CN107996037A - 一种减阻低土壤扰动的仿生深松铲 - Google Patents

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孙霁宇
王悦明
刘超
宋泽来
吴薇
杜瑞娟
马云海
佟金
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    • A01B13/00—Ploughs or like machines for special purposes ; Ditch diggers, trench ploughs, forestry ploughs, ploughs for land or marsh reclamation
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Abstract

一种减阻低土壤扰动的仿生深松铲属农业机械技术领域，本发明中基体两侧在总高度内自上而下对称固接均布的10‑25个三棱柱Ⅰ，工作状态下三棱柱Ⅰ按纵轴线平行于水平方向排列，且最底下的三棱柱Ⅰ与基体底端距离为10‑30mm；双翼型铲尖中左右翼的上表面对称固接均布的3‑10个三棱柱Ⅱ，三棱柱ⅡI长度l10随双翼型铲尖B中左翼4和右翼6的长度改变；两种三棱柱的横截面均为等腰三角形，两个三棱柱的间距与其高度之比为0.5‑0.6，三棱柱的前端所设斜面与水平面的夹角β1为15‑30度。本发明能减小耕作阻力，提高保护性耕作的经济效益，产生的土壤扰动系数很小，这种土壤结构益于根系生长，且能改善作物的抗逆性。

Description

一种减阻低土壤扰动的仿生深松铲
技术领域
本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种减阻低土壤扰动的仿生深松铲。
背景技术
由于土壤压实日益严峻、犁底层加深加厚，导致深耕阻力明显增大，磨损也更加严重，这将增加机械的工作阻力及燃料消耗，从而降低保护性耕作的经济效益。然而耗能太高则阻碍了其进一步推广应用，因此减阻节能、提高耕作质量引起了广泛的关注。
发明内容
本发明设计出一种具有三棱柱结构的仿生深松铲，其目的为减小耕作阻力，产生最大的犁底层土壤孔隙度，最小的土壤膨胀率以及最小的土壤扰动系数。似的耕作后的土壤益于根系生长，改善作物抗逆性。
本发明的原始结构为双翼型铲尖及中型铲柄的深松铲，由铲柄1、铲刃段A、双翼型铲尖B组成，铲刃段A顶端与铲柄1下端固接，铲刃段A底端与双翼型铲尖B后端固接；铲刃段A由基体2和刀刃3组成，刀刃3固接于基体2前部，基体2的侧面轮廓由a、b、c、f、a连线组成，其中ab为曲线C，bc为垂直线，长度h1为10-20mm，cf为曲线D，fa为水平直线，长度l1为50-60mm；工作状态下基体2的总高度h2为500-600mm，基体2的宽度l2为20-30mm；
所述曲线C的方程式为：f(x)＝-26.57+113.67e(x-132.31)/102.14+3.42×10-6e(x -100.67)/5.30；
所述曲线D的方程式为：f(x)＝-15.96+138.47e(x-100.67)/98.55+4.38×10-5e(x -100.67)/4.74；
双翼型铲尖B由左翼4、中板5和右翼6组成，其中左翼4和右翼6为对称结构，分别固接于中板5两侧，左翼4及右翼6为直角三角形，厚度l7为6-10mm，翼侧边与其和中板相连边的夹角ε为17-20度，两翼夹角δ为60-65度，两翼直角顶角之间的距离l5为150-200mm，翼直角顶点与中板5上边距离l8为75-85mm；左翼4和右翼6的厚度与中板5的厚度l7相同，中板5的上边长度l6为30-35mm；基体2两侧在总高度h2内自上而下对称固接有均布的10-25个三棱柱ⅠF，工作状态下三棱柱ⅠF按纵轴线平行于水平方向排列，且最底下的三棱柱ⅠF与基体2底端距离h3为10-30mm；双翼型铲尖B中左翼4和右翼6的上表面对称固接有均布的3-10个三棱柱ⅡI，且左翼4和右翼6中三棱柱ⅡI的纵轴线分别与中板5的两边平行，三棱柱ⅡI长度l10随双翼型铲尖B中左翼4和右翼6的长度改变。
所述的三棱柱ⅠF的横截面为等腰三角形，三角形顶角α1为15-45度，高h4为3-7mm，两个三棱柱ⅠF的间距l3与其高度h4之比为0.5-0.6，三棱柱ⅠF的前端所设斜面与水平面的夹角β1为15-30度。
所述的三棱柱ⅡI的横截面为等腰三角形，三角形顶角α2为15-45度，高度h5为3-7mm，两个三棱柱ⅡI的间距l9与其高度h5之比为0.5-0.6，三棱柱ⅡI的前端所设斜面与水平面的夹角β2为15-30度。
本发明的工作原理为：
本发明设计的仿生深松铲使其工作时在恰当的三棱柱间距与高度比状态下，其顶点部位产生漩涡流，将土壤“托起”，从而减少土壤与深松铲之间的阻力。根据被动土壤失效理论，水平方向结构产生更短的土壤失效线，因此三棱柱水平方向分布可以产生较小的土壤扰动。
本发明将盾鳞肋条结构应用到仿生深松铲中，使其以减小耕作阻力，产生最大的犁底层土壤孔隙度，最小的土壤膨胀率以及最小的土壤扰动系数。深松后的犁底层土壤透气性良好，更好的接收水分，未被扰动的土壤部分减少土壤中水分蒸发，利于保墒，这种土壤结构益于根系生长，改善作物抗逆性。
附图说明
图1为减阻低土壤扰动的仿生深松铲的侧视图
图2为铲刃段的侧视图
图3为铲刃段的正视图
图4为图2中G-G截面视图
图5为三棱柱Ⅰ的俯视图
图6为三棱柱Ⅰ的侧视图
图7为双翼型铲尖的俯视图
图8为双翼型铲尖的侧视图
图9为图8中J-J截面视图
图10为三棱柱Ⅱ的俯视图
图11为三棱柱Ⅱ的侧视图
其中：A.铲刃段 B.双翼型铲尖 F.三棱柱Ⅰ I.三棱柱Ⅱ 1.铲柄 2.基体 3.刀刃4.左翼 5.中板 6.右翼
具体实施方式
如图1-图3、图7和图8所示，本发明的原始结构为双翼型铲尖及中型铲柄的深松铲，由铲柄1、铲刃段A、双翼型铲尖B组成，铲刃段A顶端与铲柄1下端固接，铲刃段A底端与双翼型铲尖B后端固接；铲刃段A由基体2和刀刃3组成，刀刃3固接于基体2前部，基体2的侧面轮廓由a、b、c、f、a连线组成，其中ab为曲线C，bc为垂直线，长度h1为10-20mm，cf为曲线D，fa为水平直线，长度l1为50-60mm；工作状态下基体2的总高度h2为500-600mm，基体2的宽度l2为20-30mm；
所述曲线C的方程式为：f(x)＝-26.57+113.67e(x-132.31)/102.14+3.42×10-6e(x -100.67)/5.30；
所述曲线D的方程式为：f(x)＝-15.96+138.47e(x-100.67)/98.55+4.38×10-5e(x -100.67)/4.74；
双翼型铲尖B由左翼4、中板5和右翼6组成，其中左翼4和右翼6为对称结构，分别固接于中板5两侧，左翼4及右翼6为直角三角形，厚度l7为6-10mm，翼侧边与其和中板相连边的夹角ε为17-20度，两翼夹角δ为60-65度，两翼直角顶角之间的距离l5为150-200mm，翼直角顶点与中板5上边距离l8为75-85mm；左翼4和右翼6的厚度与中板5的厚度l7相同，中板5的上边长度l6为30-35mm；基体2两侧在总高度h2内自上而下对称固接有均布的10-25个三棱柱ⅠF，工作状态下三棱柱ⅠF按纵轴线平行于水平方向排列，且最底下的三棱柱ⅠF与基体2底端距离h3为10-30mm；双翼型铲尖B中左翼4和右翼6的上表面对称固接有均布的3-10个三棱柱ⅡI，且左翼4和右翼6中三棱柱ⅡI的纵轴线分别与中板5的两边平行，三棱柱ⅡI长度l10随双翼型铲尖B中左翼4和右翼6的长度改变。
如图4-图6所示，所述的三棱柱ⅠF的横截面为等腰三角形，三角形顶角α1为15-45度，高h4为3-7mm，两个三棱柱ⅠF的间距l3与其高度h4之比为0.5-0.6，三棱柱ⅠF的前端所设斜面与水平面的夹角β1为15-30度。
如图9-图11所示，所述的三棱柱ⅡI的横截面为等腰三角形，三角形顶角α2为15-45度，高度h5为3-7mm，两个三棱柱ⅡI的间距l9与其高度h5之比为0.5-0.6，三棱柱ⅡI的前端所设斜面与水平面的夹角β2为15-30度。

Claims (3)

1.一种减阻低土壤扰动的仿生深松铲，其原始结构为双翼型铲尖及中型铲柄的深松铲，由铲柄(1)、铲刃段(A)、双翼型铲尖(B)组成，铲刃段(A)顶端与铲柄(1)下端固接，铲刃段(A)底端与双翼型铲尖(B)后端固接；铲刃段(A)由基体(2)和刀刃(3)组成，刀刃(3)固接于基体(2)前部，基体(2)的侧面轮廓由a、b、c、f、a连线组成，其中ab为曲线C，bc为垂直线，长度h1为10-20mm，cf为曲线D，fa为水平直线，长度l1为50-60mm；工作状态下基体(2)的总高度h2为500-600mm，基体(2)的宽度l2为20-30mm；
所述曲线C的方程式为：f(x)＝-26.57+113.67e(x-132.31)/102.14+3.42×10-6e(x-100.67)/5.30；
所述曲线D的方程式为：f(x)＝-15.96+138.47e(x-100.67)/98.55+4.38×10-5e(x-100.67)/4.74；
双翼型铲尖(B)由左翼(4)、中板(5)和右翼(6)组成，其中左翼(4)和右翼(6)为对称结构，分别固接于中板(5)两侧，左翼(4)及右翼(6)为直角三角形，厚度l7为6-10mm，翼侧边与其和中板相连边的夹角ε为17-20度，两翼夹角δ为60-65度，两翼直角顶角之间的距离l5为150-200mm，翼直角顶点与中板(5)上边距离l8为75-85mm；左翼(4)和右翼(6)的厚度与中板(5)的厚度l7相同，中板(5)的上边长度l6为30-35mm；其特征在于：基体(2)两侧在总高度h2内自上而下对称固接有均布的10-25个三棱柱Ⅰ(F)，工作状态下三棱柱Ⅰ(F)按纵轴线平行于水平方向排列，且最底下的三棱柱Ⅰ(F)与基体(2)底端距离h3为10-30mm；双翼型铲尖(B)中左翼(4)和右翼(6)的上表面对称固接有均布的3-10个三棱柱Ⅱ(I)，且左翼(4)和右翼(6)中三棱柱Ⅱ(I)的纵轴线分别与中板(5)的两边平行，三棱柱Ⅱ(I)长度l10随双翼型铲尖(B)中左翼(4)和右翼(6)的长度改变。
2.按权利要求1所述的减阻低土壤扰动的仿生深松铲，其特征在于：所述的三棱柱Ⅰ(F)的横截面为等腰三角形，三角形顶角α1为15-45度，高h4为3-7mm，两个三棱柱Ⅰ(F)的间距l3与其高度h4之比为0.5-0.6，三棱柱Ⅰ(F)的前端所设斜面与水平面的夹角β1为15-30度。
3.按权利要求1所述的减阻低土壤扰动的仿生深松铲，其特征在于：所述的三棱柱Ⅱ(I)的横截面为等腰三角形，三角形顶角α2为15-45度，高度h5为3-7mm，两个三棱柱Ⅱ(I)的间距l9与其高度h5之比为0.5-0.6，三棱柱Ⅱ(I)的前端所设斜面与水平面的夹角β2为15-30度。
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