一种培土机及其设计方法与流程

1.本发明涉及农业设备领域，具体地讲，涉及一种培土机及其设计方法。


背景技术：

2.针对郴州烟叶种植地区，从目前机具使用的情况看，现有烟草培土机具技术存在如下的一些问题：
3.1、培土机采用螺旋刀旋抛原理，利用导板使培出的土流向烟畦中间；该方案采用直接对土壤翻抛方式，翻抛过程中易造成大量土壤盖在烟叶表面，造成烟叶腐烂；
4.2、整机轻量化不够，由于郴州烟田，主要以山地、丘陵为主，地面崎岖不平，地块小，运输道路狭窄，且培土作业期，土壤多数经沤水，机具陷坑、打滑，无法正常田间作业；
5.3、郴州烟田整个培土环节，需经三次培土，而每次培土垄高较有一定差异，实际中需培土机能做到培土高度可调节；
6.4、郴州烟田属南方粘土，土壤比阻大，耕作阻力大，工作时机具无法左右平衡，刀轴上下振动较大，增加劳动强度，降低作业效率。
7.5、郴州烟田存在垄底20cm、30cm、40cm等无规则种植现状，培土机无法同时满足上述作业现状。
8.针对郴州烟叶种植地区人工培土劳动强度大，现有机具无法满足郴州烟叶种植农艺条件的现状，对机具作业过程中的培土的作业机理进行深入理论和仿真分析，设计一款适合郴州烟叶种植地区地形地貌的轻简型培土机，满足烟草生产中培土作业的农艺要求，解决当前烟草生产中培土环节无机可用的问题。有效降低劳动强度和烟叶种植成本，促进山区烟草的生产。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题是提供一种培土机及其设计方法，方便烟叶种植培土。
10.本发明采用如下技术方案实现发明目的：
11.一种培土机及其设计方法，包括支架组件，其特征在于：所述支架组件固定连接把手组件，所述支架组件固定连接动力组件，所述动力组件的输出轴固定连接垄顶挑枝组件，所述动力组件的输出轴固定连接旋耕组件，所述支架组件固定连接前轮组件；所述支架组件包括骨架，所述骨架固定连接防护罩，所述骨架固定连接对称的第二减速箱安装板，所述骨架固定连接u板二；所述动力组件包括发动机，所述骨架固定连接所述发动机，所述发动机固定连接第一减速箱，所述发动机的输出轴穿过所述第一减速箱，所述发动机的输出轴固定连接所述第一减速箱的输入轴，对称的所述第二减速箱安装板分别固定连接第二减速箱，所述第一减速箱的输出轴固定连接所述第二减速箱的输入轴。
12.作为本技术方案的进一步限定，所述垄顶挑枝组件包括对称的转盘，所述第二减速箱的后输出轴固定连接对称的所述转盘的中心轴，对称的所述转盘分别固定连接一组支撑杆，每个所述支撑杆分别固定连接轮盘一，对称的所述轮盘一分别固定连接一组均匀分
布的挑枝板，每个所述挑枝板分别固定连接轮盘二。
13.作为本技术方案的进一步限定，所述旋耕组件包括对称的六方管，所述第二减速箱的前输出轴固定连接对称的所述六方管，每个所述方管分别固定连接一组均匀分布的y形壳，每个所述y形壳分别设置有三个均匀分布的安装槽，每个所述安装槽内分别设置有安装杆，每个所述安装杆分别固定连接对应的所述y形壳，每个所述安装杆分别固定连接旋耕刀。
14.作为本技术方案的进一步限定，每组所述y形壳的两端所述y形壳分别固定连接l板，每个所述l板分别固定连接挡板。
15.作为本技术方案的进一步限定，所述把手组件包括把手，所述车把固定连接转轴，所述转轴轴承连接u形架，所述u形架固定连接圆头板，所述圆头板固定连接u板一，所述u板一固定连接支撑筒，所述支撑筒下端两侧分别固定连接安装板，对称的所述安装板分别固定连接所述骨架，所述车把固定连接u形件，所述u形件固定连接弧板，所述弧板设置有一组均匀分布的孔一，所述u形架固定连接竖板，所述竖板固定连接横筒，所述u形架固定连接竖筒，所述圆头板设置有一组均匀分布的孔二，所述竖筒正对一个所述孔二，所述u形架固定连接圆台孔板的大圆台，所述圆台孔板的中圆台设置在所述圆头板中心位置，所述圆头板固定连接方板，所述圆台孔板的小圆台设置在所述方板的中心位置。
16.作为本技术方案的进一步限定，还包括培土犁连接组件，所述培土犁连接组件包括圆管，所述u板二内设置有所述圆管，大销轴穿过所述u板二的两端，所述大销轴穿过所述圆管，所述圆管固定连接t板，所述t板固定连接u槽，所述u槽内设置有连接杆，所述连接杆,设置有一组均匀分布的圆孔。
17.作为本技术方案的进一步限定，小销轴穿过所述u槽匹配所述圆孔。
18.作为本技术方案的进一步限定，所述前轮组件包括前轮安装杆，所述防护罩固定连接所述前轮安装杆，所述前轮安装杆轴承连接前轮。
19.作为本技术方案的进一步限定，所述第二减速箱的调速轴连接档位杆。
20.作为本技术方案的进一步限定，所述骨架固定连接档位槽，所述档位杆设置在所述档位槽内。
21.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
22.1、本装置两把手之间有柔性横梁，柔性横梁固定连接两把手，能有效减小车把对手臂的作用力以得到缓冲，也可减轻操作员在田间作业路况差的道路或长时间骑行时所导致的手臂疲劳，并保护手臂之免受强烈冲击的伤害。本装置转轴固定连接车把，能增加手握车把的稳定性。
23.本装置设置有支撑筒，其能承担u板一上方部件的重量，使本装置运动更为平稳。
24.2、本装置实现板结土壤精细粉碎，利于培土犁培土至垄顶。本装置的旋耕刀转速可提升至350转/min，工作时能将沟底土壤粉碎且无抛翻至垄上。本装置通过设置挡板，挡板接触旋耕刀旋耕土地抛起土壤，避免土壤被抛起。
25.3、本装置通过设置挑枝板，在土壤耕作部件工作时，将烟叶向上挑起，使烟叶接近竖直状态，避免翻抛起的土壤落到烟叶上。
26.4、本装置通过使用连接杆连接培土犁，培土犁通过机具牵引力将粉碎后的土壤均匀拖至垄顶。
附图说明
27.图1为本发明的立体结构示意图一。
28.图2为本发明的立体结构示意图二。
29.图3为本发明的立体结构示意图三。
30.图4为本发明的把手组件立体结构示意图。
31.图5为本发明的把手组件局部立体结构示意图一。
32.图6为本发明的把手组件局部立体结构示意图二。
33.图7为本发明的把手组件局部立体结构示意图三。
34.图8为本发明的把手组件立体结构示意图三。
35.图9为本发明的圆台孔板立体结构示意图。
36.图10为本发明的局部立体结构示意图一。
37.图11为本发明的局部立体结构示意图二。
38.图12为本发明的垄顶挑枝组件立体结构示意图。
39.图13为本发明的局部立体结构示意图三。
40.图14为本发明的局部立体结构示意图四。
41.图15为本发明的技术路线流程图。
42.图中：
43.1、把手组件，101、车把，102、刹车，103、前罩，104、u形件，105、弧板，106、孔一，107、竖筒，108、u形架，109、转轴，110、u板一，111、支撑筒，112、安装板，113、竖板，114、横筒，116、圆台孔板，117、圆头板，118、方板，119、孔二；
44.2、动力组件，21、发动机，22、第二减速箱，23、第一减速箱，
45.3、培土犁连接组件，31、连接杆，32、圆孔，33、u槽，34、小销轴，35、t板，36、圆管
46.4、垄顶挑枝组件，41、转盘，42、支撑杆，43、轮盘一，44、挑枝板，45、轮盘二；
47.5、旋耕组件，51、y形壳，52、六方管，53、安装槽，54、l板，55、挡板，56、旋耕刀，57、安装杆；
48.6、支架组件，61、骨架，62、防护罩，63、第二减速箱安装板，64、u板二；
49.7、前轮组件，71、前轮，72、前轮安装杆；
50.8、档位杆；
51.9、档位槽。
具体实施方式
52.下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
53.本发明包括支架组件6，所述支架组件6固定连接把手组件1，所述支架组件6固定连接动力组件2，所述动力组件2的输出轴固定连接垄顶挑枝组件4，所述动力组件2的输出轴固定连接旋耕组件5，所述支架组件6固定连接前轮组件7；所述支架组件6包括骨架61，所述骨架61固定连接防护罩62，所述骨架61固定连接对称的第二减速箱安装板63，所述骨架61固定连接u板二64；所述动力组件2包括发动机21，所述骨架61固定连接所述发动机21，所述发动机21固定连接第一减速箱23，所述发动机21的输出轴穿过所述第一减速箱23，所述
发动机21的输出轴固定连接所述第一减速箱23的输入轴，对称的所述第二减速箱安装板63分别固定连接第二减速箱22，所述第一减速箱23的输出轴固定连接所述第二减速箱22的输入轴。
54.所述垄顶挑枝组件4包括对称的转盘41，所述第二减速箱22的后输出轴固定连接对称的所述转盘41的中心轴，对称的所述转盘41分别固定连接一组支撑杆42，每个所述支撑杆42分别固定连接轮盘一43，对称的所述轮盘一43分别固定连接一组均匀分布的挑枝板44，每个所述挑枝板44分别固定连接轮盘二45。
55.所述旋耕组件5包括对称的六方管52，所述第二减速箱22的前输出轴固定连接对称的所述六方管52，每个所述方管52分别固定连接一组均匀分布的y形壳51，每个所述y形壳51分别设置有三个均匀分布的安装槽53，每个所述安装槽53内分别设置有安装杆57，每个所述安装杆57分别固定连接对应的所述y形壳51，每个所述安装杆57分别固定连接旋耕刀56。
56.每组所述y形壳51的两端所述y形壳51分别固定连接l板54，每个所述l板54分别固定连接挡板55。
57.所述把手组件1包括把手101，所述车把101固定连接转轴109，所述转轴109轴承连接u形架108，所述u形架108固定连接圆头板117，所述圆头板117固定连接u板一110，所述u板一110固定连接支撑筒111，所述支撑筒111下端两侧分别固定连接安装板112，对称的所述安装板112分别固定连接所述骨架61，所述车把101固定连接u形件104，所述u形件104固定连接弧板105，所述弧板105设置有一组均匀分布的孔一106，所述u形架108固定连接竖板103，所述竖板103固定连接横筒104，所述u形架108固定连接竖筒107，所述圆头板117设置有一组均匀分布的孔二119，所述竖筒107正对一个所述孔二119，所述u形架108固定连接圆台孔板116的大圆台，所述圆台孔板116的中圆台设置在所述圆头板117中心位置，所述圆头板117固定连接方板118，所述圆台孔板116的小圆台设置在所述方板118的中心位置。
58.还包括培土犁连接组件3，所述培土犁连接组件3包括圆管36，所述u板二64内设置有所述圆管36，大销轴37穿过所述u板二64的两端，所述大销轴37穿过所述圆管36，所述圆管36固定连接t板35，所述t板35固定连接u槽33，所述u槽33内设置有连接杆31，所述连接杆,31设置有一组均匀分布的圆孔32。
59.小销轴34穿过所述u槽3匹配所述圆孔32。
60.所述前轮组件7包括前轮安装杆72，所述防护罩62固定连接所述前轮安装杆72，所述前轮安装杆72轴承连接前轮71。
61.所述第二减速箱22的调速轴连接档位杆8。
62.所述骨架61固定连接档位槽9，所述档位杆8设置在所述档位槽9内。
63.所述防护罩62为流线形，垄顶挑枝组件4及旋耕组件5设置在其下方，遮挡旋耕刀56旋耕土地抛起土壤。
64.本装置两把手之间有柔性横梁，柔性横梁固定连接两把手，能有效减小车把对手臂的作用力以得到缓冲，也可减轻操作员在田间作业路况差的道路或长时间骑行时所导致的手臂疲劳，并保护手臂之免受强烈冲击的伤害。
65.本装置转轴109固定连接车把101，能增加手握车把101的稳定性。
66.本装置设置有支撑筒111，其能承担u板一110上方部件的重量，使本装置运动更为
平稳。
67.将本装置安装到移动机构上，移动机构带动本装置移动。打开发动机21，发动机21带动第一减速箱23运动，第一减速箱23带动第二减速箱22转动，第二减速箱22的前输出轴六方管52、y形壳体51、l板54、挡板55、安装杆57及旋耕刀56摆动，旋耕刀56旋耕土壤，挡板55遮挡抛起的土壤。
68.本装置实现板结土壤精细粉碎，利于培土犁培土至垄顶。本装置的旋耕刀56转速可提升至350转/min，工作时能将沟底土壤粉碎且无抛翻至垄上。本装置通过设置挡板55，挡板55接触旋耕刀56旋耕土地抛起土壤，避免土壤被抛起。
69.第二减速箱22的后输出轴带动转盘41、支撑杆42、转盘一43、挑枝板44及转盘二45转动，挑枝板44转动同时向前移动，将烟叶向上挑起。
70.本装置通过设置挑枝弧板20，在土壤耕作部件工作时，将烟叶向上挑起，使烟叶接近竖直状态，避免翻抛起的土壤落到烟叶上。
71.根据烟田实际情况，选择合适的圆孔102，将连接杆101连接培土犁。培土犁通过机具牵引力将粉碎后的土壤均匀拖至垄顶。
72.一种培土机设计方法：
73.步骤一：研究内容。
74.(1.1)山区烟草种植农机配合农艺的研究：广泛调研和分析目前的烟草培土使用效果和现有的生产厂商的技术细节，郴州烟区旱地、稻田植烟土壤质地、结构等特点，及郴州烟区种植农艺要求，提出适宜郴州烟田培土机作业的农艺要求，确定培土作业的要求，确定研发的技术方向。
75.(1.2)山地模块化烟草培土机的方案设计：通过对国内外相关机具的培土方式进行研究，结合郴州种植农艺要求对培土标准进行确定，提出山地模块化烟草轻简化培土的设计方案。对机具主要工作部件进行结构设计。
76.(1.3)机具主要部件的运动学及动力学分析：结合设计要求，用ug软件对整机进行整体设计，建立三维模型，并进行优化，在edem、ansys环境下对培土土壤流运动状态，螺旋刀轴阻力等分析。
77.(1.4)培土机作业对土壤物理性状、根系生长发育等的影响研究。研究培土量、土壤粉碎度、土壤团粒度等土壤指标对烟草根系生长发育影响机制，制订合理促根、增产培土方式。
78.(1.5)试制样机：根据结构设计进行样机试制并进行田间试验，针对田间试验中发现的问题，进一步对样机进行改进和优化。
79.(1.6)示范应用：设备定型之后的进行量产，郴州烟区示范应用5台设备，形成2000亩以上的小规模示范，制订培土机操作规程。
80.步骤二：技术路线。
81.技术路线流程图如图15所示。
82.以市场情况、农户需求、培土农艺要求、地形貌等为问题导向，采用理论分析与机构设计并举手段，对培土机与土壤交互作用仿真优化及土槽性能试验，降低土壤耕阻力。刀具耐磨强化处理，提高刀具板结土壤耕阻可靠性。整机采用模块化设计、数字化集成设计后进行样机试制、田间试验、反馈、修改，最终形成批量生产、规模化应用。
83.步骤三：总体方案。
84.存在问题：整机轻量化不够，由于郴州烟田，主要以山地、丘陵为主，地面崎岖不平，地块小，运输道路狭窄，且培土作业期，土壤多数经沤水，机具陷坑、打滑，无法正常田间作业。机器笨重，人工操作困难、田间作业困难。
85.解决方式：
86.1.整机采用4驱设计方式，配套8.5kw柴油发动机，整机重量控制在100kg，真正意义上实现小机型大马力驱动。
87.2.整机采用旋耕+起垄犁培土方式，驱动轮可以快速更换为水田叶轮、三角履带轮适应烟区特殊地形田间行走作业。
88.步骤四：行走轮、刀轴布置
89.存在问题：郴州烟田存在垄底20cm、30cm、40cm等无规则种植现状，培土机无法同时满足上述作业现状。
90.解决方式：1.工作中可以快速更换旋耕刀，能适应郴州烟田存在垄底20cm、30cm、40cm等无规则种植现状。2.齿轮传动变速箱设计，幅宽可至10cm，减少土层耕作漏耕区域。
91.步骤五：关键细节优化。
92.存在问题三：采用直接对土壤翻抛方式，翻抛过程中易造成大量土壤盖在烟叶表面，形成烟叶腐烂作业效果无法满足用户需求。
93.解决方式：采用沟间前深旋耕，流线罩壳全封闭挡土方案，刀轴转速可提升至350转/min，工作时能将沟底土壤粉碎且无抛翻至垄上。培土犁通过机具牵引力将粉碎后的土壤均匀拖至垄顶。工作中设计，垄顶烟叶挑枝机构，不使土壤覆盖烟叶。实现整个工作中的培土作业，且能保持土量均匀至烟叶根区，土不覆盖烟叶。
94.以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种培土机，包括支架组件(6)，其特征在于：所述支架组件(6)固定连接把手组件(1)，所述支架组件(6)固定连接动力组件(2)，所述动力组件(2)的输出轴固定连接垄顶挑枝组件(4)，所述动力组件(2)的输出轴固定连接旋耕组件(5)，所述支架组件(6)固定连接前轮组件(7)；所述支架组件(6)包括骨架(61)，所述骨架(61)固定连接防护罩(62)，所述骨架(61)固定连接对称的第二减速箱安装板(63)，所述骨架(61)固定连接u板二(64)；所述动力组件(2)包括发动机(21)，所述骨架(61)固定连接所述发动机(21)，所述发动机(21)固定连接第一减速箱(23)，所述发动机(21)的输出轴穿过所述第一减速箱(23)，所述发动机(21)的输出轴固定连接所述第一减速箱(23)的输入轴，对称的所述第二减速箱安装板(63)分别固定连接第二减速箱(22)，所述第一减速箱(23)的输出轴固定连接所述第二减速箱(22)的输入轴。2.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：所述垄顶挑枝组件(4)包括对称的转盘(41)，所述第二减速箱(22)的后输出轴固定连接对称的所述转盘(41)的中心轴，对称的所述转盘(41)分别固定连接一组支撑杆(42)，每个所述支撑杆(42)分别固定连接轮盘一(43)，对称的所述轮盘一(43)分别固定连接一组均匀分布的挑枝板(44)，每个所述挑枝板(44)分别固定连接轮盘二(45)。3.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：所述旋耕组件(5)包括对称的六方管(52)，所述第二减速箱(22)的前输出轴固定连接对称的所述六方管(52)，每个所述方管(52)分别固定连接一组均匀分布的y形壳(51)，每个所述y形壳(51)分别设置有三个均匀分布的安装槽(53)，每个所述安装槽(53)内分别设置有安装杆(57)，每个所述安装杆(57)分别固定连接对应的所述y形壳(51)，每个所述安装杆(57)分别固定连接旋耕刀(56)。4.根据权利要求3所述的培土机，其特征在于：每组所述y形壳(51)的两端所述y形壳(51)分别固定连接l板(54)，每个所述l板(54)分别固定连接挡板(55)。5.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：所述把手组件(1)包括把手(101)，所述车把(101)固定连接转轴(109)，所述转轴(109)轴承连接u形架(108)，所述u形架(108)固定连接圆头板(117)，所述圆头板(117)固定连接u板一(110)，所述u板一(110)固定连接支撑筒(111)，所述支撑筒(111)下端两侧分别固定连接安装板(112)，对称的所述安装板(112)分别固定连接所述骨架(61)，所述车把(101)固定连接u形件(104)，所述u形件(104)固定连接弧板(105)，所述弧板(105)设置有一组均匀分布的孔一(106)，所述u形架(108)固定连接竖板(103)，所述竖板(103)固定连接横筒(104)，所述u形架(108)固定连接竖筒(107)，所述圆头板(117)设置有一组均匀分布的孔二(119)，所述竖筒(107)正对一个所述孔二(119)，所述u形架(108)固定连接圆台孔板(116)的大圆台，所述圆台孔板(116)的中圆台设置在所述圆头板(117)中心位置，所述圆头板(117)固定连接方板(118)，所述圆台孔板(116)的小圆台设置在所述方板(118)的中心位置。6.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：还包括培土犁连接组件(3)，所述培土犁连接组件(3)包括圆管(36)，所述u板二(64)内设置有所述圆管(36)，大销轴(37)穿过所述u板二(64)的两端，所述大销轴(37)穿过所述圆管(36)，所述圆管(36)固定连接t板(35)，所述t板(35)固定连接u槽(33)，所述u槽(33)内设置有连接杆(31)，所述连接杆,31)设置有一组均匀分布的圆孔(32)。
7.根据权利要求6所述的垄顶挑枝机构，其特征是：小销轴(34)穿过所述u槽(3)匹配所述圆孔(32)。8.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：所述前轮组件(7)包括前轮安装杆(72)，所述防护罩(62)固定连接所述前轮安装杆(72)，所述前轮安装杆(72)轴承连接前轮(71)。9.根据权利要求1所述的培土机，其特征在于：所述第二减速箱(22)的调速轴连接档位杆(8)。10.根据权利要求9所述的培土机，其特征在于：所述骨架(61)固定连接档位槽(9)，所述档位杆(8)设置在所述档位槽(9)内。

技术总结
本发明公开一种培土机及其设计方法，包括支架组件，其特征在于：所述支架组件固定连接把手组件，所述支架组件固定连接动力组件，所述动力组件的输出轴固定连接垄顶挑枝组件，所述动力组件的输出轴固定连接旋耕组件，所述支架组件固定连接前轮组件；所述支架组件包括骨架，所述骨架固定连接防护罩，所述骨架固定连接对称的第二减速箱安装板，所述骨架固定连接U板二。本发明涉及农业设备领域，具体地讲，涉及一种培土机及其设计方法。本发明要解决的技术问题是提供一种培土机及其设计方法，方便烟叶种植培土。叶种植培土。叶种植培土。


技术研发人员：郭婷 李武进 李文 李宏光 余金龙 侯建林 吴文信 刘凌华 范光奖 吴楚杰 李林吉
受保护的技术使用者：湖南省烟草公司郴州市公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/12