CN110073737B - 一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲 - Google Patents

Abstract

一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲，包括盲孔、刃口前轮廓线、内准线、仿生凸起棱条结构、第一弧线、第二弧线、刃口曲面和铲体；铲体上方中线布置八个盲孔，该盲孔由二个螺栓固定于机架上，用于铲体的固定；铲体具有刃口前轮廓线和内准线，刃口前轮廓线和内准线之间的曲面构成刃口曲面，刃口前轮廓线和内准线为前刃口曲线，前刃口曲线为仿生曲线；铲体表面分布高度不同的仿生凸起棱条结构，仿生凸起棱条结构贴近内准线一侧为斜面，生凸起棱条结构对称布置于铲体两侧；第一弧线和第二弧线构成后轮廓线，二个弧线相切。本发明相较国标圆弧形深松铲可以降低工作阻力17％左右，降低土壤扰动量，降低能耗，改善土壤整体质量。

Description

一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲。

背景技术

我国作为农业大国，农业机械化的先进程度决定了农业作业质量、作物生长环境以及后期作物成长的好坏。而土壤板结、犁底层上移使得作物生长受限，根系无法扎入犁底层以下。当雨水较多时，犁底层阻碍雨水渗透，会造成烂根的现象出现；当雨水较少时，犁底层阻碍层下水分上升，使得作物缺水死亡。深松技术可有效打破犁底层，使得水分、养分可以充分交换，促进土壤的水分平衡、改变土壤不同深度的温度平衡，进而提高作物的生长环境，提高作物的产量。

就目前，随着深松技术的深入发展，深松中的问题也不断凸显，一是深松阻力过大，致使能耗较大。由于深松作业耕深在20～40cm之间，土壤扰动量较大，作业牵引阻力较大，因此作业阻力和能耗较大；二是作业成本较大，由于深松阻力大，需要大马力牵引机械进行牵引作业，结合现在的农业发展现状，小地块，个体农户作业，购买大马力拖拉机会增加农业作业的成本，三是目前深松铲工作过程中铲体土壤粘附严重，会在铲体下端形成土核，降低深松的作业效果。为解决上述问题，必须降低深松作业的作业阻力，降低土壤扰动量，减少土壤粘附。

发明内容

本发明针对上述工作阻力大，土壤扰动大，工作过程粘附等问题，提供一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲，该深松铲一是可有效的减小工作过程中的工作阻力，降低能耗，二是可以减小对土壤的扰动，三是可有效减少土壤粘附，从而降低工作阻力。

本发明是由盲孔、刃口前轮廓线、内准线、仿生凸起棱条结构、两条后轮廓线、铲体等组成；

所述的铲体上方中线按一定距离布置八个盲孔，孔径为盲孔孔心与铲体左侧距离为40mm，与顶面距离为30mm，两个盲孔之间的孔间距为23mm，共布置八个盲孔；

铲体具有刃口前轮廓线和内准线，刃口前轮廓线和内准线之间的曲面构成刃口曲面，刃口曲面垂直宽度为30mm，刃口前轮廓线和内准线为前刃口曲线，前刃口曲线为仿生曲线，仿生曲线方程为y＝-28.3-9.03x+0.13x²-9.53x³+2.68x⁴-6x⁵,其中x的取值范围为：0≤x≤141.3。

所述的铲体表面按一定角度分布高度不同的仿生凸起棱条结构，契合穿山甲的鳞片的微结构；仿生凸起棱条结构的高度h为3mm～7mm，两个仿生凸起棱条结构之间的角度β为2°～3°，仿生凸起棱条结构的宽度l由两个仿生凸起棱条结构之间的角度决定，为15mm～20mm。

所述的铲体表面的仿生凸起棱条结构仿生凸起棱条结构数量为11个，且该结构贴近内准线一侧为斜面，该斜面与铲体的角度α为20°～23°，且仿生凸起棱条结构对称布置于铲体两侧。

所述的第一弧线和第二弧线构成后轮廓线，第一弧线半径R为634mm，第二弧线半径R为49mm，第一弧线和第二弧线相切。

所述的铲体的仿生凸起棱条结构按一个角度为63°，半径R为410.5mm的扇形布置，契合穿山甲的鳞片的宏观结构。

本发明的有益效果：

仿生深松铲上布置八个盲孔，可以根据地况条件自由调节铲体的入土深度，达到最佳的入土深度。仿生深松铲的前刃口曲线为仿生曲线，该曲线原型为挖掘动物爪趾的内轮廓线，当深松铲工作时，土壤运动轨迹随刃口曲面运动，且受到该曲面的作用力而破碎，使得铲体周围的土壤松碎并形成固定的运动轨迹，从而降低铲体在工作中的行进阻力，达到减阻的目的。依据仿生原理对穿山甲鳞片表面凸起棱条结构进行仿生设计，在铲体表面按一定角度分布高度不同的该仿生凸起棱条结构，该结构可以在工作时进一步破碎铲体周围的土壤，并且工作时该结构为单个独立的结构共同作用，可以在工作中降低土壤的粘附，使得已经粘附的土壤及时脱离铲体，保证深松铲在工作中不会出现粘附现象，从而降低工作阻力，达到脱土减阻的目的，降低能耗。通过大田试验，该仿生深松铲相较国标圆弧形深松铲可以降低工作阻力17％左右。且加工方便，材料使用Q235即可以达到65Mn材料的过工作要求，降低了材料成本。

附图说明

图1是本发明深松铲的轴测图。

图2是本发明深松铲的主视图。

图3是本发明深松铲的侧视图。

图4是图2中的A-A剖视图。

图5是图2中的B-B剖视图。

图6是图2中的局部放大示意图。

图7是本发明深松铲仿生凸起棱条结构布置方式示意图。

其中：1-盲孔，2-刃口前轮廓线，3-内准线，4-仿生凸起棱条结构，5-第一弧线，6-第二弧线，7-刃口曲面，8-铲体。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明包括盲孔1、刃口前轮廓线2、内准线3、仿生凸起棱条结构4、第一弧线5、第二弧线6、刃口曲面7和铲体8；

如图1和图5所示，铲体8上方中线按一定距离布置八个盲孔1，孔径为盲孔孔心与铲体左侧距离为40mm，与顶面距离为30mm，两个盲孔之间的孔间距为23mm，该盲孔1由二个螺栓固定于机架上，用于铲体8的固定，铲体的入土深度通过调节固定不同的盲孔1实现，耕深调节深度为20～45mm，根据作业的土况不同选择不同的深度。

如图2所示，铲体8具有刃口前轮廓线2和内准线3，刃口前轮廓线2和内准线3之间的曲面构成刃口曲面7，刃口曲面7垂直宽度为30mm，刃口前轮廓线2和内准线3为前刃口曲线，前刃口曲线为仿生曲线，仿生曲线方程为y＝-28.3-9.03x+0.13x²-9.53x³+2.68x⁴-6x⁵,其中x的取值范围为：0≤x≤141.3；该曲线通过对挖掘动物爪趾的内轮廓线的分析，利用MATLAB软件得到。

如图2、图4、图6和图7所示，铲体8表面按一定角度分布高度不同的仿生凸起棱条结构4，仿生凸起棱条结构4的高度h为3mm～7mm，两个仿生凸起棱条结构4之间的角度β为2°～3°，仿生凸起棱条结构4的宽度由两个仿生凸起棱条结构之间的角度决定，为15mm～20mm，铲体表面的仿生凸起棱条结构数量为11个。

如图4所示，仿生凸起棱条结构4贴近内准线3一侧设计为斜面结构，该斜面与铲体8的角度α为20°～23°，且仿生凸起棱条结构4对称布置于铲体8两侧。

所述的铲体8的仿生凸起棱条结构4按一个角度为63°，半径R为410.5mm的扇形布置，契合穿山甲的鳞片的宏观结构。

如图2所示，所述的第一弧线5和第二弧线6构成后轮廓线，第一弧线5半径R为634mm，第二弧线6半径R为49mm，第一弧线5和第二弧线6相切。

Claims (1)

1.一种具有减阻仿生表面的仿生深松铲，其特征在于：包括盲孔（1）、

刃口前轮廓线（2）、内准线（3）、仿生凸起棱条结构（4）、第一弧线（5）、第二弧线（6）、刃口曲面（7）和铲体（8）；铲体（8）上方中线布置八个盲孔（1），该盲孔（1）由二个螺栓固定于机架上，用于铲体（8）的固定；铲体（8）具有刃口前轮廓线（2）和内准线（3），刃口前轮廓线（2）和内准线（3）之间的曲面构成刃口曲面（7），刃口前轮廓线（2）和内准线（3）为前刃口曲线，前刃口曲线为仿生曲线， 仿生曲线方程y=-28.3-9.03x+0.13x²-9.53x³+2.68 x⁴-6x⁵, 其中x 的取值范围为：0≤x≤141.3；

铲体（8）表面分布高度不同的仿生凸起棱条结构（4），仿生凸起棱条结构（4）贴近内准线（3）一侧为斜面，该斜面与铲体（8）的角度α为20°~23°，仿生凸起棱条结构（4）对称布置于铲体（8）两侧；第一弧线（5）和第二弧线（6）构成后轮廓线，第一弧线（5）和第二弧线（6）相切；

所述的铲体（8）的仿生凸起棱条结构（4）按一个角度为63°，半径R为410.5mm 的扇形布置；

所述的盲孔（1）的孔径为ø10mm，盲孔（1）孔心与铲体（8）左侧距离为40mm，与顶面距离为30mm，两个盲孔（1）之间的孔间距为23mm；

所述的刃口曲面（7）的垂直宽度为30mm；

所述仿生凸起棱条结构（4）的高度h 为3mm~7mm，两个仿生凸起棱条结构（4）之间的角度β 为2°~3°，仿生凸起棱条结构（4）的宽度为15mm~20mm，铲体表面的仿生凸起棱条结构数量为11 个；

所述的第一弧线（5）半径R 为634mm，第二弧线（6）半径R 为49mm。