CN109874416B - 竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲 - Google Patents

Abstract

一种竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲，包括铲柄、铲尖和连接体；铲柄包括铲柄连接件、铲柄基体、仿竹鼠爪趾肋条、铲尖过渡件和铲尖连接体；铲尖包括铲尖基体及铲尖破土件；连接体包括深松机安装板、铲柄安装板及连接体加强肋。本发明结构简单、安装拆卸方便，深松铲的工作阻力可减小20％以上，进而减小拖拉机牵引力，提高工作效率。本发明运动方向为铲柄在竖直平面的投影方向，深松作业时铲柄对土壤的作用力仅为切应力，因而可大幅度减小深松阻力。本发明的铲柄基体内侧曲线由竹鼠爪及掌部曲线拟合所得，适用于土壤挖掘，与传统偏柱型深松铲相比，可有效减阻15％～20％。

Description

竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲

技术领域

本发明涉及一种属于农业机械技术领域的深松铲，更确切地说，本发明涉及一种竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲。

背景技术

深松作业作为保护性耕作的组成部分，能够有效地打破犁底层、改善土壤结构、渗水防涝、蓄水抗旱、促进土壤中水分的平衡。因而，深松作业能够提高农作物根系的生长发育，进而提高产量。与此同时，增加土壤的抗风蚀及水蚀的能力，提高土壤温度。然而，诸多问题也随着深松机及深松作业的发展逐渐的暴露出来，成为限制深松作业及深松机发展的重要因素。具体有以下几种表现:

1.深松作业阻力大的问题

深松机在进行深松作业时，由于作业深度较大，土壤扰动较强，因而工作过程中有很大的工作阻力，尤其是在未开垦或刚开垦的荒地上作业时，其土壤紧实度较大，将有更大的工作阻力。

2.成本高

工作过程中较大的作业阻力导致深松机必须由大马力的拖拉机带动，因而增加了作业成本，这就限制了深松机的购买及应用，进而限制了深松机的推广。

3.作业能耗大

深松机在深松作业，较大的阻力导致工作能耗比普通耕作时大得多，这也进一步限制了深松机的发展。

综上所述，工作阻力大是限制深松作业发展的最主要原因，这在推广及生产使用中带来了诸多不便，因而降低深松作业阻力势在必行；而深松机上的主要触土部件为深松铲，特别是深松铲上的铲尖，大部分的深松阻力均集中在深松铲的铲尖上，因此深松铲铲尖设计的好坏直接决定了深松作业阻力，这是深松机制造加工推广中十分重要的关注点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在的深松机工作阻力大、深松作业成本高以及深松能耗大的问题，而提供一种竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲。

本发明包括铲柄、铲尖和连接体；

所述的铲柄包括铲柄连接件、铲柄基体、仿竹鼠爪趾肋条、铲尖过渡件和铲尖连接体；

所述的铲柄连接件为厚度均匀的平板结构件，其厚度为8～10mm，与铲柄基体、铲尖过渡件及铲尖连接体一体弯折而成，其上均布着六个直径相同的铲柄连接件孔，铲柄连接件前端部有切割刃，刃口截面曲线为竹鼠爪趾轮廓线发算求得，其曲线方程为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R²＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄连接件的截面轮廓。

所述的铲柄连接件孔共六个，均布在铲柄连接件上，其直径范围为15～20mm，每两个铲柄连接件孔的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄连接件孔直径与铲柄安装板孔直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件放置在两个铲柄安装板之间，并让铲柄连接件孔与铲柄安装板孔一一对应，用螺栓穿过铲柄连接件孔及铲柄安装板孔，螺栓与螺母配合将铲柄连接件与铲柄安装板固定在一起。

所述的铲柄基体由平板结构件弯折而成，其厚度为8～10mm，铲柄基体内侧弯折曲线由竹鼠爪及掌部曲线拟合所得，拟合后的曲线方程为y＝9.58e^0.054x，其中x的取值范围为0～60，y的取值范围由x决定，方程拟合的相关系数为R²＝0.9683，所述的铲柄基体的截面轮廓与铲柄连接件的截面轮廓相同，其前端刃口曲线也为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R2＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄基体的截面轮廓，铲柄基体与铲柄连接件、铲尖过渡件及铲尖连接体经一体弯折而成，铲柄基体上端与铲柄连接件一体相连，下端与铲尖过渡件一体连接。

所述的仿竹鼠爪趾肋条为四条弧形圆柱条，由弯折后的铲柄基体经部分切削打磨所得，剔除中间镂空部位，所得仿竹鼠爪趾肋条界面轮廓为圆，圆的直径为6～8mm，仿竹鼠爪趾肋条肋条中心线与铲柄基体内侧弯折曲线一致，曲线方程也为y＝9.58e^0.054x，x的取值范围为49～58，y的取值范围由x决定，每两个仿竹鼠爪趾肋条间距为14～18mm。

所述的铲尖过渡件为直角梯形平板结构件，直角梯形最小角取值范围为65°～75°，厚度为8～10mm，与铲柄连接件、铲柄基体及铲尖连接体经一体弯折而成，铲尖过渡件上端与铲柄基体一体相连，下端与铲尖连接体一体连接，铲尖过渡件截面轮廓与铲柄连接件及铲柄基体截面轮廓相同。

所述的铲尖连接体为平板结构件，与铲柄连接件、铲柄基体、铲尖过渡件一体弯折而成，其厚度为6～8mm，上端与铲尖过渡件一体连接，侧面及下端与铲尖间隙配合，其上有三个均布的铲尖连接体孔；

所述的铲尖连接体孔为通孔，均布在铲尖连接体上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，安装铲尖时，将铲尖连接体放置在铲尖安装槽内，铲尖连接体底部与铲尖安装槽底部接触，铲尖连接体孔与铲尖螺纹孔一一对正，并用双头螺栓将铲尖连接体与铲尖配合在一起。

所述的铲尖包括铲尖基体及铲尖破土件。

所述的铲尖基体为柱体件，其上有铲尖螺纹孔及铲尖安装槽，铲尖基体为上下对称结构，横截面由上下对称的两条曲线围成，该曲线为蚁狮背部横切轮廓线拟合并根据相似原理放大所得，其中，曲线方程为：y＝-0.0813x²+3.2514x-0.0823，x的取值范围为0～40，拟合方程的相关系数R²＝0.9993，铲尖基体的长度为200～240mm；

所述的铲尖螺纹孔为带螺纹的通孔，均布在铲尖基体上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，与铲尖连接体孔一一对应，安装时，通过双头螺栓将铲尖连接体孔与铲尖螺纹孔连接在一起，从而将铲尖与铲柄固定；

所述的铲尖安装槽由铲尖基体铣削而成，关于铲尖基体的竖直中心面对称，铲尖安装槽长度为160～180mm，高度为20～25mm，宽度与铲尖连接体厚度相同，为6～8mm，安装时，铲尖连接体能与铲尖安装槽间隙配合，当铲尖连接体放置在铲尖安装槽底部时，铲尖连接体配合在铲尖基体顶部。

所述的铲尖破土件为锥形结构件，与铲尖基体一体加工而成，铲尖破土件最大截面与铲尖基体截面相同，长度变化范围为30～50mm，铲尖破土件尖端在底面上的投影点处在底面的中心，铲尖破土件的每个横截面都与底面相似，铲尖破土件加工时进行淬火处理。

所述的连接体包括深松机安装板、铲柄安装板及连接体加强肋。

所述的深松机安装板为平板结构件，厚度为8～12mm，长度150～180mm，宽度为100～120mm，四个圆角半径均为15～20mm，深松机安装板上均布着四个深松机安装板孔，深松机安装板焊接着两个结构相同的铲柄安装板并焊接着两个结构相同的连接体加强肋；

所述的深松机安装板孔为通孔，直径为15～20mm，通过这四个深松机安装板孔将连接体安装在深松机机架上。

所述的铲柄安装板为平板结构件，厚度为8～10mm，长度为150～180mm，宽度为120～150mm，铲柄安装板下端有两个圆角，圆角半径为15～30mm，两个铲柄安装板对称焊接在深松机安装板上，铲柄安装板侧面中心焊接连接体加强肋，每个铲柄安装板均布着六个铲柄安装板孔；

所述的铲柄安装板孔均布在铲柄安装板上，共六个，其直径范围为15～20mm，每两个铲柄安装板孔的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄安装板孔与铲柄连接件孔直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件放置在两个铲柄安装板之间，两个铲柄安装板与铲柄连接件过渡配合，并让铲柄安装板孔与铲柄连接件孔对正，用螺栓穿过铲柄连接件孔及两个铲柄安装板孔，螺栓与螺母配合将铲柄连接件与铲柄安装板固定在一起。

所述的连接体加强肋为三角形平板结构件，其厚度为8～12mm，三角形一个直角边形成的侧面对称焊接在铲柄安装板的中部，三角形另一直角边形成的侧面焊接在深松机安装板下表面，两个连接体加强肋对称焊接，沿铲柄安装板的直角边长度为120～150mm，沿深松机安装板下表面的直角边焊接后与深松机安装板侧面对齐，两个连接体加强肋加强了连接体的稳定性。

本发明的工作过程和原理：

在进行深松作业前，先将铲尖通过双头螺柱安装在铲柄上，将铲柄上的铲尖连接体插入到铲尖上的铲尖安装槽中，将铲尖连接体孔与铲尖螺纹孔一一对应，拧紧双头螺柱，而后将铲柄连接件放置在两个铲柄安装板之间，并让铲柄连接件孔与铲柄安装板孔一一对应，用螺栓将铲柄安装板与铲柄连接件连接在一起，并用螺母固定，当需要增加深松深度时，可使铲柄连接件孔与铲柄安装板的其中个孔对正，从而增加深松作业深度，当需要调整竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的铲尖入土角度时，可调整铲尖过渡件，通过改变铲尖过渡件的直角梯形最小角度的取值范围，进而调整铲尖的入土角。组装完成后，通过深松机安装板孔将竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲安装在深松机机架上，从而完成深松。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明结构简单、安装拆卸方便，深松铲的工作阻力可减小20％以上，进而减小拖拉机牵引力，提高工作效率。

2.本发明运动方向为铲柄在竖直平面的投影方向，深松作业时铲柄对土壤的作用力仅为切应力，因而可大幅度减小深松阻力。

3.本发明的铲柄基体内侧曲线由竹鼠爪及掌部曲线拟合所得，适用于土壤挖掘，与传统偏柱型深松铲相比，可有效减阻15％～20％。

4.本发明的铲柄中部采用仿竹鼠爪趾的弧形圆柱肋条式设计，肋条由弯折的铲柄基体经部分切削打磨所得，仿竹鼠爪趾设计在深松作业过程中能够有效地漏掉部分土壤，从而减小深松阻力。

5.本发明的铲柄前端部有切割刃，刃口截面曲线为竹鼠爪趾轮廓线发算求得，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄的截面轮廓，这一刃口设计能够更容易切碎土壤，与传统无刃口的深松铲铲柄相比可减阻10％～15％。

6.本发明的铲尖基体为柱体件，铲尖基体为上下对称结构，横截面由上下对称的两条曲线围成，该曲线为蚁狮背部横切轮廓线拟合并根据相似原理放大所得，整个铲尖基体轮廓为流线型，能有效地减小入土阻力。

7.本发明的铲尖破土件为锥形结构件，与铲尖基体一体加工而成，铲尖破土件最大截面与铲尖基体截面相同，铲尖破土件的每个横截面都与底面相似，从而使整个铲尖破土件为流线型，并经淬火处理，经久耐用。

8.本发明的铲尖过渡件为直角梯形平板结构件，直角梯形最小角度取值范围为65°～75°，这一角度可根据实际需要进行调整，通过对这一角度的调整，能够控制整个铲尖所处的位置，从而控制铲尖破土时的入土角。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的俯视图。

图5为本发明的铲柄立体示意图。

图6为本发明的铲柄主视图。

图7为图6中a—a剖视图。

图8为本发明的铲尖立体示意图。

图9为本发明的铲尖主视图。

图10为本发明的铲尖侧视图。

图11为本发明连接体立体示意图。

图12为本发明的连接体主视图。

图13为本发明的对照深松铲——无肋条式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的立体示意图。

图14为本发明的对照深松铲——无肋条铲柄无切削刃式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的立体示意图。

图15为本发明的对照深松铲——圆柱铲尖式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的立体示意图。

图16为本发明的对照深松铲——箭形深松铲的立体示意图。

图17为本发明的对照深松铲——双铲翼深松铲的立体示意图。

图18为本发明的深松作业实测数据图。

图19为本发明及对照深松铲的深松作业实测数据平均深松阻力对比图。

图中：A—铲柄；B—铲尖；C—连接体；1—铲柄连接件；2—铲柄连接件孔；3—铲柄基体；4—仿竹鼠爪趾肋条；5—铲尖过渡件；6—铲尖连接体；7—铲尖连接体孔；8—铲尖基体；9—铲尖破土件；10—铲尖螺纹孔；11—铲尖安装槽；12—深松机安装板；13—深松机安装板孔；14—铲柄安装板；15—铲柄安装板孔；16—连接体加强肋。

具体实施方式

参阅图1至图4所示，本实施例包括铲柄A、铲尖B和连接体C；

参阅图5至图7所示，所述的铲柄A包括铲柄连接件1、铲柄基体3、仿竹鼠爪趾肋条4、铲尖过渡件5和铲尖连接体6；

所述的铲柄连接件1为厚度均匀的平板结构件，其厚度为8～10mm，与铲柄基体3、铲尖过渡件5及铲尖连接体6一体弯折而成，其上均布着六个直径相同的铲柄连接件孔2，铲柄连接件1前端部有切割刃，刃口截面曲线为竹鼠爪趾轮廓线发算求得，其曲线方程为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R²＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄连接件1的截面轮廓。

所述的铲柄连接件孔2共六个，均布在铲柄连接件1上，其直径范围为15～20mm，每两个铲柄连接件孔2的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄连接件孔2直径与铲柄安装板孔15直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件1放置在两个铲柄安装板14之间，并让铲柄连接件孔2与铲柄安装板孔15一一对应，用螺栓穿过铲柄连接件孔2及铲柄安装板孔15，螺栓与螺母配合将铲柄连接件1与铲柄安装板14固定在一起。

所述的铲柄基体3由平板结构件弯折而成，其厚度为8～10mm，铲柄基体3内侧弯折曲线由竹鼠爪及掌部曲线拟合所得，拟合后的曲线方程为y＝9.58e^0.054x，其中x的取值范围为0～60，y的取值范围由x决定，方程拟合的相关系数为R²＝0.9683，所述的铲柄基体3的截面轮廓与铲柄连接件1的截面轮廓相同，其前端刃口曲线也为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R²＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄基体3的截面轮廓，铲柄基体3与铲柄连接件1、铲尖过渡件5及铲尖连接体6经一体弯折而成，铲柄基体3上端与铲柄连接件1一体相连，下端与铲尖过渡件5一体连接。

所述的仿竹鼠爪趾肋条4为四条弧形圆柱条，由弯折后的铲柄基体3经部分切削打磨所得，剔除中间镂空部位，所得仿竹鼠爪趾肋条4界面轮廓为圆，圆的直径为6～8mm，仿竹鼠爪趾肋条4肋条中心线与铲柄基体3内侧弯折曲线一致，曲线方程也为y＝9.58e^0.054x，x的取值范围为49～58，y的取值范围由x决定，每两个仿竹鼠爪趾肋条4间距为14～18mm。

所述的铲尖过渡件5为直角梯形平板结构件，直角梯形最小角取值范围为65°～75°，厚度为8～10mm，与铲柄连接件1、铲柄基体3及铲尖连接体6经一体弯折而成，铲尖过渡件5上端与铲柄基体3一体相连，下端与铲尖连接体6一体连接，铲尖过渡件5截面轮廓与铲柄连接件1及铲柄基体3截面轮廓相同。

所述的铲尖连接体6为平板结构件，与铲柄连接件1、铲柄基体3、铲尖过渡件5一体弯折而成，其厚度为6～8mm，上端与铲尖过渡件5一体连接，侧面及下端与铲尖B间隙配合，其上有三个均布的铲尖连接体孔7；

所述的铲尖连接体孔7为通孔，均布在铲尖连接体6上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，安装铲尖B时，将铲尖连接体6放置在铲尖安装槽11内，铲尖连接体6底部与铲尖安装槽11底部接触，铲尖连接体孔7与铲尖螺纹孔10一一对正，并用双头螺栓将铲尖连接体6与铲尖B配合在一起。

参阅图8至图10，所述的铲尖B包括铲尖基体8及铲尖破土件9。

所述的铲尖基体8为柱体件，其上有铲尖螺纹孔10及铲尖安装槽11，铲尖基体8为上下对称结构，横截面由上下对称的两条曲线围成，该曲线为蚁狮背部横切轮廓线拟合并根据相似原理放大所得，其中，曲线方程为：y＝-0.0813x²+3.2514x-0.0823，x的取值范围为0～40，拟合方程的相关系数R2＝0.9993，铲尖基体8的长度为200～240mm；

所述的铲尖螺纹孔10为带螺纹的通孔，均布在铲尖基体8上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，与铲尖连接体孔7一一对应，安装时，通过双头螺栓将铲尖连接体孔7与铲尖螺纹孔10连接在一起，从而将铲尖B与铲柄A固定；

所述的铲尖安装槽11由铲尖基体8铣削而成，关于铲尖基体8的竖直中心面对称，铲尖安装槽11长度为160～180mm，高度为20～25mm，宽度与铲尖连接体6厚度相同，为6～8mm，安装时，铲尖连接体6能与铲尖安装槽11间隙配合，当铲尖连接体6放置在铲尖安装槽11底部时，铲尖连接体6配合在铲尖基体8顶部。

所述的铲尖破土件9为锥形结构件，与铲尖基体8一体加工而成，铲尖破土件9最大截面与铲尖基体8截面相同，长度变化范围为30～50mm，铲尖破土件9尖端在底面上的投影点处在底面的中心，铲尖破土件9的每个横截面都与底面相似，铲尖破土件9加工时进行淬火处理。

参阅图11与图12，所述的连接体C包括深松机安装板12、铲柄安装板14及连接体加强肋16。

所述的深松机安装板12为平板结构件，厚度为8～12mm，长度150～180mm，宽度为100～120mm，四个圆角半径均为15～20mm，深松机安装板12上均布着四个深松机安装板孔13，深松机安装板12焊接着两个结构相同的铲柄安装板14并焊接着两个结构相同的连接体加强肋16；

所述的深松机安装板孔13为通孔，直径为15～20mm，通过这四个深松机安装板孔13将连接体C安装在深松机机架上。

所述的铲柄安装板14为平板结构件，厚度为8～10mm，长度为150～180mm，宽度为120～150mm，铲柄安装板14下端有两个圆角，圆角半径为15～30mm，两个铲柄安装板14对称焊接在深松机安装板12上，铲柄安装板14侧面中心焊接连接体加强肋16，每个铲柄安装板14均布着六个铲柄安装板孔15；

所述的铲柄安装板孔15均布在铲柄安装板14上，共六个，其直径范围为15～20mm，每两个铲柄安装板孔15的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄安装板孔15与铲柄连接件孔2直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件1放置在两个铲柄安装板14之间，两个铲柄安装板14与铲柄连接件1过渡配合，并让铲柄安装板孔15与铲柄连接件孔2对正，用螺栓穿过铲柄连接件孔2及两个铲柄安装板孔15，螺栓与螺母配合将铲柄连接件1与铲柄安装板14固定在一起。

所述的连接体加强肋16为三角形平板结构件，其厚度为8～12mm，三角形一个直角边形成的侧面对称焊接在铲柄安装板14的中部，三角形另一直角边形成的侧面焊接在深松机安装板12下表面，两个连接体加强肋16对称焊接，沿铲柄安装板14的直角边长度为120～150mm，沿深松机安装板12下表面的直角边焊接后与深松机安装板12侧面对齐，两个连接体加强肋16加强了连接体C的稳定性。

参阅图13至图17所示，为竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的对照深松铲，这几种深松铲与竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲在同样的条件下进行田间实验，结果表明，竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲具有优异的减阻效果，与箭形深松铲与双铲翼深松铲相比，同等土壤状态下，可减阻20％以上。

参阅图13和图19所示，无肋条式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲为对照铲，与本发明竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲相比，中间铲柄部位无镂空肋条，其他结构均与本发明相同，对比两种深松铲田间实验数据可知，本发明在黑土地、河边地、沙土地、盐碱地田间实验平均阻力值均低于对照铲(无肋条式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲)平均阻力，并在不同土壤类型中减阻效果略有不同，平均可减阻5％左右。

参阅图14和图19所示，无肋条铲柄无切削刃式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲为对照铲，与本发明相比，中间铲柄部位无镂空肋条，铲柄前端无切削刃，其他结构均与本发明相同，对比两种深松铲田间实验数据可知，本发明在黑土地、河边地、沙土地、盐碱地田间实验平均阻力值均低于对照铲(无肋条铲柄无切削刃式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲)平均阻力，并在不同土壤类型中减阻效果略有不同，平均可减阻10％左右。

参阅图15和图19所示，圆柱铲尖式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲为对照铲，与本发明相比，铲尖部位换为圆柱形基体，铲尖尖端为圆锥形。其中，圆柱形铲尖基体横截面积与本发明所述竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的铲尖横截面积相同，且铲尖尖端长度也相同，铲柄部位也为同样的镂空肋条，两者其他部位结构均相同。对比两种深松铲田间实验数据可知，本发明所在黑土地、河边地、沙土地、盐碱地田间实验平均阻力值均低于对照铲(圆柱铲尖式-竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲)平均阻力，并在不同土壤类型中减阻效果略有不同，平均可减阻5％左右。

参阅图16和图19所示，箭形深松铲为对照铲，与本发明相比，土壤横向扰动范围相同，铲尖为单铲翼的箭形，铲柄为标准型。对比两种深松铲田间实验数据可知，本发明在黑土地、河边地、沙土地、盐碱地田间实验平均阻力值均低于对照铲(箭形深松铲)平均阻力，并在不同土壤类型中减阻效果略有不同，平均可减阻20％以上。

参阅图17和图19所示，双铲翼深松铲为对照铲，铲尖尖端为标准型，铲柄两侧对称分布着两个铲翼，与本发明相比，土壤横向扰动范围相同。对比两种深松铲田间实验数据可知，本发明所述的竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲在黑土地、河边地、沙土地、盐碱地田间实验平均阻力值均低于对照铲(双铲翼深松铲)平均阻力，并在不同土壤类型中减阻效果略有不同，可减阻30％以上。

参阅图18所示，竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的深松作业实测数据图为黑土地田间实验结果，图像横坐标为测试距离，纵坐标为单个铲阻力值，测试时，铲柄后端安装S型压力传感器，测试速度为1m/s，测试过程中时间数据及阻力数据传输至电脑，并通过时间数据及速度反算作业位移，初始阶段，阻力值随着位移的增大而增大，测试距离达3米后阻力数据在某一数据范围内波动，本发明附图18仅截取了前10米阻力数据。

参阅图19所示，竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲及对照深松铲的深松作业实测数据平均深松阻力对比图中的数据为田间实测数据。其中，黑土地来自吉林长春北部农田，河边地为吉林省农安县伊通河边农田，沙土地为吉林省农安县杨树林乡沙质土，盐碱地为吉林省农安县万顺乡盐碱地，每种土壤类型田间实验面积为一公顷，截取深松铲入土后稳定的数据进行处理，并取其平均值，以土壤类型为横坐标，平均深松阻力为纵坐标绘成图19。对比分析可知，本发明在这四种土壤类型中均有减阻效果，并在沙土地及盐碱地中表现更为突出，这一突出表现对于土壤改良将有十分重要的意义。

本实施例的工作过程和原理：

参阅图1至图4所示，在进行深松作业前，先将铲尖B通过双头螺柱安装在铲柄A上，将铲柄A上的铲尖连接体6插入到铲尖B上的铲尖安装槽11中，将铲尖连接体孔7与铲尖螺纹孔10一一对应，拧紧双头螺柱，而后将铲柄连接件1放置在两个铲柄安装板14之间，并让铲柄连接件孔2与铲柄安装板孔15一一对应，用螺栓将铲柄安装板14与铲柄连接件1连接在一起，并用螺母固定，当需要增加深松深度时，可使铲柄连接件孔2与铲柄安装板14的其中4个孔对正，从而增加深松作业深度，当需要调整竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲的铲尖B入土角度时，可调整铲尖过渡件5，通过改变铲尖过渡件5的直角梯形最小角度的取值范围，进而调整铲尖B的入土角。组装完成后，通过深松机安装板孔13将竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲安装在深松机机架上，从而完成深松。

Claims (1)

1.一种竹鼠及蚁狮耦合仿生减阻深松铲，其特征在于：包括铲柄(A)、铲尖(B)和连接体(C)；

所述的铲柄(A)包括铲柄连接件(1)、铲柄基体(3)、仿竹鼠爪趾肋条(4)、铲尖过渡件(5)和铲尖连接体(6)；

所述的铲柄连接件(1)为厚度均匀的平板结构件，其厚度为8～10mm，与铲柄基体(3)、铲尖过渡件(5)及铲尖连接体(6)一体弯折而成，其上均布着六个直径相同的铲柄连接件孔(2)，铲柄连接件(1)前端部有切割刃，刃口截面曲线为竹鼠爪趾轮廓线发算求得，其曲线方程为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R²＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄连接件(1)的截面轮廓；

所述的铲柄连接件孔(2)共六个，均布在铲柄连接件(1)上，其直径范围为15～20mm，每两个铲柄连接件孔(2)的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄连接件孔(2)直径与铲柄安装板孔(15)直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件(1)放置在两个铲柄安装板(14)之间，并让铲柄连接件孔(2)与铲柄安装板孔(15)一一对应，用螺栓穿过铲柄连接件孔(2)及铲柄安装板孔(15)，螺栓与螺母配合将铲柄连接件(1)与铲柄安装板(14)固定在一起；

所述的铲柄基体(3)由平板结构件弯折而成，其厚度为8～10mm，铲柄基体(3)内侧弯折曲线由竹鼠爪及掌部曲线拟合所得，拟合后的曲线方程为y＝9.58e^0.054x，其中x的取值范围为0～60，y的取值范围由x决定，方程拟合的相关系数为R²＝0.9683，所述的铲柄基体(3)的截面轮廓与铲柄连接件(1)的截面轮廓相同，其前端刃口曲线也为y＝-0.3684x²+3.0672x-0.034，其中，x的取值范围为0～8.32，y的取值由x决定，拟合方程的相关系数R²＝0.9991，刃口截面曲线与其两侧直线及底部直线共同构成了铲柄基体(3)的截面轮廓，铲柄基体(3)与铲柄连接件(1)、铲尖过渡件(5)及铲尖连接体(6)经一体弯折而成，铲柄基体(3)上端与铲柄连接件(1)一体相连，下端与铲尖过渡件(5)一体连接；

所述的仿竹鼠爪趾肋条(4)为四条弧形圆柱条，由弯折后的铲柄基体(3)经部分切削打磨所得，剔除中间镂空部位，所得仿竹鼠爪趾肋条(4)界面轮廓为圆，圆的直径为6～8mm，仿竹鼠爪趾肋条(4)肋条中心线与铲柄基体(3)内侧弯折曲线一致，曲线方程也为y＝9.58e^0.054x，x的取值范围为49～58，y的取值范围由x决定，每两个仿竹鼠爪趾肋条(4)间距为14～18mm；

所述的铲尖过渡件(5)为直角梯形平板结构件，直角梯形最小角取值范围为65°～75°，厚度为8～10mm，与铲柄连接件(1)、铲柄基体(3)及铲尖连接体(6)经一体弯折而成，铲尖过渡件(5)上端与铲柄基体(3)一体相连，下端与铲尖连接体(6)一体连接，铲尖过渡件(5)截面轮廓与铲柄连接件(1)及铲柄基体(3)截面轮廓相同；

所述的铲尖连接体(6)为平板结构件，与铲柄连接件(1)、铲柄基体(3)、铲尖过渡件(5)一体弯折而成，其厚度为6～8mm，上端与铲尖过渡件(5)一体连接，侧面及下端与铲尖(B)间隙配合，其上有三个均布的铲尖连接体孔(7)；

所述的铲尖连接体孔(7)为通孔，均布在铲尖连接体(6)上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，安装铲尖(B)时，将铲尖连接体(6)放置在铲尖安装槽(11)内，铲尖连接体(6)底部与铲尖安装槽(11)底部接触，铲尖连接体孔(7)与铲尖螺纹孔(10)一一对正，并用双头螺栓将铲尖连接体(6)与铲尖(B)配合在一起；

所述的铲尖(B)包括铲尖基体(8)及铲尖破土件(9)；

所述的铲尖基体(8)为柱体件，其上有铲尖螺纹孔(10)及铲尖安装槽(11)，铲尖基体(8)为上下对称结构，横截面由上下对称的两条曲线围成，该曲线为蚁狮背部横切轮廓线拟合并根据相似原理放大所得，其中，曲线方程为：y＝-0.08(13)x²+3.25(14)x-0.0823，x的取值范围为0～40，拟合方程的相关系数R²＝0.9993，铲尖基体(8)的长度为200～240mm；

所述的铲尖螺纹孔(10)为带螺纹的通孔，均布在铲尖基体(8)上，直径为10～12mm，每两个孔的间距为40～60mm，与铲尖连接体孔(7)一一对应，安装时，通过双头螺栓将铲尖连接体孔(7)与铲尖螺纹孔(10)连接在一起，从而将铲尖(B)与铲柄(A)固定；

所述的铲尖安装槽(11)由铲尖基体(8)铣削而成，关于铲尖基体(8)的竖直中心面对称，铲尖安装槽(11)长度为160～180mm，高度为20～25mm，宽度与铲尖连接体(6)厚度相同，为6～8mm，安装时，铲尖连接体(6)能与铲尖安装槽(11)间隙配合，当铲尖连接体(6)放置在铲尖安装槽(11)底部时，铲尖连接体(6)配合在铲尖基体(8)顶部；

所述的铲尖破土件(9)为锥形结构件，与铲尖基体(8)一体加工而成，铲尖破土件(9)最大截面与铲尖基体(8)截面相同，长度变化范围为30～50mm，铲尖破土件(9)尖端在底面上的投影点处在底面的中心，铲尖破土件(9)的每个横截面都与底面相似，铲尖破土件(9)加工时进行淬火处理；

所述的连接体(C)包括深松机安装板(12)、铲柄安装板(14)及连接体加强肋(16)；

所述的深松机安装板(12)为平板结构件，厚度为8～12mm，长度150～180mm，宽度为100～120mm，四个圆角半径均为15～20mm，深松机安装板(12)上均布着四个深松机安装板孔(13)，深松机安装板(12)焊接着两个结构相同的铲柄安装板(14)并焊接着两个结构相同的连接体加强肋(16)；

所述的深松机安装板孔(13)为通孔，直径为15～20mm，通过这四个深松机安装板孔(13)将连接体(C)安装在深松机机架上；

所述的铲柄安装板(14)为平板结构件，厚度为8～10mm，长度为150～180mm，宽度为120～150mm，铲柄安装板(14)下端有两个圆角，圆角半径为15～30mm，两个铲柄安装板(14)对称焊接在深松机安装板(12)上，铲柄安装板(14)侧面中心焊接连接体加强肋(16)，每个铲柄安装板(14)均布着六个铲柄安装板孔(15)；

所述的铲柄安装板孔(15)的直径范围为15～20mm，每两个铲柄安装板孔(15)的横向间距为40～60mm，纵向间距也为40～60mm，铲柄安装板孔(15)与铲柄连接件孔(2)直径相同并一一对应，安装时，铲柄连接件(1)放置在两个铲柄安装板(14)之间，两个铲柄安装板(14)与铲柄连接件(1)过渡配合，并让铲柄安装板孔(15)与铲柄连接件孔(2)对正，用螺栓穿过铲柄连接件孔(2)及两个铲柄安装板孔(15)，螺栓与螺母配合将铲柄连接件(1)与铲柄安装板(14)固定在一起；

所述的连接体加强肋(16)为三角形平板结构件，其厚度为8～12mm，三角形一个直角边形成的侧面对称焊接在铲柄安装板(14)的中部，三角形另一直角边形成的侧面焊接在深松机安装板(12)下表面，两个连接体加强肋(16)对称焊接，沿铲柄安装板(14)的直角边长度为120～150mm，沿深松机安装板(12)下表面的直角边焊接后与深松机安装板(12)侧面对齐，两个连接体加强肋(16)加强了连接体(C)的稳定性。

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