CN110089210A - 一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有仿生几何结构的筑垱机铲板，属农业机械领域。此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机包括机架、铲板和连接器；铲板的工作表面设有圆台微凸体和圆台凹坑，圆台微凸体和圆台凹坑均匀的横向交叉分布在铲板触土工作表面；圆台微凸体上底面为圆锥凹坑，圆台凹坑下底面中心为圆锥凸起；铲板刃口侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。本发明可以提高铲板的入土能力；有效减少土壤粘附、铲板表面的磨料磨损以及降低工作阻力,可以使筑垱机工作阻力减少约5％～9％，铲板工作表面磨损率减少7％～15％。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，属于农业机械技术领域。
背景技术
在我国大部分耕作地区，降雨呈空间分布的不均和时域上的显著差异，当降雨强度超过土壤入渗强度会产生地表径流，造成对地表的冲刷侵蚀，使土壤中的泥沙大量流失、破坏土壤结构和肥力并对农作物产量造成不良影响。在农业机械领域，实现土壤表面微形貌加工作业的传统机具主要有驱动式作业的垄向区田筑垱机，筑垱机通过铲板的旋转运动与土壤表面接触，形成土垱，在土壤表面加工出长凹坑，使得落在田间的降雨或灌溉用水积蓄在凹坑中以供给植物吸收而不是白白流走，目的是增加农田土壤蓄水保墒能力、防止水土流失并使作物在不稳定的气候条件下保持产量。
为解决坡耕地的水土流失问题，垄沟筑垱技术受到关注并展开深入研究和推广。该技术利用筑垱机在垄沟中按一定距离设置土垱，将雨水拦蓄在耕地之内，可提高农作物供水量，防止坡耕地的水、土、肥流失。但目前筑挡机作业中存在筑挡形状不理想、土挡密实度低等问题，影响筑垱机的作业效果，导致土垱拦蓄雨水能力弱，遇到强降雨时易被冲垮。
垄向区田筑垱是通过筑垱机铲板对土壤的铲、挖和翻动地表土壤，从而堆砌出土垱并在土垱间形成微坑。筑垱机铲板工作时，铲板刃口入土阻力大，容易变形折断，且磨损情况严重，铲板工作表面容易粘结土壤，不易脱落，增加了土壤之间的扰动，增大了筑垱机的工作阻力，且形成的土垱密实度不高，容易被破坏，高强度雨水的拦蓄效果差。
以仿生学为研究手段的设计触土部件的形态和结构来降低土壤对触土部件的粘附和阻力已取得突破性进展，但不同的触土部件和不同的土壤特性，对防粘减阻的需求也不同。针对上述问题，需要最大程度的优化农机具触土部件表面仿生几何结构形式，使其防粘减阻能力更强，从而使性能更加优异的仿生农机具触土部件在我国各个地区实现推广。
筑垱机铲板作为筑垱机的关键部件，其形状和尺寸直接影响机组的工作阻力、所筑土挡形状和土挡密实度，其中土壤对铲板触土工作表面接触时产生的阻力是筑垱机工作过程中的主要阻力，筑垱机的工作阻力是制约筑垱机快速发展的关键因素之一，减小筑垱机的工作阻力已成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，以用于解决现有的铲板工作阻力大、触土工作表面土壤粘附严重及磨损严重、破土能力差的问题。
本发明技术方案是：一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；
所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L的取值范围为3mm～6mm，铲板7长度A为200mm～450mm，宽度B为120mm～300mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1的取值范围为5mm～12mm，下底面直径d1′的取值范围为8mm～20mm，高度h1的取值范围为1.5mm～4.5mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p取值范围为15mm～40mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4的取值范围为3mm～12mm，高度h4的取值范围为0.8mm～5mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2取值范围为5mm～12mm，上底面直径d2′的取值范围为8mm～20mm，深度h2的取值范围为0.6mm～2mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5的取值范围为3mm～12mm，高度h5的取值范围为0.3mm～2.5mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；其中a取值范围为0.15～0.6，x为-20mm～-1mm或-16mm～-1mm或-24mm～-1mm；
所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1取值范围为8～25，b1的取值范围为0.1～0.3，c1的取值范围为-0.25π～0.25π，x取值范围为0mm～300mm或0mm～180mm或0mm～240mm。。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1取值范围为15mm～40mm，p1＝p2。
本发明的原理是：
本发明采用仿生结构设计的方法，利用逆向工程技术，将生物体表和肢体所具有的的某些微观结构特点转化为机械结构的参数和结构特征，应用于农业机械的设计之中，以满足工程技术的需要。
在本发明中，以红点锦蛇腹鳞表面具有优异耐磨特性的超微结构、具有高效挖掘能力的土壤洞穴动物砂鱼蜥前爪趾和臭蜣螂前足胫节锯齿结构为仿生原型；红点锦蛇腹鳞表面的超微结构由圆锥微凸体和凹坑周期排列组成，凹坑位于周边四个圆锥微凸体的中间位置，红点锦蛇在泥泞的土壤中运动自如，具有良好的自洁功能和优异的耐磨性；砂鱼蜥是一种生活在干旱和半干旱的沙漠边缘地带的沙漠蜥蜴，其前爪趾是进行沙土挖掘的关键部位，与一般土壤挖掘类动物相比，砂鱼蜥的前爪趾特别粗大，轮廓曲线呈弧形，长期进化使其构形非常适合挖掘，既可以释放应力集中，增强爪趾的机械强度，同时爪趾构形具有良好的切削、耐磨性能；臭蜣螂前足胫节外背侧脊和腹脊之间的表面有浅的圆形或椭圆形凹陷、腹面具有大量较浅的长形凹陷，呈锯齿状结构，在挖掘洞穴时，可以增强入土能力，具有良好的切削、耐磨性能。
本发明中对红点锦蛇腹鳞表面的超微结构和砂鱼蜥前爪趾、臭蜣螂前足胫节所具有的仿生几何曲线进行抽象和简化，设计出圆台微凸体和圆台凹坑结构，且圆台微凸体上底面中心位置为圆锥凹坑，圆台凹坑下底面中心位置为圆锥凸起，将这些结构运用到筑垱机铲板工作表面上，设计出圆台微凸体和圆台凹坑交错分布的仿生触土工作表面，圆台微凸体和圆台凹坑可以破坏水膜或水环形成的连续性，使土壤更容易从铲板表面脱落，可以减小铲板触土工作表面的的土壤粘附和磨损，降低入土阻力。铲板刃口侧面轮廓为砂鱼蜥前爪趾弧形仿生几何曲线，刃口前缘是具有臭蜣螂前足肢节锯齿状仿生几何结构，可以有效增大铲板的入土、碎土能力，达到降低筑垱机工作阻力的目的。
现阶段，筑垱机铲板的触土工作表面主要是光滑平面型，在与土壤接触时容易形成土壤附着，不易脱落，增大作业阻力，所筑的土垱和垄沟效果差，铲板刃口采用的是直线型，入土时阻力大，容易磨损。而本发明中铲板触土工作表面采用红点锦蛇腹鳞表面的超微结构的新型仿生非光滑表面形态，圆锥微凸体和凹坑均匀横向交叉分布在铲板工作表面，可以破坏水膜或水环形成的连续性，使土壤更容易从铲板表面脱落，不容易粘附，同时可以增加触土表面的耐磨性；铲板刃口侧面轮廓采用砂鱼蜥前爪趾具有的仿生几何曲线，铲板刃口前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，可以增大入土能力，破土效果好，可以有效减小耕作阻力。
本发明的有益效果是：
本发明铲板刃口侧面轮廓和前缘分别是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线和具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构刃口，切割土壤能力更强，可以降低入土阻力，破土效果好，可以有效减小工作阻力，且耐磨性能好；铲板触土工作表面和土壤接触时会形成连续的水环或水膜，而铲板触土工作表面均匀横向交叉分布排列的圆台微凸体和圆台凹坑结构可以破坏水膜形成的连续性，使水膜不易连续形成，减小了土壤的附着力，土块就更容易在铲板表面脱落，铲板不易出现粘附现象，降低了工作阻力，同时可降低铲板表面的磨损，应用在筑垱机上时其所筑的土垱和垄沟效果好，有利于农田土壤蓄水保墒和防止水土流失。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明铲板结构示意图；
图3是本发明铲板局部放大图；
图4是本发明铲板触土表面局部放大图；
图5是本发明铲板俯视图；
图6是本发明铲板侧视图；
图7是本发明铲板正视局部放大图；
图8是本发明圆台微凸体、圆锥凹坑示意图；
图8.1是本发明圆台微凸体、圆锥凹坑正视图和侧视图；
图8.2是本发明圆台微凸体、圆锥凹坑俯视图；
图9是本发明圆台凹坑、圆锥凸起示意图；
图9.1是本发明圆台凹坑、圆锥凸起正视图和侧视图；
图9.2是本发明圆台凹坑、圆锥凸起俯视图；
图10是本发明铲板刃口侧面轮廓曲线示意图；
图11是本发明铲板刃口前缘示意图；
图12是本发明圆台微凸体和圆台凹坑局部示意图。
图1-12中各标号：1-圆台微凸体，2-圆台凹坑，3-铲板刃口，4-圆锥凹坑，5-圆锥凸起，6-机架，7-铲板，8-连接器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L为4mm，铲板7长度A为300mm，宽度B为180mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为5mm，下底面直径d1′为10mm，高度h1为2mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为16mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为4mm，高度h4为1.5mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为5mm，上底面直径d2′为10mm，深度h2为1mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为4mm，高度h5为0.8mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；
其中a为0.2，x为-16mm～-1mm；
所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1为8，b1为0.3，c1为0，x取值范围为0mm～180mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为16mm，p1＝p2。
该实施例中具有仿生几何结构的筑垱机铲板的仿生几何结构的特点是：圆台微凸体和圆台凹坑直径小，且相邻圆台微凸体之间的间距小，圆锥凹坑和圆锥凸起体积小，圆台微凸体和圆台凹坑在铲板触土工作表面分布密集，数量多，土块较为容易在铲板触土工作表面脱落，只存在少量粘附现象，有一定的脱附减阻能力，且可降低铲板表面的磨损，使铲板触土表面具有优异的耐磨性；铲板刃口轮廓具有的砂鱼蜥前爪趾仿生几何曲线x取值范围小，即刃口的伸出距离较小，刃口外缘锯齿状仿生几何结构齿形较小，数量多，破土效果好，耐磨性好，可以有效减小筑垱机的工作阻力。
实施例2：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L为5mm，铲板7长度A为360mm，宽度B为200mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为8mm，下底面直径d1′为16mm，高度h1为3mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为25mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为6mm，高度h4为2.5mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为8mm，上底面直径d2′为16mm，深度h2为1.2mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为6mm，高度h5为1.5mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；
其中a为0.3，x为-20mm～-1mm；
所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1为16，b1为0.2，c1为0，x取值范围为0mm～240mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为25mm，p1＝p2。
该实施例中筑垱机仿生几何结构的特点是：圆台微凸体和圆台凹坑直径较大，且相邻圆台微凸体之间的间距较大，圆锥凹坑和圆锥凸起体积较大，圆台微凸体和圆台凹坑在铲板触土工作表面分布较为密集，数量较多，土块容易在铲板触土工作表面脱落，脱附减阻能力较强，且可降低铲板表面的磨损，使铲板触土表面具有优异的耐磨性；铲板刃口轮廓具有的砂鱼蜥前爪趾仿生几何曲线x取值范围大，即刃口的伸出距离较大，刃口外缘锯齿状仿生几何结构齿形较大，数量较少，入土能力较强，破土效果较好，耐磨性较好，能够有效减小筑垱机的工作阻力。
实施例3：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L为6mm，铲板7长度A为450mm，宽度B为280mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为12mm，下底面直径d1′为20mm，高度h1为3.5mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为36mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为10mm，高度h4为3mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为12mm，上底面直径d2′为20mm，深度h2为2mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为10mm，高度h5为1.5mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；
其中a为0.5，x为-24mm～-1mm；
所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1为24，b1为0.1，c1为0，x取值范围为0mm～300mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为36mm，p1＝p2。
该实施例中筑垱机仿生几何结构的特点是：圆台微凸体和圆台凹坑直径大，且相邻圆台微凸体之间的间距大，圆锥凹坑和圆锥凸起体积大，圆台微凸体和圆台凹坑在铲板触土工作表面分布疏松，土块更容易在铲板触土工作表面脱落，脱附减阻能力强，可以降低工作阻力，且可降低铲板表面的磨损，使铲板触土表面具有优异的耐磨性；铲板刃口轮廓具有的砂鱼蜥前爪趾仿生几何曲线x取值范围大，即刃口的伸出距离大，刃口外缘锯齿状仿生几何结构齿形较大，数量少，入土能力强，破土效果好，耐磨性较好，能够有效减小筑垱机的工作阻力。
实施例4：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L为3mm，铲板7长度A为200mm，宽度B为120mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为5mm，下底面直径d1′为8mm，高度h1为1.5mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为15mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为3mm，高度h4为0.8mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为5mm，上底面直径d2′为8mm，深度h2为0.6mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为3mm，高度h5为0.3mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；其中a为0.15，x为-20mm～-1mm；所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1为8，b1为0.1，c1为-0.25π，x为0mm～300mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为15mm，p1＝p2。
实施例5：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L为5mm，铲板7长度A为300mm，宽度B为200mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为10mm，下底面直径d1′为10mm，高度h1为3mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为30mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为8mm，高度h4为3mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为8mm，上底面直径d2′为10mm，深度h2为1mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为8mm，高度h5为2mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；其中a为0.15～0.6，x为-16mm～-1mm；所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1取值范围为24，b1为0.2，c1为0，x取值范围为0mm～180mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为30mm，p1＝p2。
实施例6：如图1-12所示，一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，此铲板能应用在筑垱机上或其他触土部件上，此筑垱机可以包括机架6、铲板7和连接器8；所述铲板7的工作表面设有圆台微凸体1和圆台凹坑2，圆台微凸体1和圆台凹坑2均匀的横向交叉分布在铲板7触土工作表面；圆台微凸体1上底面为圆锥凹坑4，圆台凹坑2下底面中心为圆锥凸起5；
铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
进一步地，所述铲板7的厚度为L，L的取值范围为6mm，铲板7长度A为450mm，宽度B为300mm。
进一步地，所述圆台微凸体1上底面直径d1为12mm，下底面直径d1′为20mm，高度h1为4.5mm，相邻两个圆台微凸体1之间的距离p为40mm。
进一步地，所述圆锥凹坑4位于圆台微凸体1上底面的中心位置，其直径d4为12mm，高度h4为5mm。
进一步地，所述圆台凹坑2位于周围四个圆台微凸体1的中心位置，圆台凹坑2下底面直径d2为12mm，上底面直径d2′为20mm，深度h2为2mm。
进一步地，所述圆锥凸起5位于圆台凹坑2下底面的中心位置，其直径d5为12mm，高度h5为2.5mm。
进一步地，所述铲板刃口3侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；其中a为0.6，x为-24mm～-1mm；
所述铲板刃口3前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1为25，b1为0.3，c1为0.25π，x为0mm～240mm。
进一步地，所述铲板7最外层分布的圆台微凸体1到与铲板刃口3连接处的距离为p1，到铲板7两侧边缘的距离为p2，其中p1为40mm，p1＝p2。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：
所述铲板(7)的工作表面设有圆台微凸体(1)和圆台凹坑(2)，圆台微凸体(1)和圆台凹坑(2)均匀的横向交叉分布在铲板(7)触土工作表面；圆台微凸体(1)上底面为圆锥凹坑(4)，圆台凹坑(2)下底面中心为圆锥凸起(5)；
铲板刃口(3)侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾几何特征的仿生几何曲线，铲板刃口(3)前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构。
2.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：
所述铲板(7)的厚度为L，L的取值范围为3mm～6mm，铲板(7)长度A为200mm～450mm，宽度B为120mm～300mm。
3.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述圆台微凸体(1)上底面直径d1的取值范围为5mm～12mm，下底面直径d1′的取值范围为8mm～20mm，高度h1的取值范围为1.5mm～4.5mm，相邻两个圆台微凸体(1)之间的距离p取值范围为15mm～40mm。
4.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述圆锥凹坑(4)位于圆台微凸体(1)上底面的中心位置，其直径d4的取值范围为3mm～12mm，高度h4的取值范围为0.8mm～5mm。
5.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述圆台凹坑(2)位于周围四个圆台微凸体(1)的中心位置，圆台凹坑(2)下底面直径d2取值范围为5mm～12mm，上底面直径d2′的取值范围为8mm～20mm，深度h2的取值范围为0.6mm～2mm。
6.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述圆锥凸起(5)位于圆台凹坑(2)下底面的中心位置，其直径d5的取值范围为3mm～12mm，高度h5的取值范围为0.3mm～2.5mm。
7.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述铲板刃口(3)侧面轮廓曲线是具有砂鱼蜥前爪趾的仿生几何曲线，其方程为：f(x)＝2x-3x-aIn(-x)；其中a取值范围为0.15～0.6，x为-20mm～-1mm或-16mm～-1mm或-24mm～-1mm；
所述铲板刃口(3)前缘是具有臭蜣螂前足胫节锯齿状仿生几何结构，其方程为：
f1(x)＝∣a1*sin(b1*x+c1)∣+a1*e-b1*x+c1
其中a1取值范围为8～25，b1的取值范围为0.1～0.3，c1的取值范围为-0.25π～0.25π，x取值范围为0mm～300mm或0mm～180mm或0mm～240mm。
8.根据权利要求1所述的具有仿生几何结构的筑垱机铲板，其特征在于：所述铲板(7)最外层分布的圆台微凸体(1)到与铲板刃口(3)连接处的距离为p1，到铲板(7)两侧边缘的距离为p2，其中p1取值范围为15mm～40mm，p1＝p2。
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