一种干冰粉爆破耕作装置及工作方法

1.本发明涉及农业装备技术领域，尤其涉及到一种干冰爆破耕作装置及工作方法。


背景技术：

2.干冰爆破，一种岩石破除的新方法，随着科技的进步，越来越多的工程项目采用了干冰爆破技术，干冰比炸药更有安全性，不属于民爆产品，爆破过程中无破坏性震动和短波，扬尘比例降低，对周围环境影响不大。
3.我国耕作存在的主要问题是耗能和耗时较多，成本高，耕翻深度不够，后备耕地资源质量较差，山地多、平地少，高肥力地少、中等和低肥力地多。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种干冰粉爆破耕作装置，集合干冰爆破技术、制热喷头技术和开合式保护装置技术，从而达到浅耕松土的效果。
5.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
6.一种干冰粉爆破耕作装置，包括机架，所述机架下方设置有干冰粉储存装置，所述干冰粉储存装置与伸缩管连通，伸缩管下方设置有开合头；
7.所述伸缩管外壁连接有连接杆的一端，连接杆的另一端连接在液压机构上，液压机构工作带动伸缩管上下移动；
8.所述伸缩管内设置有锥柱形谐振体支架，所述锥柱形谐振体支架上开设有进气口、进粉口和出粉口；其中，气体经进气口进入锥柱形谐振体支架内部设置的拉瓦尔管，经拉瓦尔管出口端出口进入锥柱形谐振腔后流出；
9.干冰粉经所述进粉口进入后与锥柱形谐振腔出口处的气体汇合后经出粉口喷出；
10.所述出粉口置于开合头上方位置处，干冰粉经出粉口爆喷出，在冲击力的作用下，弹性件工作从而打开开合头。
11.上述方案中，所述进气口与通气钢管连通，所述通气钢管将经空压机压缩后的气体通入进气口。
12.上述方案中，所述干冰粉储存装置内的干冰通过进粉管道进入进粉口。
13.上述方案中，所述机架上方设置有传动变速箱和空压机。
14.上述方案中，所述拉瓦尔管进气口直径6～8mm，喉口直径2.2～2.6mm，出气口直径5～7mm。
15.上述方案中，所述开合头为倒锥形结构。
16.上述方案中，所述锥柱形谐振腔设置在锥柱形谐振体上，锥柱形谐振体进气端与拉瓦尔管出气端相通，出气端设置在谐振腔内；所述锥柱形谐振体由锥柱形谐振体支架支撑。
17.上述方案中，所述谐振腔为锥柱形谐振体支架的一部分，且谐振腔上开设有进粉口和出粉口，其中，出粉口靠近锥柱形谐振腔出气端。
18.干冰粉爆破耕作装置的工作方法，包括如下步骤：
19.步骤一：液压机构将开合头带到土壤下方一定位置；
20.步骤二：空压机开始工作，空压机输出口通过气管与通气钢管相连，通气钢管与进气口连接，进气口开始进气，进粉口处进粉，干冰粉经所述进粉口进入后与锥柱形谐振腔出口处的气体汇合后经出粉口喷出；
21.步骤三：在冲击力的作用下，气体冲击开合头，使得开合头打开；
22.步骤四：开合头在干冰粉喷出后，在弹性回复力的作用下开合头闭合，同时，液压机构将开合头迅速从土壤中抬出。
23.本发明的优点是：
24.1.当前传统的耕作方式，对旋耕刀具的强度和韧性有很高的要求，刀具易损坏，耗能和耗时较多，成本高，一种干冰爆破耕作装置及工作方法，可减少使用刀具，降低成本。
25.2.在干冰爆破耕地的同时，改善土壤结构，不会影响表层土壤的凝聚力，不会对植物根系造成影响，干冰爆破过程中无破坏性震动和短波，扬尘比例降低，对周围环境影响不大；
26.3.在制热喷头的温度最高处的谐振腔处开有干冰粉进粉口，由进气口流进的气流经过谐振管振荡形成了热气流，热气流和与干冰粉在谐振腔中混合后，使干冰粉受热，干冰粉颗粒受热升华为二氧化碳气体喷出并形成瞬态高压，高压气体在土壤中释放，达到土壤翻耕的效果；
27.4.在制热喷头的外部设有伸缩管和开合头，用于保护制热喷头不被堵塞，同时在开合头破土的过程中使用伸缩杆和液压缸，使用上方便快捷，省时省力。
附图说明
28.图1为本发明所述干冰粉爆破耕作装置的结构示意图；
29.图2为本发明所述干冰粉爆破耕作装置的正视图；
30.图3为本发明所述制热喷头的示意图；
31.图4为本发明所述开合头的俯视结构示意图；
32.图5为本发明所述开合式保护装置的外部结构示意图；
33.图6为本发明所述拉瓦尔管的示意图。
34.附图标记如下：
35.1-悬挂装置，2-传动变速箱，3-机架，4-干冰粉储存装置，5-伸缩管，6-开合头，7-连接杆，8-液压杆，9-液压缸，10-空压机，11-出粉口，12-锥柱形谐振腔，13-进粉口，14-拉瓦尔管，15-进气口，16-锥柱形谐振体，17-谐振腔；18-锥柱形谐振体支架；19-通气钢管；20-进粉管道；21-弹性件。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.一种干冰粉爆破耕作装置，包括机架3，所述机架3下方设置有干冰粉储存装置4，所述干冰粉储存装置4与伸缩管5连通，伸缩管5下方设置有开合头6；
40.所述伸缩管5外壁连接有连接杆7的一端，连接杆7的另一端连接在液压机构上，液压机构工作带动伸缩管5上下移动；
41.所述伸缩管5内设置有锥柱形谐振体支架18，所述锥柱形谐振体支架18上开设有进气口15、进粉口13和出粉口11；其中，气体经进气口15进入锥柱形谐振体支架18内部设置的拉瓦尔管14，经拉瓦尔管14出口端出口进入锥柱形谐振腔12后流出；
42.干冰粉经所述进粉口13进入后与锥柱形谐振腔12出口处的气体汇合后经出粉口11喷出；
43.所述出粉口11置于开合头6上方位置处，干冰粉经出粉口11爆喷出，在冲击力的作用下，弹性件21工作从而打开开合头6。
44.上述方案中，所述进气口15与通气钢管19连通，所述通气钢管19将经空压机10压缩后的气体通入进气口15。
45.上述方案中，所述干冰粉储存装置4内的干冰通过进粉管道20进入进粉口11。
46.上述方案中，所述机架3上方设置有传动变速箱2和空压机10。
47.上述方案中，所述拉瓦尔管14进气口直径6～8mm，喉口直径2.2～2.6mm，出气口直径5～7mm。
48.上述方案中，所述开合头6为倒锥形结构。
49.上述方案中，所述锥柱形谐振腔12设置在锥柱形谐振体16上，锥柱形谐振体16进气端与拉瓦尔管14出气端相通，出气端设置在谐振腔17内；所述锥柱形谐振体16由锥柱形谐振体支架18支撑。
50.上述方案中，所述谐振腔17为锥柱形谐振体支架18的一部分，且谐振腔17上开设有进粉口13和出粉口11，其中，出粉口11靠近锥柱形谐振腔12出气端。
51.干冰粉爆破耕作装置的工作方法，包括如下步骤：
52.步骤一：液压机构将开合头6带到土壤下方一定位置；
53.步骤二：空压机10开始工作，空压机10输出口通过气管与通气钢管19相连，通气钢管19与进气口15连接，进气口15开始进气，进粉口13处进粉，干冰粉经所述进粉口13进入后
与锥柱形谐振腔12出口处的气体汇合后经出粉口11喷出；
54.步骤三：在冲击力的作用下，气体冲击开合头6，使得开合头6打开；
55.步骤四：开合头6在干冰粉喷出后，在弹性回复力的作用下开合头6闭合，同时，液压机构将开合头6迅速从土壤中抬出。
56.结合附图1至图4所示，本发明所述的干冰粉爆破耕作装置，包括悬挂装置1，传动变速箱2、机架3、干冰粉储存装置4、伸缩管5、开合头6、连接杆7、液压杆8、液压缸9、空压机10、出粉口11、锥柱形谐振腔12、进粉口13、拉瓦尔管14、进气口15、锥柱形谐振体16、谐振腔17、锥柱形谐振体支架18、通气钢管19、进粉管道20和弹性件21；
57.结合附图1所示，为本发明的整体结构图，动力由牵引拖拉机后部的动力输出轴，通过万向节传递变速箱2带动机架3运动，启动液压缸9，带动液压杆8向下运动，进而通过连接杆7带动开合式保护装置向下做破土运动，制热喷头开始工作。
58.结合附图2所示，为本发明的干冰粉爆破耕作装置的正视图，空压机10固定安装在机架3上，空压机10输出口通过气管与通气钢管19相连接，通气钢管19与制热喷头进气口15固定连接，空压机10压缩气体后将气体通过气管输入到通气钢管19，气管与通气钢管19之间通过接头连接，通气钢管19将气体输送到拉瓦尔管14中。打开空压机10将气压调到一定值时，气体从通气钢管19内进入制热喷头，此时，气体的速度处于亚声速，经过拉瓦尔管14后，由亚声速变成超声速，紧接着超声速的气体进入谐振腔内，在腔内高速振动并产生激波，在此作用下短时间内迅速产生几百甚至上千摄氏度的高温气体，干冰粉从干冰粉储存装置4经进粉管道20进入谐振腔内，与高温气体混合后，经出粉口11喷出爆破，自动升降装置随后将装置抬起，三个弹簧21带动开合头6的三个侧板闭合。
59.结合附图3所示，为本发明的制热喷头装置，首先由于气动超声谐振管制热原理，气动超声谐振管主要由拉瓦尔管14及谐振腔17组成，喷嘴喷出的欠膨胀声速气体进入谐振腔17，在一定条件下，喷嘴射流与谐振管内流发生耦合，伴随着气流流入流出谐振管，管内交替出现运动的激波和膨胀波，即产生压力振荡，且这种振荡具有明显的非定常性与周期性是气动谐振管热现象形成的主要原因。通过仿真分析，在进气口处输入0.5mpa气体时，最高加热温度达到623k左右，热效应较为均匀，在气体出口处温度亦是最高。制热喷头利用气动超声谐振管产生热气流，在其温度最高处的谐振腔17处开有干冰粉进粉口13，由进气口15流进的气流经过谐振管振荡形成了热气流，热气流和与干冰粉在谐振腔17中混合后，使干冰粉受热，干冰粉颗粒受热升华为二氧化碳气体喷出并形成瞬态高压，高压气体在土壤中释放，达到土壤翻耕的效果；其中，进气管直径为13～15mm，长度为28～31mm，所述进粉口13直径为4～6mm；拉瓦尔管14入口直径为8～10mm，喉口直径为2.2～2.6mm，出口直径为5～7mm；所述谐振体16进气口直径与所述拉瓦尔管14处直径相对应。
60.结合附图4所示，为本发明的所述开合头6俯视结构图，伸缩管5内部固定连接三根弹簧，三根弹簧分别固定连接三个开合头6，三根弹簧一端分别固定安装在开合头6内部三个侧板内侧板上。
61.结合附图5所示，为本发明的所述开合式保护装置的外部结构示意图，开合头6呈倒锥形，在自动升降装置的带动下，进入土壤，到达一定深度时，制热喷头开始工作，喷出气体冲击开合头6，使得三个开合头6打开。
62.结合附图6所示，为本发明所述拉瓦尔管14流线示意图，拉瓦尔管14的进气口直径
为6～8mm，喉口直径为2.2～2.6mm，出气口直径为5～7mm，在正常工作状态下，气流经过收缩阶段此时速度为亚音速，经过喉口即加速阶段时，达到音速，进入扩张阶段时为超音速，直至出口。根据拉瓦尔管14中气流单元体的质量连续性方程微分表达式所示：ρua＝(ρ dρ)(u du)(a da)为常数，其中ρ为密度，u为流体速度，a为截面面积；再根据气流速度与流道截面积的关系，有公式：其中m为气流马赫数，从公式中可知，当亚音速流动，m＜1时，如果du＞0，则da＜0；如果du＜0，则da＞0。以上则说明亚音速气流沿着拉瓦尔管的流线加速运动的时候，而流体截面积一定是渐渐减小的；当超音速流动，m＞1时，如果du＞0，则da＞0；如果du＜0，则da＜0。以上则说明超音速气流沿着拉瓦尔管14的流线加速运动的时候，流体的截面积一定是慢慢增大的，则超音速流动与亚音速流动正好相反。综上所述，则当拉瓦尔管喉口处的气流马赫数m＝1时，效果最好。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。