CN102057766B

CN102057766B - 鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲

Info

Publication number: CN102057766B
Application number: CN2010105312891A
Authority: CN
Inventors: 佟金; 马云海; 陈东辉; 邓志华; 贾洪雷; 孙霁宇; 陈玉香; 周江; 常志勇
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102057766A

Abstract

本发明涉及农业耕作机械上的鼠道犁犁铲部件，特别是涉及一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲。其目的在于解决现有犁铲的工作阻力高、易磨损的技术问题。采用的技术方案是：主要由铲柄和铲尖组成，铲尖上表面设有规则分布或随机均匀分布的仿生几何结构单元，仿生几何结构单元的几何形状为：凸包、凹坑或肋条；所述的凸包形的高度H与包底圆直径D之比为H/D＝0.1～0.5，每两个相邻凸包之间中心距为7～20mm；所述的凹坑形，其形状为球缺形，凹坑的深度H与坑上口直径D之比：H/D＝0.1～0.5，每两个相邻坑之间的距离为5～20mm；所述的肋条形为横向直线形、横向人字形、纵向直线形或纵向波纹形，连续或断续分布。

Description

鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲

技术领域

本发明涉及农业耕作机械上的鼠道犁犁铲部件，特别是涉及一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲。

背景技术

鼠道犁犁铲的主要功能是将土壤破开形成孔洞，成孔质量直接影响鼠道成型。鼠道能提高土地蓄水抗旱的能力，土壤对犁铲表面的粘附和阻力严重影响鼠道的质量和鼠道犁的能耗。

研究发现，某些土壤洞穴动物如田鼠、蝼蛄、蜣螂等进化出了发达的挖掘足，具有非常强的挖掘洞穴的本领，其表面具有抗磨不粘的非光滑结构。超高分子量聚乙烯具有其它工程塑料无法比拟的防粘性、耐磨损、耐冲击、耐化学药品、自润滑等优异性能，所以采用超高分子量聚乙烯及其复合材料等疏水性材料加工制造具有仿生结构表面的犁铲。

目前传统型鼠道犁犁铲一方面作业时与土壤间的阻力大且粘附严重，破土效果差，对土壤的扰动大，减小了土壤的蓄水保墒能力。另一方面加大了机组的动力消耗，不利于节能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有犁铲存在的工作阻力高、易磨损的技术问题，提供一种表面具有抗磨不粘的鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，由铲柄和铲尖组成，所述的铲尖上表面设有规则分布或随机均匀分布的仿生几何结构单元，仿生几何结构单元的几何形状为：凸包、凹坑或肋条；

所述的凸包形，其高度H与包底圆直径D之比：H/D＝0.1～0.5，每两个相邻图包之间的距离为7～20mm；

所述的凹坑形，其形状为球缺形，凹坑的深度H与坑上口直径D之比：H/D＝0.1～0.5，每两个相邻坑之间的距离为5～20mm；

所述的肋条形为横向直线形、横向人字形、纵向直线形或纵向波纹形，连续或断续分布在铲尖上表面，肋条横断面轮廓结构采用圆弧形、上凸包形正弦函数曲线或上凸包形抛物线。

所述的断续分布的肋条为成行成列分布、交叉分布或随机均匀分布。

所述的横向直线形连续分布的肋条之长度L等于犁铲铲尖上表面所在位置的宽度W，即L＝W；横向直线形断续分布的肋条之长度为其所在铲尖上表面位置宽度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽为5mm～10mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

所述的纵向直线形连续分布的肋条之长度等于犁铲上表面所在位置的长度L，即LL＝L；纵向直线形断续分布的肋条之长度为犁铲上表面所在位置曲线长度的1/15～1/2，即采用2～15个断续肋条；肋条底宽为5mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

所述的横向人字形连续分布的肋条之长度等于犁铲上表面所在位置的斜向长度，即横向人字形断续型肋条之长度为犁铲铲尖上表面所在位置曲线斜向长度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽d为5mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

所述的纵向波纹形肋条的波纹表面沿运动方向的横断面采用正弦波形、由凸和凹抛物线组合而成的波纹形或采用由凸和凹半圆弧组合而成的波纹形；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比H/W＝0.05～0.5，半波长为5mm～25mm。

犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用三角形、凸抛物线形、长轴方向的半椭圆形或半圆形。

本发明的技术效果是：鼠道犁仿生减阻犁铲采用多种仿生非光滑表面，通过实验效果可知鼠道犁仿生减阻犁铲能减小油耗4％左右，解决了鼠道犁犁铲粘附严重的问题，成孔效果理想，最终提高了土壤蓄水保墒能力。

附图说明

图1鼠道犁结构示意图。

图2犁铲上表面包形仿生几何结构示意图；

其中(a)坑包结构均匀分布示意图；

(b)坑包结构随机分布示意图。

图3.犁铲上表面坑包仿生几何结构高宽比示意图；

其中(a)凸包几何结构高宽比示意图；

(b)凹坑几何结构高宽比示意图。

图4横向肋条形仿生几何结构表面示意图；

其中(a)横向连续肋条形结构表面示意图；

(b)横向间断肋条结构规则分布示意图；

(c)横向间断肋条结构随机分布示意图。

图5纵向肋条形仿生几何结构表面示意图；

其中(a)纵向连续肋条形结构表面示意图；

(b)纵向间断肋条结构规则分布示意图；

(c)纵向间断肋条结构随机分布示意图。

图6人字形仿生几何结构表面示意图；

其中(a)人字形结构分布示意图；

(b)人字形结构侧视图。

图7鼠道犁上表面纵向波纹形仿生几何结构示意图。

图8鼠道犁犁刃俯视轮廓仿生曲线示意图。

图9凹坑型结构仿生铲。

图10肋条型结构仿生铲。

图11凸包型结构仿生铲。

图12人字型结构仿生铲。

图中：1-自犁刀 2-仿生非光滑结构 3-犁铲 4-扩孔器 M-前进方向

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容。

本发明所述的鼠道犁由犁铲和扩孔器组成，参阅图1。鼠道犁的犁铲具有破土开洞功能，为其扩孔器扩孔提供条件。犁铲的工作阻力高、易磨损是其主要的技术问题。本发明的仿生减阻耐磨鼠道犁犁铲之特征包括：为提高铲尖的耐磨性能，采用耐磨材料制造；铲柄后部采用普通结构钢，经强度校核采用满足其强度要求的材料即可；铲柄前部触土部位采用具有减阻和耐磨综合性能良好的超高分子量聚乙烯或耐磨较高的材料制造。铲尖上表面采用仿生几何结构表面设计，其特征是在表面上分布一定形状和尺寸的仿生几何结构。所谓仿生几何结构是指学习土壤洞穴动物表面几何结构具有减阻和耐磨功能的特征，设计犁铲铲尖上表面的仿生几何结构。

在犁铲铲尖上表面采用凸包形仿生几何结构，参阅图2。犁铲主体长度为L，宽度为B，铲尖角度a，凸包作为仿生几何结构单元取半球形，凸包的高度H与包底圆直径D之比H/D＝0.1～0.5(参阅图3(a))，小包在表面上的分布采用规则分布(参阅图2(a))或随机均匀分布(参阅图2(b))；每两个相邻包之间的中心距d为7～20mm。

在犁铲铲尖上表面采用坑形仿生几何结构，参阅图3。小坑的形状取球缺形，坑的深度H与坑上口直径D之比H/D＝0.1～0.5，参阅图3(b)小坑在表面上的分布采用规则分布或随机均匀分布；每两个相邻坑之间的中心距为5～20mm。

在犁铲铲尖上表面采用横向肋条形仿生几何结构，参阅图4。采用连续肋条或断续肋条、成行成列的断续肋条(参阅图4(a、b))、交叉分布的断续肋条或随机均匀分布的断续肋条(参阅图4(c))；肋条断面轮廓结构采用圆弧形、上凸形正弦函数曲线或上凸形抛物线；连续型肋条之长度等于犁铲铲尖上表面所在位置的宽度；断续型肋条之长度为所在位置犁铲铲尖上表面所在位置宽度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽d为5mm～10mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

在犁铲铲尖上表面采用纵向肋条形仿生几何结构，参阅图5。采用连续肋条、成行成列的断续肋条、交叉分布的断续肋条或随机均匀分布的断续肋条；肋条断面轮廓结构采用圆弧形、上凸包形正弦函数曲线或上凸包形抛物线；连续型肋条之长度L_L等于犁铲上表面所在位置的长度；断续型肋条之长度为犁铲上表面所在位置曲线长度的1/15～1/2，即采用2～15个断续肋条；肋条底宽为5mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

在犁铲铲尖上表面采用人字形仿生几何结构表面，参阅图6。采用连续肋条、成行成列的断续肋条或随机均匀分布的断续肋条；肋条断面轮廓结构采用圆弧形、上凸形正弦函数曲线或上凸形抛物线；连续型肋条之长度等于犁铲上表面所在位置的斜向长度(参阅图6(a))；断续型肋条之长度为犁铲铲尖上表面所在位置曲线斜向长度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽之间的中心距10mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。肋条分布时与中心线的角度s大小为5°-90°(参阅图6(b))。

在犁铲上表面采用纵向波纹形仿生几何结构表面，参阅图7。波纹表面沿运动方向的断面采用正弦波形、由凸包、凹抛物线组合而成的波纹形或采用凸包、凹半圆弧组合而成的波纹形；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比H/W＝0.05～0.5，半波长为5mm～25mm。

犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用三角形、凸抛物线形、长轴方向的半椭圆形或半圆形参阅图8。

实例一：具有凸包结构的鼠道犁仿生减阻耐磨犁铲，参阅图9。凸包的形状取半球形，凸包的高度H与凸包直径D之比H/D＝0.5，凸包在表面上的分布采用规则分布，每两个相邻凸包之间的距离为10mm。犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用凸包抛物线形。

实例二：具有肋条结构的鼠道犁仿生减阻耐磨犁铲，参阅图10。采用连续肋条均匀分布的断续；断续型肋条之长度为所在位置犁铲铲尖上表面所在位置宽度的1/10，即采用12个断续肋条；肋条底宽为10cm，肋条高度与肋条底宽之比为0.2。犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用凸抛物线形。

实例三：具有凹坑结构的鼠道犁仿生减阻耐磨犁铲，参阅图11。小坑的形状取球缺形，凹坑高度H与凹坑直径D之比H/D＝0.5，小坑在表面上的分布采用规则分布，每两个相邻坑之间的中心距为10mm。犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用凸抛物线形。

实例四：在犁铲铲尖上表面采用人字形仿生几何结构表面，参阅图12。采用连续肋条；肋条断面轮廓结构采用圆弧形；连续型肋条之长度等于犁铲上表面所在位置的斜向长度采用8个连续肋条；肋条底宽之间的中心距15cm，肋条高度与肋条底宽之比为0.5。肋条分布时与中心线的角度s大小为45°。

Claims

1.一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，由铲柄和铲尖组成，其特征在于，所述的铲尖上表面设有规则分布或随机均匀分布的仿生几何结构单元，仿生几何结构单元的几何形状为：凸包、凹坑或肋条；

所述的凸包，其高度H与包底圆直径D之比：H/D=0.1～0.5，每两个相邻凸包之间的距离为7～20mm；

所述的凹坑，其形状为球缺形，凹坑的深度H与坑上口直径D之比：H/D=0.1～0.5，每两个相邻坑之间的距离为5～20mm；

所述的肋条为横向直线形、横向人字形、纵向直线形或纵向波纹形，连续或断续分布在铲尖上表面，肋条横断面轮廓结构采用圆弧形、上凸包形正弦函数曲线或上凸包形抛物线。

2.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特征在于，所述的断续分布的肋条为成行成列分布、交叉分布或随机均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特正在于，所述的横向直线形连续分布的肋条之长度L等于犁铲铲尖上表面的横向直线形连续分布的肋条所在位置的宽度W；横向直线形断续分布的肋条之长度为其所在铲尖上表面位置宽度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽为5mm～10mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

4.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特征在于，所述的纵向直线形连续分布的肋条之长度L_L等于犁铲上表面的纵向直线形连续分布的肋条所在位置的长度L；纵向直线形断续分布的肋条之长度为犁铲上表面所在位置曲线长度的1/15～1/2，即采用2～15个断续肋条；肋条底宽为5mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

5.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特征在于，所述的横向人字形连续分布的肋条之长度L_L等于犁铲上表面的横向人字形连续分布的肋条所在位置的斜向长度L；横向人字形断续型肋条之长度为犁铲铲尖上表面所在位置曲线斜向长度的1/10～1/2，即采用2～10个断续肋条；肋条底宽为5mm～20mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5，肋条与中心线角度5～90°。

6.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特征在于，所述的纵向波纹形肋条的波纹表面为沿运动方向的纵向断面，其采用正弦波形、由凸包和凹抛物线组合而成的波纹形或采用由凸包和凹半圆弧组合而成的波纹形；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比H/W=0.05～0.5，半波长为5mm～25mm。

7.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，其特征在于，犁铲铲尖刃口前缘的俯视轮廓曲线采用三角形、凸包抛物线形、长轴方向的半椭圆形或半圆形。