CN108391473A - 一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄 - Google Patents

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Abstract

一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄，深松铲柄包括机架连接段、铲柄工作段和铲尖连接段，铲柄工作段具有铲柄工作段刃口前轮廓线、铲柄工作段内准线和铲柄工作段外准线，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线之间的曲面为该深松铲柄的刃口曲面，该刃口曲面横剖面轮廓曲线构成铲柄刃口元线，该刃口元线为两条相互对称设置的仿生曲线，该仿生曲线方程为，0≤x≤11.03。本发明相对于国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄，能降低工作阻力18%左右。

Description

一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄
技术领域
本发明涉及农业耕作机械技术领域，具体涉及一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄。
背景技术
深松作业是保护性耕作的关键技术之一，通过深松能提高土壤透水性，提高农田蓄水保墒能力，从而增产增收。然而，作为深松作业的关键工作部件，深松铲柄在工作过程中普遍存在工作阻力较大的问题，因此，降低深松铲柄的工作阻力一直是人们关注的问题。
目前，有大量将仿生学的研究成果应用于深松铲柄节能减阻的例子，然而，已提出的降低深松铲柄工作阻力的方法大多局限于对深松铲柄准线的构形仿生，这种方法虽然也能在一定程度上降低深松铲柄工作阻力，但减阻效果仍然有待提升，此外，这种方法相对于国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄有较大的改动，致使制造工艺难度加大、成本提高。
深松铲柄在工作工程中由铲刃切开土壤，被切开的土壤主要沿着深松铲柄刃口曲面向后滑动，本发明研究发现，优化深松铲柄刃口元线形式能有效降低深松铲柄工作阻力，且就减阻而言，深松铲柄元线形式要比深松铲柄准线形式更为重要，因此，将构形仿生技术应用于深松铲柄元线的减阻效果要比将其应用于深松铲柄准线的效果更好。
发明内容
本发明的目的是针对深松铲柄工作阻力大的问题，提供一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄，其中，铲柄工作段具有铲柄工作段刃口前轮廓线、铲柄工作段内准线和铲柄工作段外准线，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线之间的曲面为该深松铲柄的刃口曲面，该刃口曲面横剖面轮廓曲线构成铲柄刃口元线，该铲柄刃口元线为两条相互对称设置的仿生曲线，该仿生曲线符合多项式形式的方程，其中，x的取值范围为：0≤x≤11.03。
优选的，铲柄工作段刃口前轮廓线、铲柄工作段内准线和铲柄工作段外准线均为凹向一致的圆弧线。
本发明提出将深松铲柄刃口横剖面轮廓曲线，也即深松铲柄刃口元线，设计成具有优良挖掘性能的动物爪趾内轮廓曲线的结构形式，该曲线函数表达式为多项式的形式，通过这种仿生设计，能有效降低深松铲柄的工作阻力。
有益效果：将构形仿生技术应用于深松铲柄元线的设计，具体来说，是将深松铲柄刃口横剖面轮廓曲线，也即深松铲柄刃口元线，设计为具有优良挖掘性能的动物爪趾内轮廓曲线的结构形式，当土壤沿着深松铲柄刃口曲面向后滑动时，受到这种仿生曲面的作用而得到有效疏松，从而获得较低的工作阻力，达到减阻的目的。
本发明不同于其他通过改变深松铲柄准线形式的方法，通过有限元仿真分析，本发明相对于国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄，能降低工作阻力18%左右。
此外，本发明相对于国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄改动较小，制造工艺难度较小，成本较低。
附图说明
图1为本发明深松铲柄的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图2中沿A-A线的剖视放大示意图；
图4为图3的铲柄刃口元线中的DE段曲线的示意图；
图5为图3的铲柄刃口元线中的DE段曲线曲率的示意图；
图6为本发明深松铲柄与国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄在相同条件下，有限元仿真中阻力合力对比的示意图；
图7为本发明深松铲柄与国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄在相同条件下，有限元仿真中阻力水平力分量对比的示意图。
附图标记：1、机架连接段，2、铲柄工作段，3、铲尖连接段，4、铲柄工作段刃口前轮廓线，5、铲柄工作段内准线，6、铲柄工作段外准线，7、铲柄刃口元线。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合示意图，进一步阐述本发明。
一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄，如图1所示，该深松铲柄包括机架连接段1、铲柄工作段2和铲尖连接段3，铲柄工作段2具有铲柄工作段刃口前轮廓线4、铲柄工作段内准线5和铲柄工作段外准线6，铲柄工作段刃口前轮廓线4与铲柄工作段内准线5平行，且铲柄工作段刃口前轮廓线4、铲柄工作段内准线5和铲柄工作段外准线6均为凹向一致的圆弧线。
图1中，H1为机架连接段垂向高度，H2为圆弧形铲柄工作段垂向高度，H3为铲尖连接段垂向高度；铲柄工作段刃口前轮廓线4、铲柄工作段内准线5和铲柄工作段外准线6均为圆弧曲线。其中，铲柄工作段刃口前轮廓线4与铲柄工作段内准线5之间构成的曲面即为该深松铲柄的刃口曲面，该刃口曲面横剖面轮廓曲线构成铲柄刃口元线。如图2和图3所示，DE、DF段为相互对称的铲柄刃口横剖面轮廓曲线，也即铲柄刃口元线7，它们是具有多项式形式的仿生曲线，其中，DE段函数表达式为：，式中，以D点为坐标原点，x轴正方向为垂直向下，y轴正方向为水平向左，其中，x的取值范围为：0≤x≤11.03，优选的，0mm≤x≤11.03mm。图4所示为DE段曲线形式，图5为DE段曲线曲率形式，其具有典型的复杂变曲率特征。
本发明的刃口元线起始于铲柄工作段刃口前轮廓线4，终止于铲柄工作段内准线5，铲柄刃口曲面是根据该对称设置的刃口元线沿铲柄工作段刃口前轮廓线4和铲柄工作段内准线5连续运动形成的曲面。
铲柄刃口元线7的曲率呈现出仿生曲线所具有的典型的复杂变曲率特征，曲率沿着x轴正方向依次出现一个极大值，接着出现一个极小值，紧接着再次出现一个极大值，最后又出现一个极小值，如此出现反复的波动。进行深松作业时，土壤沿深松铲柄刃口曲面向后滑动，铲柄刃口元线7所具有的复杂变曲率的特征，有利于土壤的疏松，并能降低深松铲柄的工作阻力。
在相同土壤条件、相同作业深度及作业速度的情况下，本发明所涉及的仿生深松铲柄和国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄的阻力合力和阻力水平分量的对比如图6和图7所示，从图中可看出本发明所涉及的仿生深松铲柄比国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄工作阻力低18%左右。
为保留原国家机械行业标准所规定的圆弧形深松铲柄所具有的制造容易、成本低的优点，本发明除将深松铲柄刃口横剖面轮廓曲线，也即深松铲柄刃口元线，设计成具有复杂变曲率特征的仿生曲线的结构形式之外，均不对其他部位的形式及尺寸做任何改动。其中，刃口元线是在x取值范围为0~11.03mm内，在x和y方向分别缩放相同比例得到的曲线段，通过控制该复杂变曲率曲线x、y放大倍数，可以使该深松铲柄适应各耕深。
其他未标注尺寸均按照中华人民共和国机械行业标准JB/T9788-1999《深松铲和深松铲柄》所规定的尺寸设计。
以上实施例是为了说明本发明的技术方案，其目的是在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并予以实施，但并不以此限制本发明的保护范围。凡是依据本发明的实质内容所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄，该深松铲柄包括机架连接段、铲柄工作段和铲尖连接段，其中，铲柄工作段具有铲柄工作段刃口前轮廓线、铲柄工作段内准线和铲柄工作段外准线，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线平行，铲柄工作段刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线之间的曲面为该深松铲柄的刃口曲面，其特征在于：该刃口曲面横剖面轮廓曲线构成铲柄刃口元线，该铲柄刃口元线为两条相互对称设置的仿生曲线，该仿生曲线符合多项式形式的方程，其中，x的取值范围为：0≤x≤11.03。
2.根据权利要求1所述的一种铲柄刃口元线为仿生曲线的深松铲柄，其特征在于：铲柄工作段刃口前轮廓线、铲柄工作段内准线和铲柄工作段外准线均为凹向一致的圆弧线。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109874416A (zh) * 2019-04-28 2019-06-14 吉林大学 竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲
CN110073737A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1583371A (zh) * 2004-06-04 2005-02-23 吉林大学 仿生减阻深松铲柄
CN102265727A (zh) * 2011-04-27 2011-12-07 吉林大学 指数函数曲线型仿生减阻深松铲柄
CN103797906A (zh) * 2013-12-24 2014-05-21 西北农林科技大学 基于幂函数曲线的仿生减阻深松铲柄
CN106416579A (zh) * 2016-12-05 2017-02-22 吉林大学 一种仿生减阻马铃薯收获机挖掘铲
CN107439061A (zh) * 2017-08-25 2017-12-08 东北农业大学 拟合曲线型深松铲柄

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1583371A (zh) * 2004-06-04 2005-02-23 吉林大学 仿生减阻深松铲柄
CN102265727A (zh) * 2011-04-27 2011-12-07 吉林大学 指数函数曲线型仿生减阻深松铲柄
CN103797906A (zh) * 2013-12-24 2014-05-21 西北农林科技大学 基于幂函数曲线的仿生减阻深松铲柄
CN106416579A (zh) * 2016-12-05 2017-02-22 吉林大学 一种仿生减阻马铃薯收获机挖掘铲
CN107439061A (zh) * 2017-08-25 2017-12-08 东北农业大学 拟合曲线型深松铲柄

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张鹏，郭志军，倪利伟，雷宇凝，余浩，望宏浩: "触土曲面准线曲率特征及其减阻性能分析", 《农机化研究》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109874416A (zh) * 2019-04-28 2019-06-14 吉林大学 竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲
CN110073737A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲
CN110073737B (zh) * 2019-06-04 2023-11-17 吉林大学 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲

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