CN106233833A - 一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲 - Google Patents

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刘国敏
吴雪娇
邹猛
宋家峰
闫云鹏
周涛
李建桥
张忠松
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    • A01B1/00—Hand tools
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Abstract

本发明公开了一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲，是由铲柄和铲刀组成，铲刀通过螺栓组固定设置在铲柄下端，铲柄上具有第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构；本发明基于生物体表结构、生物润滑以及耦合仿生理论设计波纹润滑功能表面，使用时，润滑剂通过细管和润滑液输送孔传送到数个润滑液喷射孔处，并喷射到铲刀上，铲刀刀面具有非光滑表面能够进行润滑作用，实现了二元耦合仿生，第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构，降低土壤粘附。本发明结构简单，安全可靠，拆卸方便，工作效率高、润滑介质需求量少，节省成本，维修、维护费用低，工作时阻力小，有效降低土壤粘附，提高使用寿命，适合广泛应用。

Description

一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲
技术领域
本发明涉及农业工具，特别涉及一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲。
背景技术
深松的作用是在不翻耕土壤的基础上，打破犁底层，加深耕层，改善土壤结构，提高土壤蓄水保墒的能力和土壤肥料利用率，深松铲是保护性耕作采用的重要农业机具，也代表着深松技术的水平。
土壤对深松铲表面的粘附和阻力，严重影响机具的工作效率、使用寿命和作业质量，并增大了能量消耗加剧了能源和环境危机，深松铲部件阻力包括以下三部分：一、铲刀和铲柄刀刃的切割作用引起的阻力；二、铲刀刀面对土壤的剪切破坏产生阻力和土壤摩擦阻力；三、铲刀刀面带动土壤松动破碎导致的阻力；深松铲受到的摩擦力包括沿侧面的铲柄与土壤的摩擦阻力和铲刀刀面将深层土壤上翻受到摩擦阻力。
针对触土机械部件的粘附问题，研究人员从不同角度提出了许多解决方法，并在地面机械多种触土部件上进行了应用试验。根据脱土方法的设计原理和技术性质，传统的减粘脱土的技术和方法主要有充液法(充水、气、油以及一定浓度的聚合物溶液等)、振动法、加热法、电渗法、机械式、表面改性、表面改形等这些方法和技术是利用介质在摩擦表面产生润滑界面从而减少摩擦和阻力，现有深松铲工作时效率低、润滑介质需求量过大，费用高，工作阻力大，粘附严重，使用寿命短，不适合广泛的应用。
已有研究表明：蚯蚓是一种典型的土壤动物，在黏湿的土壤环境也能活动自如，毫不粘土，具有优异的减粘脱土功能，当蚯蚓在土壤中运动或受到刺激时，便从体腔内分泌出液体物质。体表液成为界面滑动的剪切层，在蚯蚓与土壤滑动接触过程中具有体表润滑作用；蚯蚓体表属于典型的波纹形非光滑结构，蚯蚓体表的非光滑结构可因其伸-缩运动而改变，这种动态的非光滑结构有利于减粘脱附，本发明提出蚯蚓体表润滑和形态的二元耦合仿生的研究思路，并将其应用到深松铲上，能够有效降低土壤粘附，减小阻力，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有深松铲工作时效率低、润滑介质需求量过大，维修、维护费用高，工作时阻力大，土壤粘附严重，使用寿命短，不适合广泛的应用等问题，而提供一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲。
本发明是由铲柄和铲刀组成，铲刀通过螺栓组固定设置在铲柄下端，铲柄工作段s处上具有第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构，第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构结构相同，铲刀刀面具有非光滑表面；
将蚯蚓等效的看成圆柱形的弹性体，将蚯蚓体表曲线等效成正弦函数y＝asin(2πx/λ)，a-节间沟深的一半，λ-体节宽与节间沟宽之和，根据试验观测，蚯蚓每进行一次伸-缩运约有十个体节参与，λ(mm)和a(mm)的取值如表一所示：
表一方程参数取值
综上所述可以将蚯蚓的伸-缩波纹非光滑单元分为三段其方程分别为：
头部静息态A：y＝0.6sin(2πx/9)，头部收缩态B：y＝0.9sin(2πx/7)，体部舒张态C：y＝0.3sin(2πx/12)；
所述铲柄自上而下分为机架连接段D1，触土曲线段D2和铲刀连接部位D3，D1+D2+D3＝600mm，铲柄工作段内准线Q，其前部的刃口刃角δ为60°，刃口前轮廓线P与铲柄工作段内准线Q平行，铲刀连接段的铲刀安装平面与水平面之间的夹角α为23°，铲柄宽N＝50mm，铲柄厚度为M＝18mm，第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构的厚度分别为为5mm；
铲刀具有波纹非光滑结构的刀面，刀面上均匀分布着数个润滑液喷射孔，铲刀宽度L1＝40mm，铲刀长度L2＝165mm，铲刀高度H1＝10mm，入土角γ为20°，润滑液喷射孔直径为2mm，数量为6，铲刀内部具有润滑液输送孔和细管。
本发明的工作原理和过程：
本发明基于蚯蚓体表润滑和波纹形态二元耦合仿生设计出的一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲，通过润湿性试验和耦合仿生试样的试验的研究，仿蚯蚓体表自润滑功能，使用时，润滑剂通过细管和润滑液输送孔传送到数个润滑液喷射孔处，并喷射到铲刀上，铲刀刀面具有非光滑表面能够进行润滑作用，实现了二元耦合仿生，润滑液的流速为10ml/min，铲柄工作段s增加了第一波纹非光滑结构和第二波纹非光滑结构，降低土壤粘附。
本发明的有益效果：
本发明基于生物体表结构、生物润滑以及耦合仿生理论设计波纹润滑功能表面，结构简单，安全可靠，拆卸方便，工作效率高，润滑介质需求量少，节省成本，维修、维护费用低，工作时阻力小，有效降低土壤粘附，提高使用寿命，适合广泛应用。
附图说明
图1是本发明轴对称的蚯蚓形状的坐标示意图。
图2是本发明波纹非光滑结构的示意图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明铲柄工作段s波纹非光滑结构的立体示意图。
图5是本发明铲刀的结构示意图。
图6是本发明铲刀的投影视图。
图7是本发明铲刀的主视图。
图8是本发明的铲柄主视图。
图9是本发明的铲柄左视图。
图10是本发明铲刀的结构示意图。
图11是本发明铲刀D-D的剖视图。
图12是本发明铲柄前部的刃口刃角δ示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，本发明是由铲柄1和铲刀4组成，铲刀4通过螺栓组5固定设置在铲柄1下端，铲柄1工作段s处上具有第一波纹非光滑结构2和第二波纹非光滑结构3，第一波纹非光滑结构2和第二波纹非光滑结构3结构相同，铲刀4刀面具有非光滑表面；
将蚯蚓等效的看成圆柱形的弹性体，将蚯蚓体表曲线等效成正弦函数y＝asin(2πx/λ)，a-节间沟深的一半，λ-体节宽与节间沟宽之和，根据试验观测，蚯蚓每进行一次伸-缩运约有十个体节参与，λ(mm)和a(mm)的取值如表一所示：
表一方程参数取值
综上所述可以将蚯蚓的伸-缩波纹非光滑单元分为三段其方程分别为：
头部静息态A：y＝0.6sin(2πx/9)，头部收缩态B：y＝0.9sin(2πx/7)，体部舒张态C：y＝0.3sin(2πx/12)；
所述铲柄1自上而下分为机架连接段D1，触土曲线段D2和铲刀连接部位D3，D1+D2+D3＝600mm，铲柄1工作段内准线Q，其前部的刃口刃角δ为60°，刃口前轮廓线P与铲柄工作段内准线Q平行，铲刀连接段的铲刀安装平面与水平面之间的夹角α为23°，铲柄1宽N＝50mm，铲柄厚度为M＝18mm，第一波纹非光滑结构2和第二波纹非光滑结构3的厚度分别为为5mm；
铲刀4具有波纹非光滑结构的刀面41，刀面41上均匀分布着数个润滑液喷射孔411，铲刀4宽度L1＝40mm，铲刀4长度L2＝165mm，铲刀4高度H1＝10mm，入土角γ为20°，润滑液喷射孔411直径为2mm，数量为6，铲刀4内部具有润滑液输送孔42和细管。
本发明的工作原理和过程：
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，本发明基于蚯蚓体表润滑和波纹形态二元耦合仿生设计出的一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲，通过润湿性试验和耦合仿生试样的试验的研究，仿蚯蚓体表自润滑功能，使用时，润滑剂通过细管和润滑液输送孔42传送到数个润滑液喷射孔411处，并喷射到铲刀上，铲刀刀面41具有非光滑表面能够进行润滑作用，实现了二元耦合仿生，润滑液的流速为10ml/min，铲柄1工作段s增加了第一波纹非光滑结构2和第二波纹非光滑结构3，降低土壤粘附。

Claims (2)

1.一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲，其特征在于：是由铲柄(1)和铲刀(4)组成，铲刀(4)通过螺栓组(5)固定设置在铲柄(1)下端，铲柄(1)工作段s处上具有第一波纹非光滑结构(2)和第二波纹非光滑结构(3)，第一波纹非光滑结构(2)和第二波纹非光滑结构(3)结构相同，铲刀(4)刀面具有非光滑表面；
将蚯蚓等效的看成圆柱形的弹性体，将蚯蚓体表曲线等效成正弦函数y＝asin(2πx/λ)，a-节间沟深的一半，λ-体节宽与节间沟宽之和，根据试验观测，蚯蚓每进行一次伸-缩运约有十个体节参与，λ(mm)和a(mm)的取值如表一所示：
表一方程参数取值
综上所述可以将蚯蚓的伸-缩润滑单元分为三段其方程分别为：
头部静息态A：y＝0.6sin(2πx/9)，头部收缩态B：y＝0.9sin(2πx/7)，体部舒张态C：y＝0.3sin(2πx/12)；
所述铲柄(1)自上而下分为机架连接段D1，触土曲线段D2和铲刀连接部位D3，D1+D2+D3＝600mm，铲柄(1)工作段内准线Q，其前部的刃口刃角δ为60°，刃口前轮廓线P与铲柄工作段内准线Q平行，铲刀连接段的铲刀安装平面与水平面之间的夹角α为23°，铲柄(1)宽N＝50mm，铲柄厚度为M＝18mm，第一波纹非光滑结构(2)和第二波纹非光滑结构(3)的厚度分别为为5mm；
铲刀(4)具有波纹非光滑结构的刀面(41)，刀面(41)上均匀分布着数个润滑液喷射孔(411)，铲刀(4)内部具有润滑液输送孔(42)和细管，铲刀(4)入土角γ为20°。
2.根据权利要求1所述的一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻深松铲，其特征在于：所述铲刀(4)宽度L1＝40mm，铲刀(4)长度L2＝165mm，铲刀(4)高度H1＝10mm，润滑液喷射孔(411)直径为2mm，数量为6。
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