CN102210201A

CN102210201A - 垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件

Info

Publication number: CN102210201A
Application number: CN 201110072616
Authority: CN
Inventors: 佟金; 张智泓; 陈东辉; 孙霁宇; 陈玉香; 马云海; 贾洪雷; 周江; 常志勇
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: CN102210201B

Abstract

本发明属于农业机械，具体涉及一种垄作模式下播种后用于压实土壤并改变土壤表面微形貌的滚动触土部件，特别涉及一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件。主要由垄台辊、垄沟辊和总机架组成，所述的垄台辊和垄沟辊为多个，分别通过垄台辊辊架和垄沟辊辊架串联在总机架上，并能绕总机架旋转，所述的垄台辊辊架和垄沟辊辊架表面分别设有垄台辊衬套和垄沟辊衬套，垄台辊和垄沟辊表面的圆周线上均匀分布具有仿生几何结构的垄台辊辊齿和垄沟辊辊齿。本发明在保证土壤压实作用前提下，减小滚动阻力，降低部件与土壤的粘附，实现对土壤微小地貌改变，改善土壤蓄水保墒能力及农业生态，使农田在抵抗恶劣气候条件同时提高可持续增产能力。

Description

垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件

技术领域：

本发明涉及农业机械触土部件，特别是涉及垄作田间土壤表面微形貌加工滚动触土部件，属于农业机械领域。

背景技术：

镇压辊是农业机械中典型的滚动触土部件，用于压实土壤，无论是传统耕作还是保护性耕作，农田土壤的压实程度都是影响作物产量的重要因素之一；土壤表面的微形貌加工能增加地表的比表面积，使地温升高加快，必要时可提前后续作业进度，加快种子发芽，抵抗水土流失，降低自然灾害及恶劣气候条件的影响。适当的土壤压实和土壤表面微形貌加工能够提高作物产量。

由于传统镇压辊在工作时，滚动触土部件表面与土壤接触产生严重的粘附现象，这会使土壤受到严重扰动和破坏，使土壤失墒严重。同时增大工作阻力，降低作业效率和作业质量，增大能耗，甚至使机械无法作业。而采用仿生方法设计的农机部件不仅阻力小，而且脱土性能好，降低土壤水分的散失，起到很好的蓄水保墒作用。

对于农业机械滚动触土部件，如传统土壤镇压辊，主要采用石材、铸铁或钢材制作成实心或骨架式，触土表面在宏观上为普通光滑表面。如果完全采用UHMWPE材料制作光滑滚动部件，则无法调整滚动部件对土壤的压实程度，且成本高；并且，采用单一技术无法实现其对土壤性状的调节。而如果只采用UHMWPE材料制作仿生几何结构单元，其它部位仍采用钢铁材料等传统材料，则会明显降低UHMWPE材料的使用成本，在技术上容易实现，并在经济上具有优越性。而单纯采用光滑的UHMWPE材料，不能调整对土壤的压实程度，所以需要制作成几何结构表面，以实现对土壤压实程度可调。

生物表面呈现多种几何结构，如凸包型、凹坑型，棱纹型，台阶型，鳞片型等，对土壤具有很好的脱附减阻作用。这为农业机械触土部件表面几何结构的仿生设计提供了技术参考。土壤洞穴动物臭蜣螂前足胫节外缘具有齿状结构，能够利用其前足进行行走，例如利用前足在松软土壤上行走来推滚粪球。表明其齿状结构对土壤具有很好的限流固土作业，而产生足够的推进力。臭蜣螂前足胫节外缘具齿状结构，在松软土壤表面行走功能为土壤的镇压和微形貌加工部件触土部位设计提供良好的仿生对象，通过研究其前足胫节外缘齿状结构、材料和功能机理，为土壤镇压和微形貌加工工具高效节能仿生设计提供了仿生设计依据。

发明内容：

本发明提供一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，目的在于能够在保证所需土壤压实作用前提下，减小滚动阻力，降低发生与土壤的粘附作用，并且通过滚动触土部件实现对农田土壤微小地貌的改变，使农田土壤表面形成规模化的微凹坑或微凹槽阵列，进而改善土壤的蓄水保墒能力以及农业生态，使农田在抵抗恶劣气候条件的同时提高可持续增产的能力。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，主要由垄台辊、垄沟辊和总机架组成，所述的垄台辊3和垄沟辊7为多个，分别通过垄台辊辊架2和垄沟辊辊架6串联在总机架1上，并能绕总机架1旋转，所述的垄台辊辊架2和垄沟辊辊架6表面分别设有垄台辊衬套4和垄沟辊衬套8，垄台辊3和垄沟辊7表面的圆周线上均匀分布具有仿生几何结构的垄台辊辊齿5和垄沟辊辊齿9。

本发明是由一总机架通过各自独立的垄台辊辊架和垄沟辊辊架串联数对垄台辊和垄沟辊构成，所述的垄台辊和垄沟辊上分别设置有仿生结构辊齿，所述辊齿的仿生原型为土壤洞穴动物臭蜣螂前足胫节外缘齿状结构，辊齿由超高分子量聚乙烯或搪瓷涂层制成。垄台辊和垄沟辊的表面各有一层超高分子量聚乙烯衬套或搪瓷涂层衬套，衬套表面有凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何形态。

本发明垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件在适当压实土壤的基础上，可在微小尺度上改变土壤形貌，形成小坑规模化阵列，可以有效解决土壤粘附问题，并且土壤压实后紧密度均匀且符合农艺要求，表面平整，小坑形状规则。

本发明关键技术特征是：在垄作模式下，同时对垄台和垄沟进行土壤压实和土壤表面微形貌加工，并调整对土壤的压实程度。

该发明是为改善作物生长的土壤微环境，调节土壤的水、盐和热运动，使农田土壤有效利用降水和灌溉用水，提高农田抵抗水土流失和极端气候条件的能力，提供一种仿生结构滚动触土部件，有效地减小粘附现象，压实土壤并从微小形态上改变地貌，使农田在抵抗恶劣气候条件的同时提高可持续增产的能力。

附图说明：

图1(a)是3个垄台辊和2个垄沟辊组合的垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动部件主视图。

图1(b)是图1(a)的俯视图。

图2是垄台辊俯视图和左视图以及凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图(只以凸包型几何结构代表)；

图2(a)是垄台辊的主视图。

图2(b)是图2(a)的A处凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图(只以凸包型几何结构代表)。

图2(c)是图2(a)的左视图。

图3(a)垄沟辊的主视图。

图3(b)是图3(a)的A处凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图(只以凸包型几何结构代表)。

图3(c)是图3(a)的左视图。

图4(a)是垄沟辊衬套的主视图。

图4(b)是图4(a)的B处凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图(只以凸包型几何结构代表)。

图4(c)是图3(a)的左视图。

图5(a)是垄沟辊辊齿的主视图。

图5(b)是垄沟辊辊齿的左视图。

图5(c)是垄沟辊辊齿的俯视图。

图6(a)是垄台辊衬套的主视图。

图6(b)是图6(a)的C处凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图(只以凸包型几何结构代表)。

图6(c)是图6(a)的左视图。

图7(a)是垄台辊辊齿的主视图。

图7(b)是垄台辊辊齿的左视图。

图7(c)是垄台辊辊齿的俯视图。

图8(a)是2个垄台辊和3个垄沟辊组合的垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件结构主视图。

图8(b)是图8(a)的俯视图。

图9(a)是垄沟辊的辊齿均匀分布在辊的圆周线上，每条圆周线上分布6个辊齿，每个垄沟辊轴向上布置3列辊齿组的示意图(凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片等几何局部视图只以凸包型几何结构代表)；

图9(b)是图5(a)A出的局部放大示意图。

图10是图1(b)的立体图。

图中：1-总机架；2-垄台辊辊架；3-垄台辊；4-垄台辊衬套；5-垄台辊辊齿；6-垄沟辊辊架；7-垄沟辊；8-垄沟辊衬套；9-垄沟辊辊齿。

具体实施方式：

以下结合附图所示实施例进一步说明本发明的具体内容。

本发明所述的一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，主要由垄台辊、垄沟辊和总机架组成，所述的垄台辊3和垄沟辊7为多个，分别通过垄台辊辊架2和垄沟辊辊架6串联在总机架1上，并能绕总机架1旋转，所述的垄台辊辊架2和垄沟辊辊架6表面分别设有垄台辊衬套4和垄沟辊衬套8，垄台辊3和垄沟辊7表面的圆周线上均匀分布具有仿生几何结构的垄台辊辊齿5和垄沟辊辊齿9。

所述的垄台辊3和垄沟辊7表面的圆周线上均匀分布有4-18个辊齿，垄台辊3和垄沟辊7轴向上布置1-4列辊齿组。

所述的垄台辊辊齿5和垄沟辊辊齿9采用的具有仿生几何结构：仿照臭蜣螂前足胫节，外缘轮廓为曲边三角形的齿状结构，该曲边三角形两腰均为外凸圆弧，弧长为30-250mm，该曲边三角形底边为内凹圆弧，弧长为50-300mm，该曲边三角形高为30-300mm，齿的底面截面为椭圆形曲面，该椭圆曲面的宽为10-200mm，长为30-400mm。

所述的垄台辊衬套4和垄沟辊衬套8厚度为3-20mm，其表面为凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片几何结构，其中凸包结构采用仿生凸包几何结构表面，其凸包的几何结构单元底面截面为圆形，半径为1-30mm，凸包的高度为2-50mm，凸包的分布密度为每平方米2000-8000个凸包。

所述的垄台辊衬套4和垄沟辊衬套8以及垄台辊辊齿5和垄沟辊辊齿9采用超高分子量聚乙烯材料或搪瓷涂层表面。

实施例一：

本例垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件的具体结构由图1、图2、图3、图4、图5与图6联合示出。该例的新型滚动触土部件结构特点是：同时具有镇压垄台的垄台辊4和镇压垄沟的垄沟辊7，异于传统的只能镇压垄台的镇压辊；垄台辊和垄沟辊上装有仿生几何结构辊齿3，6，可进行土壤表面微形貌加工，异于传统的不能进行土壤表面微形貌加工的无辊齿镇压辊；垄台辊和垄沟辊的表面具有凸包、凹坑、棱纹、台阶与鳞片的仿生几何结构衬套，衬套的材料为UHMWPE或搪瓷材料涂层，异于传统的无仿生几何结构单元的橡胶材料衬套。本例具体结构为：3个垄台辊和2个垄沟辊组合。本例所述的垄台辊和垄沟辊的辊齿均匀分布在各自辊的圆周线上，每条圆周线上分布10个辊齿，每个垄台辊或垄沟辊轴向上布置2列辊齿组。本例所述的垄沟辊衬套表面的凸包底面截面半径r为5mm，高度为5mm，凸包的分布密度为6620个每平方米；垄沟辊辊齿弧AB长为110mm，弧AC长为130mm，弧BC长为134mm，齿的高度h为107mm，齿的宽度b为50mm。本例所述的垄台辊衬套表面的凸包底面截面半径径r’为5mm，高度为5mm，凸包的分布密度为5208个每平方米，垄台辊辊齿弧IJ长为70mm，弧IK长为77mm，弧JK长为97mm，齿的高度h’为97mm，齿的宽度b’为42mm。

实施例二：

本例垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件的具体结构由图8示出。本例所述的垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件与例一不同的是：滚动触土部件由2个垄台辊和3个垄沟辊组成。其余未述之处的与实施例一中所述的相同，不再重述。

实施例三：

本例垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件的垄沟辊的具体结构由图10示出。本例所述的垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件的垄沟辊与例一及例二不同的是：该例垄沟辊每条圆周线上分布8个辊齿，每个垄台辊或垄沟辊轴向上布置3列辊齿组。其余未述之处的与实施例一及例二中所述的相同，不再重述。

Claims

1.一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，主要由垄台辊、垄沟辊和总机架组成，其特征在于，所述的垄台辊(3)和垄沟辊(7)为多个，分别通过垄台辊辊架(2)和垄沟辊辊架(6)串联在总机架(1)上，并能绕总机架(1)旋转，所述的垄台辊辊架(2)和垄沟辊辊架(6)表面分别设有垄台辊衬套(4)和垄沟辊衬套(8)，垄台辊(3)和垄沟辊(7)表面的圆周线上均匀分布具有仿生几何结构的垄台辊辊齿(5)和垄沟辊辊齿(9)。

2.根据权利要求1所述的一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，其特征在于，所述的垄台辊(3)和垄沟辊(7)表面的圆周线上均匀分布有4-18个辊齿，垄台辊(3)和垄沟辊(7)轴向上布置1-4列辊齿组。

3.根据权利要求1所述的一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，其特征在于，所述的垄台辊辊齿(5)和垄沟辊辊齿(9)采用的具有仿生几何结构：仿照臭蜣螂前足胫节，外缘轮廓为曲边三角形的齿状结构，该曲边三角形两腰均为外凸圆弧，弧长为30-250mm，该曲边三角形底边为内凹圆弧，弧长为50-300mm，该曲边三角形高为30-300mm，齿的底面截面为椭圆形曲面，该椭圆曲面的宽为10-200mm，长为30-400mm。

4.根据权利要求1所述的一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，其特征在于，所述的垄台辊衬套(4)和垄沟辊衬套(8)厚度为3-20mm，其表面为凸包、凹坑、棱纹、台阶或鳞片几何结构，其中凸包结构采用仿生凸包几何结构表面，其凸包的几何结构单元底面截面为圆形，半径为1-30mm，凸包的高度为2-50mm，凸包的分布密度为每平方米2000-8000个凸包。

5.根据权利要求1所述的一种垄作田间土壤表面微形貌加工仿生结构滚动触土部件，其特征在于，所述的垄台辊衬套(4)和垄沟辊衬套(8)以及垄台辊辊齿(5)和垄沟辊辊齿(9)采用超高分子量聚乙烯材料或搪瓷涂层表面。