CN109063377A - 基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁 - Google Patents

Abstract

本发明是依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，与现有技术相比：（1）本发明能够解决的技术问题是铧式犁的黏土、磨损、减阻问题；（2）本发明是依据自然生物界的神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计出来的一种不黏土且磨损小的可主动变形的铧式犁，其更贴近生物模型，符合自然长期选择的原则及其优越性。

Description

基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁

技术领域

本发明提供一种利用农业的仿生技术，依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，涉及一种不黏土且磨损小的可主动变形的铧式犁，属于仿生脱附减阻技术领域。

背景技术

经过长期的演化和自然选择，生物系统通过优化其组织结构及界面性质等方法，最终进化出了能够响应外界刺激、适应环境变化的优异性能。“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型现象，昆虫、植物、鱼类、鸟类、贝类等表现出各种类型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脱附、减阻、自洁、降噪、伪装、耐磨、抗氧化等多种功能。

生物非光滑脱附、自洁现象足以引发人类开展仿生研究和工程应用，而利用蜣螂等土壤生物表皮非光滑微观结构设计仿生犁壁便是一种重要的生物仿生应用领域。传统铧式犁犁壁多为光滑表面，与土壤接触容易粘附从而增加能耗、降低工作效率。将神农洁蜣螂用高倍镜放大后，发现其的背后的壳并不是完全光滑的，而是有许多小小的凸起。经过自然选择，微小的凸起利于这些昆虫在土里爬行，所以微小的凸起所具有的作用是利于开土，不沾土。因而设想在仿生犁壁上设有凸包，可有效减少土壤接触阻力、降低粘附，对提高耕作机具工作效率、减少能耗具有重要意义。例如专利号为CN201010531289.1的中国专利介绍了一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，该犁铲采用了一种凸包高度与包底圆直径之比处于一定数值范围的球冠形凸包；再比如专利号为CN201520234000.8的中国专利公开了一种双圆盘开沟器耦合仿生圆盘结构，亦采用了一种球冠形凸包，并限定了球冠高度与球冠直径的比值范围。

可以看出，目前已知的利用蜣螂等土壤生物表皮微观结构设计凸包型仿生犁壁的方法，出于制造便利性、经济性等方面考虑，多在仿生犁壁表面简化设计出一种球冠形的各向同性型凸包结构，而有些蜣螂品种如神农洁蜣螂（洁蜣螂属常见粪食性甲虫），其迎土面体表上长有各向异性型、类似沙漠中稳定沙丘状的非匀称型凸包结构。显然，生物历经长时间进化所衍生出的这种结构是一种“自然选择”的理想结构，必然有其重要研究、利用价值。利用神农洁蜣螂迎土面表皮上的沙丘状各向异性凸包设计凸包型新型仿生脱附减阻犁壁，对于拓展仿生犁壁的功能及品种范围具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，以解决上述的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：铧式犁，仿生凸包结构，橡胶密封圈结构，小型液压系统。所述的仿生凸包结构按照一定的群体排布方向和群体排布方法，布置在铧式犁的迎土表面，所述的仿生凸包的缓坡与迎土的方向一致。

所述的群体排布方法是随机排布法、均匀排布法、梯度排布法之中的一种。

所述的橡胶密封圈结构是结合仿生凸包特殊的结构，一端固定在铧式犁背面，另一端贴合在仿生凸包表面上，且突出铧式犁表面的橡胶密封圈在迎土方向上具有一定斜度，突出铧式犁表面3-5mm。

所述的小型液压系统，固定在仿生凸包的正背面，所述小型液压系统内部包括一个回位弹簧装置，其套在仿生凸包结构下面的支柱上。

本发明的有益效果是：铧式犁仿生化，能够极大的提高工作效率，同时减少磨损使用，提高产品质量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）根据神农洁蜣螂等土壤生物头部表皮的凹凸形状，依托现有犁模型的基础上，设计出带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁，仿生犁具有减阻、磨损程度小、防土壤粘附等功能。

（2）该仿生犁能够实现根据土壤的具体情况和耕地的实际情况，犁表面的仿生凸包可以上下升降，实现最佳的耕作方式。

（3）驱动犁表面的仿生凸包上下升降的是安装在犁背面的小型液压器，能够是犁表面的仿生凸包在耕作的过程中较为稳定地工作，不会出现下降的现象。

（4）考虑犁的制造工艺及制造成本，结合犁在耕作时候最前部分磨损和阻力最大，所以在犁的前半部分布置可升降的凸包，犁面的上部分布置固定的仿生凸包。

（5）在光滑的犁表面实现仿生犁的升降，就会引起犁表面的密封性降低，细小砂砾就会进入仿生凸包的内部结构中，加速犁内部结构的磨损，所以我们设计一种贴紧仿生凸包的橡胶密封圈，可以随仿生凸包升降一直贴在凸包表面。

附图说明

图1是本发明实施例的仿生铧式犁立体轴测图示意图。

图2是图1所示实施例的铧式犁表面的仿生凸包形状的侧视图。

图3是图2所示实施例内部结构的全剖视图。

图4是图2所示实施例的整体透明图。

图5是图2所示实施例中的铧式犁犁面与仿生凸包的密封橡胶圈。

其中：1、铧式犁面 2、仿生凸包 3、橡胶密封圈 4、回位弹簧 5、支柱 6、小型液压器系统。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参照图1、图3，在铧式犁入土的最前端，合理布置一些可主动升降变形的仿生凸包2，犁的部分上表面布置一些固定的仿生凸包。在工作前，农机操作员根据土壤和耕作的实际情况，调整犁表面的仿生凸包的高度参数，达到最佳、最省力、磨损小的耕作方式。该过程是通过通过液压泵输送液压到凸包的小型液压系统6，在液压的压力下，仿生凸包2向上升起制定的高度，同时回位弹簧5被压缩。在需要降低仿生凸包2的高度时，小型液压系统6中压力降低，在回位弹簧5的作用下，仿生凸包2下降相应高度。

参照图3、图4、图5，橡胶密封圈4在迎土的方向上，其形状具有一定的斜度，不管仿生凸包2升或者降，都保持一直贴附在仿生凸包2的表面，这样在耕作的工程中，仿生凸包2在迎土的方向上会减缓受力和磨损，同时实现仿生凸包2与铧式犁面1的密封。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以显示和描述本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，所属领域的普通技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，包括仿生凸包、橡胶密封圈、小型液压系统、回位弹簧。

2.根据权利要求1所述基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，其特征是：所述的仿生凸包，根据神农洁蜣螂等土壤生物头部表皮的凹凸形状，依托现有犁模型的基础上，设计出带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁，仿生犁具有减阻、磨损程度小、防土壤粘附等功能。

3.根据权利要求1所述基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，其特征是：所述的仿生凸包，能够实现根据土壤的具体情况和耕地的实际情况，犁表面的仿生凸包可以上下升降，使犁在耕作过程中能够减阻、不黏土、降低磨损，实现最佳的耕作方式。

4.根据权利要求1所述基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，其特征是：所述的密封圈，贴合在仿生凸包的表面，随着仿生凸包升降而张大和收缩，这样能够解决仿生凸包升降的过程中砂砾进入仿生凸包的内部结构中，加速犁内部结构的磨损，同时还能解决仿生凸包在耕作的过程中，迎土面所受的犁和磨损。

5.根据权利要求1所述基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，其特征是：所述的仿生凸包，并不是铧式犁所有表面都布置可主动变形的仿生凸包，结合犁在耕作时候最前部分磨损和阻力最大，所以在犁的前半部分布置可升降的凸包，犁面的上部分布置固定的仿生凸包。

6.根据权利要求1所述的基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁，是基于铧式犁，铧式犁是犁具其中一种，仿生凸包不限于适用于铧式犁，同样适用于旋耕犁、圆盘犁、深松犁几大类犁具。