CN103270830B - 仿生靴式施肥开沟器 - Google Patents

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Abstract

仿生靴式施肥开沟器属农业机械技术领域，本发明中铲尖固接于铲面前端，铲柄固接于铲面上端，肥筒固接于铲面后侧，输肥管固接于肥筒上端；铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，其方程式为：y=-0.0017x4+0.0161x3-0.0357x2+0.5161x+30.236，其中：-7mm<x<8mm；本发明解决了传统靴式施肥开沟器在工作过程中铲柄刃口与土壤等接触剪切阻力、摩擦力大和铲面粘土等问题，与普通的靴式施肥开沟器相比工作阻力降低10%～18%，土壤粘附现象明显减少、能耗降低，开沟器的工作效率显著提高。

Description

仿生靴式施肥开沟器
技术领域
本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种具有仿生结构的靴式施肥开沟器。
背景技术
施肥开沟器是农业生产机械中重要的触土工作部件，它的性能直接影响着施肥机的工作质量，关系着肥料在行内和深度上的分布精度、整机的平衡、稳定与功耗。在免耕和少耕耕作下，施肥开沟部件粘土及开沟部件阻力增大的问题更加突出，使得开沟部件开出的沟形不整齐、深浅不一致，直接影响着施肥质量。减阻降粘不仅可以提高施肥质量，减小开沟部件工作阻力，而且对提高农业生产综合效益有显著影响。通过长期研究，施肥的工作阻力除了与工作时的作业环境（包括土壤结构、水分等）有关外，还与开沟器的空间结构形式、材料组分和表面处理情况密切有关。
研究发现，某些土壤洞穴动物如獾、田鼠、蝼蛄、穿山甲、蚯蚓等经过长期的进化，已经进化出适应不同土壤环境的身体结构（如具有掘土作用的足，使其具备很强的挖洞本领）和功能（如体表具有憎水性、不粘土），成为挖掘、切削、松土等方式的触土作业部件仿生研究和设计的基础。因此，将獾（Meles meles）爪趾所具有的结构形态和具有耐磨且和金属基体具有很好结合强度的BD706大颗粒耐磨涂层应用于施肥开沟器的仿生设计制造之中，可以有效减小工作阻力和减少铲面粘土，以提高工作效率，减少资源消耗。
发明内容
本发明的目的在于解决现有靴式施肥开沟器工作阻力大、工作效率低，且在较湿润的土壤中工作时，会使得铲面和铲柄外表面粘土等问题，提出一种仿獾的爪趾结构形态，并在表面涂敷耐磨涂层的施肥开沟器，以提高开沟器的工作效率，使其具有很好的减粘降阻的功能。
本发明由铲尖1、铲面2、铲柄3、输肥管4和肥筒5组成，其中铲尖1固接于铲面2前端，铲柄3固接于铲面2上端，肥筒5固接于铲面2后侧，输肥管4固接于肥筒5上端；其铲柄3与其他开沟器有所不同，在施肥工作时，铲柄前表面的刃口来剪切破碎土壤，减小铲面2与土壤的应力；铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，其方程式为:
y=-0.0017x4+0.0161x3-0.0357x2+0.5161x+30.236
其中：-7mm<x<8mm。
所述的铲面2经过下列步骤处理：
1.粗化处理：采用干喷砂法，将粒径为0.5mm～1.5mm的铁砂对铲面2进行喷射；
2.清洗：将碱性清洗液对铲面2进行喷射、清除油污；
3.涂敷：喷涂BD706大颗粒耐磨涂层，厚度为5mm～8mm；
4.加热固化：加热到60℃～80℃，保温2小时。
所述的施肥开沟器的入土角α为20°～35°，隙角ε为17°。
具有结构和材料耦合作用的铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A和涂层材料，共同应用于本发明施肥开沟器的加工制造之中。
本发明的铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，铲面具有涂层，解决了传统靴式施肥开沟器在工作过程中铲柄刃口与土壤等接触剪切阻力、摩擦力大和铲面粘土等问题，使开沟器具有很好的减粘降阻的功能，从而有效地提高开沟器的工作效率。
本发明所述仿生靴式施肥开沟器，仿生铲柄刃口曲线结构和铲面涂层材料具有很好的耦合协同作用，与普通的靴式施肥开沟器相比工作阻力降低10%～18%，土壤粘附现象明显减少、能耗降低。
附图说明
图1为仿生靴式施肥开沟器主视图
图2为仿生靴式施肥开沟器俯视图
图3为图1中Ⅰ-Ⅰ截面示意图
图4为图1中Ⅱ-Ⅱ截面示意图
图5为图1中Ⅲ-Ⅲ截面示意图
图6为獾（Meles meles）与土壤接触最密切爪趾沿纵向的曲线方程
图7为铲面结构示意图
其中：1.铲尖2.铲面3.铲柄4.输肥管5.肥筒A-具有仿生结构的曲线a-铲柄截面长度b-铲柄截面宽度d1-肥筒弧度直径d2-幅宽H-铲柄顶端与水平地面的距离H1-肥筒顶端与水平地面的距离L-铲尖与铲柄竖直部分的距离δ-肥筒内壁厚度α-施肥开沟器入土角ε-隙角
具体实施方式
下面结合附图所示实施例里一步说明本发明具体内容做详细介绍：参阅图1：本发明由铲尖1、涂敷复合涂料的铲面2、具有仿生曲线的铲柄3、输肥管4和肥筒5组成。铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，其方程式为：
y=-0.0017x4+0.0161x3-0.0357x2+0.5161x+30.236
其中：-7mm<x<8mm。
结合上述的曲线方程，充分考虑开沟器的实际应用，x的最佳取值范围是：-5mm<x<4mm。
所述的铲面2经过下列步骤处理：
1.粗化处理：采用干喷砂法，将粒径为0.5mm～1.5mm的铁砂对铲面2进行喷射；
2.清洗：将碱性清洗液对铲面2进行喷射、清除油污；
3.涂敷：喷涂BD706大颗粒耐磨涂层，厚度为5mm～8mm；
4.加热固化：加热到60℃～80℃，保温2小时。
所述的仿生靴式施肥开沟器铲柄顶端与水平地面的距离H为500mm（根据实际工作要求可以适当增减），肥筒顶端与水平地面的距离H1为300mm，铲尖到铲柄竖直直线部分的水平距离L为138mm，铲柄截面长度a为45mm，铲柄截面宽度b为14mm。肥筒内壁厚度δ为2mm，肥筒弧度直径d1为46mm，幅宽d2为45mm，施肥开沟器入土角α为20°～35°，最佳入土角为30°，隙角ε为17°。
设计实例：
根据农业机械设计手册里规定的施肥开沟器的相关设计参数，取仿生靴式施肥开沟器铲柄顶端到水平地面的距离H为500mm，施肥开沟器入土角α为30°，来进行两种不同仿生结构的开沟器的设计制造。
实施例1
铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，其方程式为：y=-0.0017x4+0.0161x3-0.0357x2+0.5161x+30.236，并制成实件，在田间进行实际的参数测试，对所得实验数据进行优化分析，得出具有仿生结构设计的开沟器在实际工作时工作阻力降低5%～8%，土壤粘附现象有所减少。
实施例2
在实例1中设计制造的开沟器的基础上，对仿生靴式施肥开沟器的铲面2经过下列步骤处理：
1)粗化处理：采用干喷砂法，将粒径为0.5mm～1.5mm的铁砂对铲面2进行喷射；
2)清洗：将碱性清洗液对铲面2进行喷射、清除油污；
3)涂敷：喷涂BD706大颗粒耐磨涂层，厚度为5mm～8mm；
4)加热固化：加热到60℃～80℃，保温2小时。
进行与实例1同样的田间试验，得出仿生铲柄刃口曲线和铲面复合涂层共同应用于本发明施肥开沟器的设计制造之中，两者之间有很好的耦合协同作用，具有比普通开沟器和实例1中所设计开沟器更优异的性能，使得开沟器在实际工作时，工作阻力降低10%～18%，土壤粘附现象明显减少，能耗大大降低。

Claims (1)

1.一种仿生靴式施肥开沟器，由铲尖(1)、铲面(2)、铲柄(3)、输肥管(4)和肥筒(5)组成，铲尖(1)固接于铲面(2)前端，铲柄(3)固接于铲面(2)上端，肥筒(5)固接于铲面(2)后侧，输肥管(4)固接于肥筒(5)上端；其特征在于铲柄前表面刃口具有仿生结构的曲线A，其方程式为:
y＝-0.0017x4+0.0161x3-0.0357x2+0.5161x+30.236
其中：-7mm<x<8mm；
铲面(2)喷涂BD706大颗粒耐磨涂层，厚度为5mm～8mm。
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