CN108260378A - 一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器，是由护种罩、铧柄、芯铧和输种管组成，输种管固定设置在护种罩后端，铧柄固定设置在护种罩前端，芯铧后端具有翼板，护种罩、铧柄和输种管分别固定设置在芯铧上；本发明采用蚯蚓头部收缩态曲线进行仿生，因为蚯蚓的收缩态头部是进行破土钻土过程中与土壤最先发生作用的部分，所受的强度最大，是入土的最关键部分，蚯蚓体表试样的减粘降阻效果由大到小依次是：收缩态、静息态、舒张态，且头部试样比体部试样减粘降阻效果明显。本发明能够完成波纹形态体表与润滑作用相结合，实现二元耦合，能够减小土壤粘附，降低开沟阻力，且结构简单，入土性能好，强度高，工作效率高，开沟质量高。

Description

一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器

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开沟器。

背景技术

开沟器是播种施肥过程中重要的工作部件，在播种施肥过程中，开沟器开出的种沟对种子的发芽以及肥料的位置起着至关重要的作用，开沟质量较好的开沟器需要具备结构简单，工作阻力小，入土性能好，沟形好等优点。土壤对开沟器触土部件表面的粘附和阻力问题，影响了开沟器的工作效率、开沟质量、以及工作寿命，严重情况下会影响开沟器的正常作业运行。为解决土壤粘附问题，许多国内外学者对这一领域的研究做出诸多贡献，传统的减粘脱土的技术和方法主要有充液法、加热法、电渗法、表面改性、表面改形、振动法、机械式等方法，多数研究依据的是经典粘附理论，采用的是传统脱附方法，故在解决重大难题方面未见质的突破。

蚯蚓作为一种典型的土壤动物，能够在黏湿的土壤环境中自由运动而身体没有土壤粘附，这一特性对减粘降阻的研究有着非常重要的意义。蚯蚓的波纹形粗糙表面、运动过程中体表孔喷射润滑液以及自身的伸缩运动方式相互耦合，相互促进，对仿生减阻开沟器的研究有着借鉴意义，设计一种波纹性表面形态和体表润滑的二元耦合仿生开沟器，能够有效减小开沟器开沟阻力，减少土壤粘附，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有开沟器开沟阻力大、入土性能低、沟形差、工作效率低、开沟质量差、工作寿命短和土壤粘附严重等问题，而提供一种仿蚯蚓波纹润滑减阻开沟器。

一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器，是由护种罩、铧柄、芯铧和输种管组成，输种管固定设置在护种罩后端，铧柄固定设置在护种罩前端，芯铧后端具有翼板，护种罩、铧柄和输种管分别固定设置在芯铧上；

芯铧上均匀分布有波纹结构，所述波纹结构包括芯铧脊线和芯铧侧线，在波纹结构的波谷中分布有润滑液喷射孔，润滑液喷射孔与进液孔相连通；

所述芯铧脊线采用蚯蚓头部收缩态曲线的前部进行拟合，提取曲线坐标点，利用matlab软件对曲线进行拟合，得到曲线拟合方程为y＝0.00001825x3+0.003418x2+0.2277x，x和y代表长度，是一种曲率不断变化的曲线，使入土角在入土部分最小，提高入土性能；芯铧侧线采用蚯蚓头部收缩态曲线的中后部进行拟合，拟合方程为y＝sin(0.2856x)，x和y代表长度；

所述芯铧尖的斜切角γ为60°，入土角α为15°；

所述润滑液喷射孔4整体分布于偏下的芯铧开沟部分，直径为2mm，数量为8，润滑液喷射孔4分三个水平高度，每个高度间隔为25mm，距离底部的高度分别为15mm、40mm、65mm；

本发明采用蚯蚓头部收缩态曲线进行仿生，因为蚯蚓的收缩态头部是进行破土钻土过程中与土壤最先发生作用的部分，所受的强度最大，是入土的最关键部分，研究表明，蚯蚓体表试样的减粘降阻效果由大到小依次是：收缩态、静息态、舒张态，且头部试样比体部试样减粘降阻效果明显。

本发明的工作原理和过程：

本发明采用蚯蚓头部收缩态曲线进行仿生，因为蚯蚓的收缩态头部是进行破土钻土过程中与土壤最先发生作用的部分，所受的强度最大，是入土的最关键部分，通过前期对蚯蚓体表减粘降阻功能耦合仿生研究表明，蚯蚓体表试样的减粘降阻效果由大到小依次是：收缩态、静息态、舒张态，且头部试样比体部试样减粘降阻效果明显；

本发明是根据蚯蚓的减粘降阻特性设计，蚯蚓的减粘降阻特性是由多元素耦合而成，其波纹体表形态和润滑液体表润滑是本设计研究的两耦合元素，通过对蚯蚓波纹体表曲线的的提取和优化，设计出开沟器的波纹形态芯铧脊线和芯铧侧线，使开沟器具有波纹形芯铧面，在波谷设计喷射孔，不同高度设计喷射孔，并进行排布，通过试验来研究二元耦合仿生开沟器的减粘降阻功能，在开沟器运动过程中，润滑液通过进液孔传送到润滑液喷射孔处进行喷射，在芯铧波纹表面与土壤接触界面上进行润滑作用，实现二元耦合仿生，润滑液的流速为1ml/s-10ml/s，芯铧脊线和芯铧侧线分别使用了蚯蚓的头部收缩态波纹不同段位拟合而成的曲线，配合润滑液来完成二元耦合，减阻脱附。

本发明的有益效果：

本发明能够完成波纹形态体表与润滑作用相结合，实现二元耦合，能够减小土壤粘附，降低开沟阻力，且结构简单，入土性能好，强度高，工作效率高，开沟质量高，工作寿命长。

附图说明

图1是本发明蚯蚓头部收缩态曲线示意图。

图2是本发明蚯蚓头部收缩态前部拟合后的芯铧脊线示意图。

图3是本发明蚯蚓头部收缩态中后部拟合后的芯铧侧线示意图。

图4是本发明的剖视图。

图5是本发明的俯视图。

图6是本发明的仰视图。

图7是本发明的右视图。

图8是本发明的左视图。

图9是本发明的立体示意图。

图10是本发明芯铧脊线拟合曲线方程图。

图11是本发明芯铧侧线拟合曲线方程图。

图12是本发明的立体示意图。

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，一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器，是由护种罩1、铧柄2、芯铧3和输种管8组成，输种管8固定设置在护种罩1后端，铧柄2固定设置在护种罩1前端，芯铧3后端具有翼板7，护种罩1、铧柄2和输种管8分别固定设置在芯铧3上；

芯铧3上均匀分布有波纹结构5，所述波纹结构5包括芯铧脊线51和芯铧侧线52，在波纹结构5的波谷53中分布有润滑液喷射孔4，润滑液喷射孔4与进液孔6相连通；

所述芯铧脊线51采用蚯蚓头部收缩态曲线的前部进行拟合，提取曲线坐标点，利用matlab软件对曲线进行拟合，得到曲线拟合方程为y＝0.00001825x3+0.003418x2+0.2277x，x和y代表长度，是一种曲率不断变化的曲线，使入土角在入土部分最小，提高入土性能；芯铧侧线52采用蚯蚓头部收缩态曲线的中后部进行拟合，拟合方程为y＝sin(0.2856x)，x和y代表长度；

所述芯铧尖的斜切角γ为60°，入土角α为15°；

所述润滑液喷射孔4整体分布于偏下的芯铧开沟部分，直径为2mm，数量为8，润滑液喷射孔4分三个水平高度，每个高度间隔为25mm，距离底部的高度分别为15mm、40mm、65mm。

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，本发明采用蚯蚓头部收缩态曲线进行仿生，因为蚯蚓的收缩态头部是进行破土钻土过程中与土壤最先发生作用的部分，所受的强度最大，是入土的最关键部分，通过前期对蚯蚓体表减粘降阻功能耦合仿生研究表明，蚯蚓体表试样的减粘降阻效果由大到小依次是：收缩态、静息态、舒张态，且头部试样比体部试样减粘降阻效果明显；

本发明是根据蚯蚓的减粘降阻特性设计，蚯蚓的减粘降阻特性是由多元素耦合而成，其波纹体表形态和润滑液体表润滑是本设计研究的两耦合元素，通过对蚯蚓波纹体表曲线的的提取和优化，设计出开沟器的波纹形态芯铧脊线51和芯铧侧线52，使开沟器具有波纹形芯铧面，在波谷53设计喷射孔，不同高度设计喷射孔，并进行排布，通过试验来研究二元耦合仿生开沟器的减粘降阻功能，在开沟器运动过程中，润滑液通过进液孔6传送到润滑液喷射孔4处进行喷射，在芯铧波纹表面与土壤接触界面上进行润滑作用，实现二元耦合仿生，润滑液的流速为1ml/s-10ml/s，芯铧脊线51和芯铧侧线52分别使用了蚯蚓的头部收缩态波纹不同段位拟合而成的曲线，配合润滑液来完成二元耦合，减阻脱附。

Claims (1)

1.一种仿蚯蚓波纹润滑体表减阻开沟器，是由护种罩(1)、铧柄(2)、芯铧(3)和输种管(8)组成，输种管(8)固定设置在护种罩(1)后端，铧柄(2)固定设置在护种罩(1)前端，芯铧(3)后端具有翼板(7)，护种罩(1)、铧柄(2)和输种管(8)分别固定设置在芯铧(3)上；

芯铧(3)上均匀分布有波纹结构(5)，所述波纹结构(5)包括芯铧脊线(51)和芯铧侧线(52)，在波纹结构(5)的波谷(53)中分布有润滑液喷射孔(4)，润滑液喷射孔(4)与进液孔(6)相连通；

所述芯铧脊线(51)采用蚯蚓头部收缩态曲线的前部进行拟合，提取曲线坐标点，利用matlab软件对曲线进行拟合，得到曲线拟合方程为y＝0.00001825x3+0.003418x2+0.2277x，x和y代表长度，是一种曲率不断变化的曲线，使入土角在入土部分最小，提高入土性能；芯铧侧线(52)采用蚯蚓头部收缩态曲线的中后部进行拟合，拟合方程为y＝sin(0.2856x)，x和y代表长度；

所述芯铧尖的斜切角γ为60°，入土角α为15°；

所述润滑液喷射孔(4)整体分布于偏下的芯铧(3)开沟部分，直径为2mm，数量为8，润滑液喷射孔(4)分三个水平高度，每个高度间隔为25mm，距离底部的高度分别为15mm、40mm、65mm。