CN105359643A - 基于多项式曲线的仿生减阻深松铲 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业耕整地机械领域上的一种具有减阻作用的基于多项式曲线的仿生减阻深松铲。它包括仿生深松铲铲柄，通过螺栓连接在仿生深松铲铲柄上的仿生深松铲铲尖，其特性在于：本发明是基于狗獾爪趾表面轮廓线及其前端轮廓线，其形状具有多项式的曲线形式，仿生深松铲铲柄铲柄内准线由方程式制得，铲尖安装平面与水平面之间的夹角α为20°～24°，仿生深松铲铲尖由方程式制得。该深松铲相比较国标深松铲可降低阻力17％左右，有利于节约能耗。

Description

基于多项式曲线的仿生减阻深松铲

技术领域

本发明涉及农业耕整地机械领域上的一种具有减阻作用的基于多项式曲线的仿生减阻深松铲。

背景技术

深松作业可以在不翻耕土壤的基础上，打破土壤犁底层，加深耕层，保护地表植被，改善土壤结构，降低风蚀水蚀的危害，提高土壤的蓄水保墒能力，并提高土壤中微生物的生活率，提高土壤肥性，有利于农作物根系的生长发育。

深松铲是实现深松技术的关键工具，其结构形状和参数在很大程度上决定了深松铲的耕作阻力及深松效果，现有的深松铲铲柄结构主要有圆弧形铲柄、直立式铲柄和倾斜式铲柄，深松铲铲尖结构主要有凿形铲尖、箭形(鸭掌)铲尖和双翼形铲尖。采用现有深松结构进行深松作业时，存在耕作阻力较大，能耗较高等问题。

研究表明，狗獾善于打洞且挖掘速度极快，其前后爪趾为黑棕色，且都强健有力，肢爪长而有力，尤其是其前肢爪。在狗獾挖掘过程中，前肢爪飞快的将坚实土壤打碎并将碎土扒到腹下，其挖掘形式与深松形式非常相似，因此采用仿生学原理，对其爪趾曲线进行提取，将所提取的曲线通过分析拟合应用于深松铲的结构设计中。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种基于多项式曲线的仿生减阻深松铲，以达到深松效果好、减阻性能优良和所需能耗低的作用。

本发明基于多项式曲线的仿生减阻深松铲，如图1至6所示，它包括仿生深松铲铲柄(1)，通过螺栓(3)连接在仿生深松铲铲柄(1)上的仿生深松铲铲尖(2)，所述的仿生深松铲铲柄(1)自上而下由机架连接段D₁，触土曲线段D₂和仿生深松铲铲尖(2)连接段D₃组成，铲柄工作段内准线B模仿狗獾爪趾的结构形状，其前部的刃口刃角为60°，刃口前轮廓线A与铲柄工作段内准线B平行，铲尖连接段D₃的铲尖安装平面与水平面之间的夹角α为20°～24°。在进行深松作业时，触土曲线段能够模仿狗獾挖掘时的形态。触土曲线段内准线B是由以下多项式方程制得：

$\begin{array}{ccc}{y}_1=319.39916-1.70123x_1+0.00796x_1^2-1.76587& {10}^{-5}{x}_1^3+1.5323& {10}^{-8}{x}_1^4;\end{array}$

式中，x₁的取值范围为25≤x₁≤281，拟合函数图像的x轴以pixels为单位。

所述仿生深松铲铲尖(2)由铲柄连接段L₃和破土曲线段C组成，破土曲线段C模仿狗獾爪趾前端的结构形状，铲尖楔角γ为19°～20°。破土曲线段曲线是由以下多项式方程制得：

$\begin{array}{ccc}{y}_2=393.88922-8.57804x_2+0.07406x_2^2-2.92722& {10}^{-4}{x}_2^3+4.61938& {10}^{-7}{x}_2^4;\end{array}$

式中，x₂取值范围为25≤x₂≤281，拟合函数图像的x轴以pixels为单位。

附图说明

图1为本发明基于多项式曲线的仿生减阻深松铲结构示意图；

图2为本发明基于多项式曲线的仿生减阻深松铲铲柄结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图3所示A-A向剖面视图；

图5为本发明基于多项式曲线的仿生减阻深松铲铲尖结构示意图；

图6为图5的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示实例对本发明作更进一步的说明：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是基于多项式曲线的仿生减阻深松铲，如图1至6所示，它包括仿生深松铲铲柄(1)，通过螺栓(3)连接在仿生深松铲铲柄(1)上的仿生深松铲铲尖(2)，所述的仿生深松铲铲柄(1)自上而下由机架连接段D₁，触土曲线段D₂和仿生深松铲铲尖(2)连接段D₃组成，铲柄工作段内准线B模仿狗獾爪趾的结构形状，其前部的刃口刃角为60°，刃口前轮廓线A与铲柄工作段内准线B平行，铲尖连接段D₃的铲尖安装平面与水平面之间的夹角α为20°～24°，根据深松作业要求和国标JB/T9788-1999标准，I＝60mm，J＝25mm，D₁+D₂+D₃＝600mm。在进行深松作业时，触土曲线段能够模仿狗獾挖掘时的形态。触土曲线段内准线B是由以下多项式方程制的：

$\begin{array}{ccc}{y}_1=319.39916-1.70123x_1+0.00796x_1^2-1.76587& {10}^{-5}{x}_1^3+1.5323& {10}^{-8}{x}_1^4\end{array};$

式中，x₁的取值范围为25≤x₁≤281，拟合函数图像的x轴以pixels为单位。铲柄部分L/D取值范围：0.7≤L/D≤0.85，L为深松铲入土工作长度，D为耕作深度。实际耕深要求D＝320mm，将狗獾爪趾提取曲线坐标值x₁和y₁进行等比例缩放，比例系数为0.658，得到L＝253mm，L/D＝0.79。

所述仿生深松铲铲尖(2)由铲柄连接段L₃和破土曲线段C组成，破土曲线段C模仿狗獾爪趾前端的结构形状，铲尖楔角γ为19°～20°。破土曲线段曲线是由以下多项式方程制的：

$\begin{array}{ccc}{y}_2=393.88922-8.57804x_2+0.07406x_2^2-2.92722& {10}^{-4}{x}_2^3+4.61938& {10}^{-7}{x}_2^4;\end{array}$

式中，x₂的取值范围为25≤x₂≤281，拟合函数图像的x轴以pixels为单位。

以中华人民共和国机械行业标准JB/T9788-1999《深松铲和深松铲柄》所规定的凿形深松铲的尺寸和结构为基础进行仿生深松铲铲尖的设计制作。

要求仿生深松铲铲尖宽度H₃＝40mm，长度L₄＝165mm，将狗獾爪趾前端提取曲线坐标x₂和y₂进行等比例缩放，比例系数为0.156，得到仿生深松铲铲尖图形。

Claims (2)

1.基于多项式曲线的仿生减阻深松铲，包括仿生深松铲铲柄(1)、仿生深松铲铲尖(2)、螺栓(3)；其特征在于：所述仿生深松铲铲柄(1)与仿生深松铲铲尖(2)通过螺栓(3)连接在一起，所述仿生深松铲铲柄(1)由机架连接段(D₁)，触土曲线段(D₂)和铲尖连接段(D₃)组成，所述触土曲线段(D₂)中的触土曲线段内准线(B)模仿狗獾爪趾的结构形状，其前部的刃口刃角为60°，刃口前轮廓线(A)与触土曲线段内准线(B)平行，触土曲线段内准线(B)由多项式方程制得，x₁的取值范围为25≤x₁≤281，所述铲尖连接段(D₃)中铲尖安装平面与水平面之间的夹角(α)为20°～24°。

2.根据权利要求1所述的基于多项式曲线的仿生减阻深松铲，其特征在于：所述仿生深松铲铲尖(2)由铲柄连接段(L₃)和破土曲线段(C)组成，铲柄连接段(L3)为矩形，破土曲线段(C)模仿狗獾爪趾前端结构形状，通过多项式方程制得，x₂取值范围为25≤x₂≤281，铲尖楔角(γ)为19°～20°。