CN109121481A - 一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机，所述仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀包括：相互连接的刀柄和刀身，所述刀身包括刀背、设置在刀背下边沿的刀刃以及位于所述刀背远离所述刀柄一侧的刀头，其中，所述刀背具有相对设置的刀背正面和刀背背面，所述刀身相对于所述刀柄向所述刀背正面一侧弯曲，所述刀背正面设置有第一凸包阵列。由于利用第一凸包阵列，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高旋耕刀的抗冲蚀磨损和磨料磨损能力，提高旋耕机的使用寿命。

Description

一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机

技术领域

本发明涉及旋耕机技术领域，尤其涉及的是一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机。

背景技术

现有技术中，细碎土壤主要依靠旋耕机上的旋耕刀片组完成。但是，由于土壤是一种以固相为主的三相并存多相体系，经常在这种特殊工况下工作的旋耕刀片，冲蚀磨损和磨料磨损是其受到破坏而导致失效的主要形式。这种磨损并不只是传统意义上的磨料磨损，而是由于土壤中的硬质或轮廓峰尖颗粒对材料形成冲击与切削，从而在旋耕刀表面，尤其是旋耕刀正面产生明显的犁沟与划痕。这种磨损容易导致旋耕刀片断裂失效、无法作业，使得整地机械需要频繁进行手动换刀片，降低耕地效率，增加农业机械使用成本。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机，旨在解决现有技术中旋耕刀表面容易被冲蚀磨损的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，包括：相互连接的刀柄和刀身，所述刀身包括刀背、设置在刀背下边沿的刀刃以及位于所述刀背远离所述刀柄一侧的刀头，其中，所述刀背具有相对设置的刀背正面和刀背背面，所述刀身相对于所述刀柄向所述刀背正面一侧弯曲，所述刀背正面设置有第一凸包阵列。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述第一凸包阵列包括沿所述刀身的旋切方向排列的若干排凸包，相邻两排所述凸包相互错位排列。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述凸包为半球形凸包。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述半球形凸包的直径为1-5mm。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，每排凸包中相邻两个凸包之间具有间隙，所述间隙的长度小于或等于所述凸包的直径。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述凸包的直径小于或等于相邻两排凸包之间的距离。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述第一凸包阵列与所述刀头边缘的距离为4-10mm。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述刀背背面设置有第二凸包阵列，所述第二凸包阵列与所述第一凸包阵列对称设置。

所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其中，所述刀刃背离所述刀背正面一侧设置有第三凸包阵列。

一种旋耕机，其中，其包括如上述任一项所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀。

有益效果：由于利用第一凸包阵列，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高旋耕刀的抗冲蚀磨损和磨料磨损能力，提高旋耕机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中旋耕刀刀背正面的结构示意图。

图2是本发明中旋耕刀刀背背面的结构示意图。

图3是本发明中旋耕刀的俯视图。

图4是图3中A-A向剖视图。

图5是本发明中凸包的结构示意图。

图6是本发明中凸包抗冲蚀磨损机理示意图。

图7是本发明中凸包以交错排列的工作原理示意图。

图8是图7中B处的放大图。

图9是本发明中凸包以矩形阵列的工作原理示意图。

图10是本发明中C处的放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图10，本发明的一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀的一些实施例。

如图1所示，本发明提供了一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，包括：相互连接的刀柄1和刀身，所述刀身包括刀背2、设置在刀背2下边沿的刀刃3以及位于所述刀背2远离所述刀柄1一侧的刀头，其特征在于，所述刀背2具有相对设置的刀背2正面和刀背2背面，所述刀身相对于所述刀柄1向所述刀背2正面一侧弯曲，所述刀背2正面设置有第一凸包阵列5。

旋耕机正常工作时，土壤中以固相为主的复杂三相并存工况对旋耕机的旋耕刀存在很大的影响。首先，田间土壤中的硬质颗粒8或硬质突出物接触旋耕刀时，旋耕刀的转动将使得硬质颗粒8以旋耕刀转动的速度与旋耕刀做相对运动。这种相对运动会使得旋耕刀存在轻微的狭长划痕，在持续工作条件下这些划痕将逐渐壮大并扩散，最终表现为在旋耕刀表面出现狭长的深犁沟与切削槽，发展成为裂缝，逐渐削穿旋耕刀，导致旋耕刀无法进行田间耕作，耽误农时，增加维修费用。在工程实际应用上，裂纹是造成材料或装置断裂失效的重大原因之一。其次，南方红色土壤中的液态环境多为酸性，也是一种加快划痕延展的主要因素。

值得说明的是，硬质颗粒8主要对刀身进行冲击，尤其是刀背2正面受到的冲击较严重。本发明通过在刀背2正面设置第一凸包阵列5，一方面，水冲击第一凸包阵列5时形成涡流，回旋的涡流增加了水的湍流程度，改变了刀背2正面附近水流场中硬质颗粒8的运动轨迹，具体地，将硬质颗粒8冲击刀背2正面的直线运动轨迹变成旋涡型曲线的运动轨迹，不仅减小了硬质颗粒8碰撞刀背2正面的几率，还降低了硬质颗粒8碰撞刀背2正面的冲击速度（这里的速度是指硬质颗粒8相对于刀背2正面的速度，下同）。另一方面，第一凸包阵列5使得刀背2正面形成的非光滑表面具有防粘降阻功能，减小了刀背2正面的旋切阻力，能使得湿润土壤不容易粘附在刀片上，提高了碎土效果。

在第一凸包阵列5可以改变硬质颗粒8的冲蚀角，大大减小了硬质颗粒8对刀背2正面的冲击力。如图6所示，硬质颗粒8在冲击凸包51时，形成冲蚀区I以及冲蚀区II，冲蚀区I受到较大地冲击，冲蚀区II受到较小的冲击。对于韧性材料来说，当冲蚀角度为20-30°时，冲蚀率最大。当硬质颗粒8以θ（例如为20-30°）的冲蚀角度冲击刀背2正面时，凸包51的弧形表面可以增大冲蚀角度呈θ'或θ''，当然也可以减小冲蚀角度，因此，也减小了硬质颗粒8对凸包51的冲蚀。即使硬质颗粒8碰撞刀背2正面，也是损坏第一凸包阵列5，不会损坏刀背2正面。

而且第一凸包阵列5可以改变狭长划痕的轨迹。硬质颗粒8在刀背2正面上产生的犁沟或切削划痕不连续，减弱硬质颗粒8刀背2正面的磨损作用，同时第一凸包阵列5还对硬质颗粒8在表面上形成的犁沟或切削划痕有着拦截、转向的作用，防止犁沟或切削划痕进一步延伸与扩展，因此有效地减小刀背2正面的磨损率，从而提高旋耕机的使用寿命。

此外，第一凸包阵列5也增加了刀背2的强度，进一步提高旋耕机的使用寿命。

在自然界中具有抗冲蚀磨损和磨料磨损能力的生物枚不胜举，其中，沙漠蝎子就是一种典型的具有抗冲蚀磨损和磨料磨损能力的生物。生活在恶劣沙漠环境下的沙漠蝎子，经常会遭遇风沙的侵袭。这种高速流动的气流裹挟着沙粒以各方位的冲击角碰撞在物体表面，一定时间积累后会造成很明显的冲蚀磨损。为了躲避天敌或风沙冲蚀的破坏，蝎子需要经常越沙、钻沙、挖沙，体表与沙粒接触，避免不了会产生一定的磨料磨损。为了更好地适应大自然，在漫长的生物进化过程中，沙漠蝎子的背板上进化出了特殊的凸包51表面形态。这种凸包51表面形态有效地减弱了高速沙粒对沙漠蝎子的体表造成的冲击伤害和钻沙时产生的磨料磨损。

本发明提供的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，由于利用第一凸包阵列5，降低了硬质颗粒8的冲击速度，改变了硬质颗粒8的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高旋耕刀的抗冲蚀磨损和磨料磨损能力，提高旋耕机的使用寿命。

具体地，刀身刀柄1上设置有固定孔11，刀头呈直角，具有一平行于旋切方向的第一直角边41和一垂直于旋切方向的第二直角边42。第一直角边41一端与刀刃3连接，另一端与第二直角边42连接。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图2所示，所述第一凸包阵列与所述刀头边缘的距离为4-10mm。即第一直角边41与凸包51之间的距离为m=4-10mm，第二直角边42与凸包51之间的距离为n=4-10mm。优选地，为4-6mm。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，所述刀背2背面设置有第二凸包阵列6，所述第二凸包阵列6与所述第一凸包阵列5对称设置。当然也可以不采用对称设置，根据现场工况排列第二凸包阵列6。第二凸包阵列6具有第一凸包阵列5所有的效果，可以在第一凸包阵列5的基础上进一步增强旋耕刀的抗冲蚀耐磨能力。

在本发明的一个具体实施例中，请同时参见图1-图4，刀刃3具有刀刃3正面和刀刃3背面，刀刃3正面和刀背2正面位于刀身同侧，当然，刀刃3背面和刀背2背面位于刀身同侧。所述刀刃3背离所述刀背2正面一侧（即刀刃3背面）设置有第三凸包阵列7，第三凸包阵列7位于刀刃3背面，可以增强刀刃3的强度，防止刀刃3出现卷刃现象；提高刀刃3的抗冲蚀耐磨性能，延长刀刃3的使用寿命。第三凸包阵列7可以与第二凸包阵列6形成一个整体的凸包阵列。刀刃3可以采用单侧刃，也可以采用双侧刃，较佳地，如图4所示，采用单侧刃，便于设置第三凸包阵列7。

以下对第一凸包阵列5的具体参数进行说明，第二凸包阵列6和第三凸包阵列7可以参照第一凸包阵列5的参数进行设置。

在本发明的一个具体实施例中，如图1、图4以及图5所示，所述第一凸包阵列5包括沿所述刀身的旋切方向排列的若干排凸包，相邻两排所述凸包51相互错位排列。本实施例中，每排凸包包括依次排列的若干个凸包51，在各排凸包中，相邻两个凸包51之间的间距相同。这里旋切方向与旋切刀的形状方向有关，刀身与刀身的旋切方向具有夹角，则刀刃3与刀身的旋切方向也具有夹角。在使用过程中，由于刀身和刀柄1具有一钝角（如图3所示），刀身与刀身的旋切方向具有夹角可以避免刀头先接触土壤，可以减小土壤对刀头的损伤，也利于保护刀刃3。

请同时参见图7-图10，其中实线箭头为旋切方向，v表示旋耕刀的旋切速度，虚线箭头为硬质颗粒8的冲击方向。由于硬质颗粒8相对于刀身的冲击方向有多个方向，采用错位排列的凸包阵列，可以确保凸包阵列中至少有2个凸包51对硬质颗粒8起到阻碍作用，形成划痕不连续，梨沟槽隔断。而对于没有错位排列的凸包阵列，硬质颗粒8的冲击方向与各凸包51之间的间隙排列方向一致时，则不会受到凸包51的阻碍作用。

在本发明的一个具体实施例中，如图4-图6所示，所述凸包51为半球形凸包。所述半球形凸包的直径2r为1-5mm。优选地，凸包51直径2r=1.5mm。当然，凸包51也可以采用其它形状，例如，椭球形，棱锥形。凸包51表面形态的设计也增大了刀身与工作介质的接触面积，改变了水田泥浆的流变特性，降低了刀身与土壤中硬质颗粒8或硬质凸起物接触位置处的单点压力效果。

在本发明的一个具体实施例中，请同时参见图1和图2，每排凸包中相邻两个凸包51之间具有间隙，所述间隙的长度小于所述凸包51的直径。每排凸包中相邻两个凸包51之间的距离小于或等于相邻两排凸包之间的距离。具体地，凸包51直径为2r，每排凸包中相邻两个凸包51的间距（横向间距）为a，相邻两排凸包的间距（纵向间距）为c，相邻两排凸包中两个错位的凸包51的间距（横向间距）为b，且满足a≤4r，b≤2r，c≤2r。每排凸包中相邻两个凸包51之间间隙的长度为e，且e≤2r。在一个具体实施例中，每排凸包中相邻两个凸包51的横向间距a=5.5mm，相邻两排凸包的纵向间距c=4mm，相邻两排凸包中两个错位的凸包51的横向间距b=2.75mm。各凸包阵列水平方向分布长度为l ₁，旋耕刀刀长水平距离为L，具体地，l ₁为120 mm，L为230 mm。

本发明还提供了一种旋耕机的较佳实施例：

本发明实施例所述一种旋耕机，其包括如上述任一实施例所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀及其旋耕机，所述仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀包括：相互连接的刀柄和刀身，所述刀身包括刀背、设置在刀背下边沿的刀刃以及位于所述刀背远离所述刀柄一侧的刀头，其中，所述刀背具有相对设置的刀背正面和刀背背面，所述刀身相对于所述刀柄向所述刀背正面一侧弯曲，所述刀背正面设置有第一凸包阵列。由于利用第一凸包阵列，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高旋耕刀的抗冲蚀磨损和磨料磨损能力，提高旋耕机的使用寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，包括：相互连接的刀柄和刀身，所述刀身包括刀背、设置在刀背下边沿的刀刃以及位于所述刀背远离所述刀柄一侧的刀头，其特征在于，所述刀背具有相对设置的刀背正面和刀背背面，所述刀身相对于所述刀柄向所述刀背正面一侧弯曲，所述刀背正面设置有第一凸包阵列。

2.根据权利要求1所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述第一凸包阵列包括沿所述刀身的旋切方向排列的若干排凸包，相邻两排所述凸包相互错位排列。

3.根据权利要求2所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述凸包为半球形凸包。

4.根据权利要求3所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述半球形凸包的直径为1-5mm。

5.根据权利要求3所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，每排凸包中相邻两个凸包之间具有间隙，所述间隙的长度小于或等于所述凸包的直径。

6.根据权利要求3所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述凸包的直径小于或等于相邻两排凸包之间的距离。

7.根据权利要求1所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述第一凸包阵列与所述刀头边缘的距离为4-10mm。

8.根据权利要求1所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述刀背背面设置有第二凸包阵列，所述第二凸包阵列与所述第一凸包阵列对称设置。

9.根据权利要求1所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀，其特征在于，所述刀刃背离所述刀背正面一侧设置有第三凸包阵列。

10.一种旋耕机，其特征在于，其包括如权利要求1至9中任一项所述的仿生抗冲蚀耐磨旋耕刀。