CN102057767A

CN102057767A - 鼠道犁仿生减阻扩孔器

Info

Publication number: CN102057767A
Application number: CN 201010531296
Authority: CN
Inventors: 佟金; 马云海; 邓志华; 陈东辉; 贾洪雷; 孙霁宇; 周江; 陈玉香; 常志勇
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102057767B

Abstract

本发明涉及农业耕作机械上的扩孔部件，特别是涉及一种仿生防粘减阻扩孔器。其目的是解决现有扩孔器粘土、磨损及阻力增大等问题。本发明的仿生减阻扩孔器之特征包括：扩孔器除连接部分外的主体部分采用圆柱型或圆锥形；采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和结构钢芯，如此，结构钢芯棒可提高整体强度，芯棒的直径可经强度校核后确定，其直径与扩孔器外径之比采用0.1～0.6；扩孔器表面采用仿生几何结构表面设计，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，设计鼠道犁扩孔器表面仿生几何结构。

Description

鼠道犁仿生减阻扩孔器

技术领域

本发明涉及农业耕作机械上的鼠道犁扩孔部件，特别是涉及一种鼠道犁仿生减阻扩孔器。

背景技术

补充：概括或举例说明现有中与本发明最接近的扩孔器的主要结构特点及不足。

鼠道犁扩孔器的主要功能是将犁铲破开的洞孔进行固化，使鼠道固定成型。鼠道的成型质量直接影响到土地的蓄水抗旱的能力，土壤对扩孔器表面的粘附和阻力严重影响鼠道的质量和鼠道犁的能耗。目前传统型鼠道犁扩孔器作业时与土壤间的阻力大、粘附严重，直接影响了鼠道的成型质量并加大了油耗。

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扩孔器。

发明内容

本发明的目的在于仿照某些土壤洞穴动物的挖掘足，提供一种表面具有抗磨不粘的非光滑结构的鼠道犁仿生减阻扩孔器。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其主体由圆锥型和圆柱型组成，所述的主体采用超高分子量聚乙烯外套5和结构钢芯6，结构钢芯6直径与圆柱型外径之比为0.1～0.6，圆柱型表面采用凸包形、凹坑形或肋条形仿生几何结构单元，仿生几何结构单元的凸包或凹坑为球缺形或抛物面形，凸包的高度H与包底圆直径D之比H/D＝0.05～0.5，凸包在扩孔器表面上的分布采用规则分布或随机均匀分布，每两个相邻凸包之间的距离为7mm～30mm。

所述的肋条形仿生几何结构单元采用直条形或波纹形，在圆柱型表面按环形或平行于圆柱形轴线纵向连续、断续、交叉或随机均匀分布，断续分布的肋条两端采用半个球缺形过渡到圆柱体的柱面上。

所述的肋条形仿生几何结构单元的横断面轮廓结构为圆弧形、上凸形正弦函数曲线或上凸形抛物线。

断续分布的环形肋条长度为扩孔器所在位置的周长的1/40～1/5，即采用5～40个断续肋条，每根肋条底宽为10～30mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.05～0.5。

纵向且连续分布的肋条形仿生几何结构单元，其长度等于圆柱型表面纵向长度L，断续分布的肋条的长度为圆柱型表面纵向长度L的1/20～1/2，即采用2～20个断续肋条，肋条底宽为10～30mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

波纹形肋条形仿生几何结构单元的波纹表面纵向断面采用正弦波形、由凸-凹抛物线组合而成的波纹形、凸-凹半圆弧组合而成的波纹形或三角形波，所述的三角形波顶点处有圆弧过渡，前进方向第一个角的角度θ为5°～45°；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比：H/W＝0.01～0.5，半波长为5mm～25mm。

本发明的技术效果是：鼠道犁仿生减阻扩孔器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扩孔器能减小油耗4％左右，解决了成孔器粘附严重的问题，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是仿生开沟器主视图。

图2是扩孔器主体结构示意图；

其中：(a)扩孔器主体主视图；

(b)扩孔器主体侧视图；

(c)扩孔器主体俯视图。

图3是扩孔器表面包形仿生几何结构示意图；

其中：(a)凸包结构规则一种分布方式；

(b)凸包结构规则另一种分布方式；

(c)凸包结构随机分布方式。

图4是扩孔器表面坑形仿生几何结构示意图；

其中：(a)凹坑结构规则的一种分布方式；

(b)凹坑结构规则另一种分布的方式；

(c)凹坑结构随机分布方式。

图5坑、包结构示意图；

其中：(a)凸包仿生结构；

(b)凹坑仿生结构。

图6横向肋条形仿生几何结构主体示意图；

其中：(a)横向肋条形仿生几何结构主体主视图；

(b)横向肋条形仿生几何结构主体展开图；

图7横向波纹形仿生几何结构表面示意图；

其中：(a)肋条结构规则分布方式；

(b)肋条结构交叉分布方式；

(c)肋条结构随机分布方式。

图8横向波纹形仿生几何结构表面示意图；

其中：(a)横向波纹形结构扩孔器主体主视图；

(b)横向波纹形结构扩孔器主体侧视图；

(c)横向波纹形结构扩孔器主体主视图。

图9(a)波纹形肋条形仿生几何结构；

(b)波纹形肋条形仿生几何肋条局部放大图。

图10凸包型仿生扩孔器。

图11波纹型仿生扩孔器。

图12肋条型仿生扩孔器。

图中：图中：1.自犁刀 2.仿生非光滑结构 3.犁铲 4.扩孔器 5.超高分子量聚乙烯外套 6.结构钢芯 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具体内容：

本发明所述的的扩孔器除连接部分外的主体前部都采用锥台型尾部分别采用圆柱型(参阅图2(a))或圆锥形(参阅图2(b))；采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套5和结构钢芯6(参阅图2(b))，如此，结构钢芯6可提高整体强度，芯棒的直径可经强度校核后确定，其直径与扩孔器外径之比采用0.1～0.6；扩孔器表面采用仿生几何结构表面设计，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，设计鼠道犁扩孔器表面仿生几何结构。

扩孔器表面采用凹坑、凸包形仿生几何结构，所述的凹坑、凸包仿生几何结构单元采用球缺形或抛物面形，凸包的高度H与包底圆直径D之比H/D＝0.05～0.5，(参阅图5(a))凸包在扩孔器主体表面上的分布采用规则分布(参阅图3(a，b))或随机均匀分布(参阅图3(c))；每两个相邻凸包之间的距离为7mm～30mm。凹坑的形状取球缺形，凹坑的深度H与坑口直径D之比H/D＝0.05～0.5(参阅图5(b))，凹坑在表面上的分布采用规则分布(参阅图4(a，b))或随机均匀分布(参阅图4(c))；每两个相邻坑之间的中心距为7mm～30mm。

扩孔器表面采用环形肋条形仿生几何结构。采用连续肋条(参阅图6(a、b))、成行成列的断续肋条(参阅图7(a))、交叉分布的断续肋条(参阅图7(b))或随机均匀分布的断续肋条(参阅图7(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L等于扩孔器外圆周长，即L＝πa；断续形肋条之长度为扩孔器所在位置的周长的1/40～1/5，即采用5～40个断续肋条；肋条底宽为10mm～30mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.05～0.5；断续分布的肋条两端采用半个球缺形过渡到圆柱体的柱面上。

扩孔器表面采用纵向肋条形仿生几何结构。采用连续肋条(参阅图7；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L等于扩孔器主体部分表面纵向长度b(如图6(a))；断续型肋条之长度为扩孔器表面曲线长度的1/20～1/2，即采用2～20个断续肋条；肋条底宽为10～30mm，肋条高度H与肋条底宽W之比为0.1～0.5；断续分布的肋条两端采用半个球缺形过渡到圆柱体的基准柱面上。

扩孔器表面采用纵向波纹形仿生几何结构表面。波纹表面沿运动方向的断面采用正弦波形、由凸-凹抛物线组合而成的波纹形、凸-凹半圆弧组合而成的波纹形或三角形波，三角形顶点处有圆弧过渡，前进方向第一个角的角度β为5°～45°(如图8(a))；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比H/W＝0.01～0.5，半波长为5mm～25mm。

本发明所述的开沟器表面分布有棱型仿生几何结构，其上的棱型仿生几何结构单元使用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及其复合材料等疏水性材料制作。

实例1参阅图10：

凸包型仿生扩孔器，扩孔器除连接部分外的主体部分采用圆柱型，采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和结构钢芯，b＝180mm，a＝80mm其直径与扩孔器外径之比采用0.3；扩孔器表面采用包形仿生几何结构，仿生几何结构单元采用球缺形，包的高度H与包底圆直径D之比H/D＝0.1，每两个相邻包之间的距离为10mm。；每两个相凸苞之间的距离为7mm～30mm。

实例2参阅图11：

波纹型仿生扩孔器，扩孔器除连接部分外的主体部分采用圆柱型，采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和结构钢芯，b＝180mm，a＝80mm其直径与扩孔器外径之比采用0.3；由凸-凹抛物线组合；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比H/W＝0.5(如图8(c))，半波长为10mm。

实例3参阅图12：

波纹型仿生扩孔器，扩孔器除连接部分外的主体部分采用圆柱型，采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和结构钢芯，b＝180mm，a＝80mm其直径与扩孔器外径之比采用0.3；连续型肋条之长度L等于扩孔器外圆周长100mm，即L＝P；断续形肋条之长度为扩孔器所在位置的周长的1/10，即采用12个断续肋条；肋条底宽为8mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.2；断续分布的肋条两端采用半个球缺形过渡到圆柱体的柱面上。

Claims

1.一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其主体由圆锥型和圆柱型组成，其特征在于，所述的主体采用超高分子量聚乙烯外套(5)和结构钢芯(6)，结构钢芯(6)直径与圆柱型外径之比为0.1～0.6，圆柱型表面采用凸包形、凹坑形或肋条形仿生几何结构单元，仿生几何结构单元的凸包或凹坑为球缺形或抛物面形，凸包的高度H与包底圆直径D之比H/D＝0.05～0.5，凸包在扩孔器表面上的分布采用规则分布或随机均匀分布，每两个相邻凸包之间的距离为7mm～30mm。

2.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其特征在于，所述的肋条形仿生几何结构单元采用直条形或波纹形，在圆柱型表面按环形或平行于圆柱形轴线纵向连续、断续、交叉或随机均匀分布，断续分布的肋条两端采用半个球缺形过渡到圆柱体的柱面上。

3.根据权利要求1或2所述的一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其特征在于，所述的肋条形仿生几何结构单元的横断面轮廓结构为圆弧形、上凸形正弦函数曲线或上凸形抛物线。

4.根据权利要求2所述的一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其特征在于，断续分布的环形肋条长度为扩孔器所在位置的周长的1/40～1/5，即采用5～40个断续肋条，每根肋条底宽为10～30mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.05～0.5。

5.根据权利要求2所述的一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其特征在于，纵向且连续分布的肋条形仿生几何结构单元，其长度等于圆柱型表面纵向长度L，断续分布的肋条的长度为圆柱型表面纵向长度L的1/20～1/2，即采用2～20个断续肋条，肋条底宽为10～30mm，肋条高度与肋条底宽之比为0.1～0.5。

6.根据权利要求1所述的一种鼠道犁仿生减阻扩孔器，其特征在于，波纹形肋条形仿生几何结构单元的波纹表面纵向断面采用正弦波形、由凸-凹抛物线组合而成的波纹形、凸-凹半圆弧组合而成的波纹形或三角形波，所述的三角形波顶点处有圆弧过渡，前进方向第一个角的角度θ为5°～45°；波峰高度和波谷深度H与波纹的半波长W之比：H/W＝0.01～0.5，半波长为5mm～25mm。