。没有必要通过对角交叉这些浅沟来滥用操作人员或机器。旋转耙通过平行连杆系统(D)附装，该平行连杆系统通过机械、电力或液压(C)的 方式驱动。驱动器安装在支承架或具有安装吊耳(I)的调节板上。耙工具的主动角度取决 于操作深度(由耕作尖齿产生的初次耕作破碎带来的结果)和安装板(E)处的偏移调整角 度。耙组件安装架(J)在调整架(B)的点(F)处特定旋转，该点(F)位于耙工具耕作动作 的中心。此处的布置公开了一个耙组件，该耙组件无论旋转耙偏移的角度如何都保持在耕 作路线的中心。保持耙的T型架(J)在本特定实施例中利用保持销(H)在5度增量内是可 调整的。限制销(G)设定了最大偏移角度并将组件安装板(E)固定在一起。每个耙组由销 (K)通过支架形铰链与T型架悬挂连接。附加销(L)可选择地安装在支架和槽(M)中，槽 (M)限制耙架向下运动至45度。槽允许耙升高越过障碍但不能降低。当耙锁定在该位置时，通过平行连接系统施加的提升力能够控制耙工具的穿透深 度。利用机器轮距和机器主架与耙架上的高度控制的调节，该单元可用来选择性地重建永 久性高设苗床和垄。通风器尖齿操作使得毛细水沿穿孔的推力面垂直上升，因此尖齿的使用可在某些 情况下加重土壤水分向土壤表面散失，并保持土壤潮湿以适合播种机种子开沟器操作。栽 培顺序中增加旋转耙，阻止了毛细管水在土壤断面内耙工具横向弧形前进深度上的向上运 动。调节通风器尖齿破碎力以有效地调节旋转耙工具的耕作深度是可行的，以使播种沟正 好位于土壤轮廓中毛细水分集中在耙工具水平路径底部的点上。在零度或接近零度偏移工作的耙将确保毛细水运行至田间表层。这在放置种子的 干燥土壤环境中种植新的作物是非常有利的。类似地，施用需要用水激活的除草剂的土壤 可通过耕作尖齿动作与在零度偏移下耙工具的平缓碾压效应相结合来激活。残茬重整尺寸，压折附图20耕作作业提供了执行辅助田间作业的机会，如作物残茬重整尺寸或切断和生长作 物的压折。若所需土壤翻动量最小，那么切碎机将体现为如附图20所示的前端安装附件。 辊刀(A)在相对较硬的未耕土壤表面用刀刃(B)切削残茬更加有效。在地面覆盖受限且风 蚀可能促进作物残茬和土壤流失的情况下，该附属装置逻辑上应安装在机器的后端。这种 布置将切断很少的茎杆，反而会将其压或钉入土壤中。在这种环境下，为了提高播种开沟器 的性能并保护幼苗免遭风吹土壤颗粒，在种植时节旋转耙将专供将残茬清理出种沟区域之 用。当使用覆盖作物时，为了新作物的生长和收获必须对其进行控制。这些覆盖作物 可通过化学制剂或适当地定时压折来加以控制。带有切碎机型附属装置的该作业的增强效 果包含在附图4中关于偏心岩石保护连接调整的讨论中。
通过结合所有三种耕作和残茬管理技术(附图21)，有可能使其它最主要的管理 措施如覆盖作物播种、施肥、石灰浸物质应用、以及其它土壤改良剂(如生物激素和微生物 接种剂)的应用与初次和二次耕作操作相结合。当执行能被定制为土壤改良或播种的耕作 操作时，具有或没有GIS/GPS技术的安装或牵引气动和液压应用设备是一种实际现状。所 有这些最佳管理措施都已成为可能，因为单程耕作/种植/施肥技术在不破坏生态系统情 况下执行了必须的初次耕作。最后，附图22通过示出包括播种和施肥附属装置公开了所有实施例的完善结合。 所有已在这点上公开的用于休耕或播种作业前整地的耕作和残茬管理(A，B和C)，逻辑上 导致种植和施肥操作可与耕作同时进行。制造用于施肥和播种的耕作区机架内摇臂枢转槽(H)的可调整位置可用于制造耕作区和中间未耕区。采用不同 长度的辊子定距件(附图14E和F)也可制造耕作动作的区域。这些区域可通过在车架内 安装带有带状耕作刀(E)独立的刀杆(D)进行进一步的改进。这类似于采用刀或众所周知 称为“带状耕作”的大型犁刀系统来实现。刀柄(E)耕作的好处由前部(A)的耕作尖齿动 作得以加强，并导致带状耕作刀柄(E)的损耗率大大减轻。受土壤改良剂影响的土壤区域 的总量得以大大扩展。由于运输轮和沿安装杆⑶安装的的播种开沟器(F)是可以调整的，因此这种带 状耕作附件与可能的任意行中心线间距的双行种植配置(双行宽度7至8英寸或17. 5至 19厘米)是兼容的。使用标准的辊子定距件可在10”、20”、或30”间距上实现两排尖齿间 种植单行。若操作人员希望在垂直尖齿标记处种植种子或施肥，使用额外的残茬切割具有 优势。尖齿不垂直提升土壤或种子的独有特性允许后部(B)耕作尖齿在种子位置的后面的 动作。测深轮(G)或本领域其它类似装置用于控制播种深度。该轮的测量动作与尖齿动作 相结合改善了毛细水的集聚，协助种子快速并且均勻萌发，并扩散和稀释可溶土壤改良剂， 对包含可能危害种子自身或小种苗的可溶性盐的改良剂尤其重要。其它种子，如谷物和小种豆科植物以及草可以通过本领域已知的从顶部框架式安 装的种子箱或从空气播种设备通过撒布机吹送出来简单撒播。后列(E)耕作实现恰好通 过且不埋没小种子，旋转耙用于配合所需深度或轻轻地压实土壤以将毛细水带至种子放置 区。总结本申请公开了对业已存在的耕作技术的精细改进，体现在构架内的耕作和残茬管 理技术的独特结合，优化了每个独立元件的工作性能以及所有要素结合的协同影响。通过 创造一个完全的生产系统，把管理推向新千年的一个可持续的和先进的生物作物生产系 统，这些目标可全部实现。。该耕作技术减少了土壤侵蚀、淡水非点源污染以及不可再生能源的消耗，同时创 造了更多的自然肥力。给土壤创造具有更大多样性的不断生长的生物圈，通过为人类和地 球上与我们共同栖息的其它物种生产更具营养密度和更健康的食品，增加人类劳动成果。
权利要求
1.一种车架系统，该车架系统通过允许辊子/尖齿组件从后部位置互换到前部位置以 及从前部互换到后部位置以延长土壤接合尖齿的使用寿命，所述更换为机架对角方向或直 接前后方向。
2.一种车架系统，包括土壤接合辊子和尖齿组件的双偏心和单偏心纵列式布置。
3.一种车架，通过将在辊子组件上的尖齿组之间横向测得的尖齿间距增大到从7. 5英 寸至12英寸的范围，以减少穿透所需的压载和重量。
4.一种车架，包括具有沿顺时针和逆时针旋转的40度螺旋样式的辊子组件，用于放置 在垂直于机器行进方向上的顺时针和逆时针旋转的双偏移结构中。
5.一种车架，包括具有沿顺时针和逆时针旋转的40度螺旋样式的辊子组件，用于放置 在垂直于机器行进方向上顺时针或逆时针旋转的单偏移结构中。
6.一种车架，包括如权利要求4和5所述的辊子组件，包括六组三个一组的尖齿组，所 述尖齿组彼此顺时针或逆时针偏移20度。
7.一种辊子/尖齿布置，提供土壤接合部件或尖齿的相容最大可能穿透深度，以确保 均勻的空气/水管理结果和压实减缓。
8.一种辊子/尖齿组件布置，自动同步前部和后部辊子/尖齿组件间的穿透位置，从而 分辨位于前部和后部尖齿的初次操作。
9.一种车架，包括安装在摇臂上的辊子和尖齿组件，为了沿机械行进方向顺时针和逆 时针旋转，所述摇臂绕中点从0至20度枢转。
10.一种车架，包括可旋转连接组件，将摇臂组件定位为从行进方向到垂直方向顺时针 和逆时针偏移的无限角度，并能够改变前部和后部摇臂偏移角度之差。
11.一种车架，包括在构架内横向调整以产生耕作和非耕作的变化的区域宽度的摇臂 组件。
12.—种车架，可被选择性地装备，在车架中心部分的前部或后部改变作物残茬的尺 寸，可利用液压或手动装置与土壤表面接合或分离。
13.一种车架，可选择的配备有可调整旋转耙，在平行于土壤表面的平面内可升起并可 在与机器行进方向平行的轴线方向上顺时针逆时针旋转的45度斜坡处锁定，保持在其相 应的耕作路径中心上的同时提供不同程度的土壤穿透。
14.一种尖齿安装几何结构，包括多个平面内的弧形倒角、弧形锥体和弧形平面，所述 多个平面用于固定尖齿而未采用便于单个尖齿更换的单个尖齿保持硬件或焊接工艺。
15.一种尖齿和定距片系统，利用圆角凸出和配对定位槽以产生尖齿基部和定距片部 件的分度几何结构，从而建立单个和复合镜像螺旋样式。
16.一种尖齿，具有通过在最大尖齿速度点处开始插入改善穿透的切向前进切削刃。
17.一种尖齿进入缘，在尖齿的进入端头具有逐渐尖锐的切面。
18.一种尖齿，由弧形进入缘构成。
19.一种尖齿进入缘，角度逐渐变小，为土壤界面提供一个较大的表面积，以增加破碎 力和提高强度。
20.一种尖齿后缘，具有弧形形状。
21.一种尖齿后缘，具有用于向尖齿的非受压侧转移土壤的弧形切面，以减少翻转力矩 和土壤向地面的位移。
22.—种尖齿，具有用于相对于强度比提高重量并抵抗水平剪切力的节点板后侧。
23.一种定距片，具有等于分界的尖齿基部上圆角凸出的数目的两倍和更多倍的最小 数目的定位槽，以在重建的镜像螺旋样式中设定新的起始点。
24.一种尖齿保持系统，利用通过尖齿基部或在尖齿基部内定位的一系列定位销或定 位器。
25.一种定位销或定位器的系统，所述定位销或定位器位于与尖齿基部相邻定位的成 对压圈内。
26.一种具有中心轴或圆盘耙组方轴的系统，所述具有足够的均勻外部台肩以接合中 央驱动或推进轮彀的内部几何结构。
27.一种内部形式压圈的系统，用于在任一方向从中央推进轮彀的外部圆周接收和传 递旋转转矩。
28.一种具有可选择长度的隔片的系统，用于接收由心轴螺栓组件施加的轴向力，所述 心轴螺栓组件是本领域常用的并保持销钉或定位器销以使其不能被从组件的任一相邻压 圈上横向拆除。
29.一种具有端盖和不同长度的定距片的系统，所述定距片可与其它部件定位以在保 持均勻尖齿组间距的同时建立任意内部尖齿组位置内的支承轴承位置。
30.一种内部驱动且准确地定位相互连接部件的系统，所述相互连接部件在不改变尖 齿组的螺旋位置的情况下允许支承轴承安装位置。
31.一种压圈的系统，所述压圈如此设置以使当反转和以适当的配准与轮毂组装时，所 述压圈改变螺旋样式以等于相邻尖齿之间旋转度数的所需部分，以便建立所述样式的新起 始点。
32.一种协调内部和外部互联表面的系统，所述内部和外部互连表面允许给定均勻定 时螺旋的整体进度中的多个螺旋起始点或相位。
33.一种土壤开沟器的系统，所述土壤开沟器可调整到行和苗床宽度用于播种、条耕、 喷雾和施肥作业。
34.一种可调整、可复位和行进时可调的偏心连接系统，在尖齿和辊子系统遇到障碍， 比如岩石时，解除车架的垂直行进。
全文摘要
本发明公开了一种垂直尖齿耕作纵列式车架及相关二次耕作、种植、施肥机械。该车架包括辊子组件，该辊子组件具有具有沿顺时针和逆时针旋转的40度螺旋样式，用于放置在从垂直于机器行进方向的垂向顺时针和逆时针旋转的双偏移结构中。本发明实现了水从土壤表面快速消失和高效水份运输以及在表层土内的空气交换，而不破坏生产性农业土壤所需的脆弱生态系统。垂直尖齿耕作纵列式车架及其相关二次耕作、种植和施肥机械中多种耕作和种植技术的将提高农业土壤的健康性和农业生产力的可持续性。
文档编号A01B49/06GK102132643SQ201010211649
公开日2011年7月27日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年12月31日
发明者丹尼尔·R·马丁代尔, 詹姆斯·R·马丁代尔 申请人:丹尼尔·R·马丁代尔, 詹姆斯·R·马丁代尔