CN114454978B - 一种仿山羊蹄履带花纹结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿山羊蹄履带花纹结构，包括花纹本体，花纹本体的触土侧表面由仿生曲面构成，仿生曲面由仿生曲线拉伸所得，仿生曲线是模仿山羊蹄动态接地过程中蹄球切土固土运动序列提取的光滑曲线，这样的仿生曲面改变了传统的触土结构，能够增强花纹的附着性能，在形成的仿生曲面上还布设用于增大其与土壤接触面积的仿生槽状结构，进一步增强其附着性能，进而提高车辆通过性能，经过仿真模拟，该履带花纹结构可以有效提高履带板的地面附着力。

Description

一种仿山羊蹄履带花纹结构
技术领域
本发明涉及工程仿生技术领域，具体涉及一种仿山羊蹄履带花纹结构。
背景技术
我国地形多样，包括高原、山地、丘陵、盆地与平原五种地形，其中，把不适于耕作的丘陵与山地合称为丘陵山区，丘陵山区是我国粮油糖及特色农产品的重要生产基地，而常用于此地区的农用履带车辆常因其履带板对地面附着性能不足易出现打滑，严重制约这类车辆的附着性能和通过性能，极大限制当地农业机械化发展。因此，如何更好地“以机适地”是发展丘陵山区农业机械化的重要思路。
研究表明，作为履带车辆与地接触部位，履带花纹结构是影响履带车辆附着性能的重要因素，可以直接影响车辆的诸多性能。已有公开专利201320380630.7从常规角度出发设计了两层防滑块，但该花纹结构不能保证车辆动态运动过程中花纹接地的连续性。
随着研究的不断深入，众多学者不再局限于传统花纹的理论设计方法，已经开始探索利用生物特征信息进行仿生花纹设计，山羊经常在凹凸不平的地面上行走，其四肢蹄端形貌已进化出能适应不同地表的几何形状，且蹄掌的附着能力较强。因此，基于山羊蹄宏微观结构，设计一种在丘陵山区具有高附着性能的仿生履带板花纹具有重要的实际应用前景。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种仿山羊蹄履带花纹结构，能够有效增强花纹的附着性能，提高车辆通过性能。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种仿山羊蹄履带花纹结构，设置在履带本体上，所述履带花纹结构包括花纹本体，所述花纹本体的触土侧表面由仿生曲面构成，所述仿生曲面上布置有仿生沟槽，所述仿生曲面由仿生曲线沿花纹本体长度方向拉伸所得，所述仿生曲线是模仿山羊蹄动态接地过程中蹄球切土固土运动序列提取的光滑曲线，所述仿生曲线满足方程：
y=0.00000000109x5-0.000000786x4+0.0002123x3-0.02325x2+0.5217x+63.96， 0<x<290；
其中0<x<101，为仿山羊蹄履带花纹固土段曲线，101≤x<222，为仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线，222 ≤x<290，为仿山羊蹄履带花纹切土段曲线。
进一步地，仿生沟槽是基于山羊蹄球微观结构设计而成，沟槽横截面均为长轴a与短轴b尺寸比例为2:1的椭圆结构，中心均位于仿生曲线上，仿生曲线将上述椭圆结构划分为两部分，保留靠近花纹本体的部分曲线。
进一步地，单块花纹本体上所述仿生沟槽有9个，以仿山羊蹄履带花纹固土段曲线区间顶点为第一个仿生沟槽布置中心，其余仿生沟槽依次按间距排列，所述仿生沟槽结构在仿山羊蹄履带花纹固土段曲线排列间距为L1，在仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线排列间距为L2，在仿山羊蹄履带花纹切土段曲线排列间距为L3，排列间距比例为L1:L2:L3=5:4:3。
进一步地，所述花纹本体高度为150mm，所述仿生沟槽横截面的长轴为9mm≤a≤12mm。
进一步地，所述花纹本体的横截面由仿生曲线、两个侧边和顶边围合而成，两个侧边分别在两端连接仿生曲线和顶边。
进一步地，所述花纹本体沿履带宽度方向延伸，在履带长度方向按一定的间距排列。
有益效果：本发明的仿山羊蹄履带花纹结构，使用特殊的仿生曲面构成花纹本体，所述触土仿生曲线改变了传统的触土结构，能够增强履带花纹的附着性能，所述触土曲线段的触土曲面上分布有用于增强附着性能的仿生沟槽结构，能够增大其与土壤接触面积，进一步增强其附着性能，进而提高车辆通过性能，经过仿真模拟证明，本发明的仿生履带花纹结构可以增加履带板的附着力。
附图说明
图1为所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构的三维整体结构示意图；
图2为所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构的截面图；
图3为所述仿生沟槽正视结构示意图；
附图标记：1、花纹本体，2、仿生曲线，3、仿生曲面，4、仿生沟槽，5、第一个仿生沟槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明提出一种仿山羊蹄履带花纹结构，主要用于农用履带车辆，旨在在解决农用履带车辆常因附着力不足引起打滑的问题，也可以用于其他履带车辆，实现提高地面附着力的效果。
如图1-2所示，所述仿山羊蹄履带花纹结构包括花纹本体1，花纹本体1的触土侧为仿生曲面3，所述仿生曲面3是由仿生曲线2沿花纹本体1长度方向拉伸所得，仿生曲面3上布置有仿生沟槽4。
其中，仿生曲线2是模仿山羊蹄动态接地过程中蹄球切土固土的运动序列，提取具有切土固土功能的仿生光滑曲线，满足以下方程
y=0.00000000109x5-0.000000786x4+0.0002123x3-0.02325x2+0.5217x+63.96， 0<x<290。
其中0<x<101，为仿山羊蹄履带花纹固土段曲线； 101≤x<222，为仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线；222≤x<290，为仿山羊蹄履带花纹切土段曲线。
本发明的花纹结构沿履带宽度方向延伸，在履带长度方向按一定间距排列，仿生履带花纹结构的横截面是由仿生曲线2、两个侧边和顶边围合而成的，如图2所示，两个侧边分别在两端连接仿生曲线2和顶边，顶边所在侧为履带本体侧，仿生曲线2所在侧为花纹本体的触土侧，采用仿生曲线设计的花纹结构，能够有效提高地面附着力。
进一步地，所述仿生沟槽4是基于山羊蹄球微观结构设计而成，如图3所示，沟槽横截面均为长轴a与短轴b尺寸比例为2:1的椭圆结构，椭圆中心均位于仿生曲线2上，仿生曲线2将上述椭圆结构划分为两部分，保留靠近花纹本体1的那部分曲线，该部分曲线沿花纹本体长度方向拉伸形成所述仿生沟槽4。
所述仿生沟槽横截面的长轴取值范围一般为9mm≤a≤12mm，在一个具体的实施例中，所述仿生沟槽横截面的长轴a=12mm，短轴b=6mm，花纹本体1的高度为150mm。
如图2所示，单块花纹本体上仿生沟槽的数量为9条，其中固土段、支撑段、切土段每个区间段分布3个仿生沟槽，仿生沟槽在上述仿山羊蹄履带花纹固土段曲线排列间距为L1，在上述仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线排列间距为L2，在上述仿山羊蹄履带花纹切土段曲线排列间距为L3，各排列间距比例为L1:L2:L3=5:4:3，以仿山羊蹄履带花纹固土段曲线区间顶点为第一个仿生沟槽布置中心，其余仿生沟槽依次按间距布置，第二、三个仿生沟槽分布在固土段，分别与前一个仿生沟槽间距L1布置，第四、五、六个仿生沟槽分布在支撑段，分别与前一个仿生沟槽间距L2布置，第七、八、九个仿生沟槽分布在切土段，第七个仿生沟槽与第六个仿生沟槽间距L2，第八、九个仿生沟槽分别与前一沟槽间距L3布置。
本发明模仿山羊蹄动态接地过程中，蹄球切土固土的运动序列，提取具有切土固土功能的仿生光滑曲线，拉伸形成仿生曲面，并结合山羊蹄球微观结构，在形成的仿生曲面布设用于增大其与土壤接触面积的仿生沟槽结构，增强其附着性能，本发明的花纹结构在履带车辆行进过程中，能够模仿山羊蹄动态接地的切土固土功能，有效提升履带的附着力，提高车辆通过性能。
经过仿真模拟，仿生履带花纹结构可以增加履带板的附着力，进而提高车辆通过性能，与传统的矩形截面一字型履带花纹结构进行对比，在给定同样负载和速度下，本发明的仿生履带花纹结构与地面的附着力约为传统一字型履带花纹结构的1.13倍。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种仿山羊蹄履带花纹结构，设置在履带本体上，所述履带花纹结构包括花纹本体，其特征在于，所述花纹本体的触土侧表面由仿生曲面构成，所述仿生曲面上布置有仿生沟槽，所述仿生曲面由仿生曲线沿花纹本体长度方向拉伸所得，所述仿生曲线是模仿山羊蹄动态接地过程中蹄球切土固土运动序列提取的光滑曲线，所述仿生曲线满足方程：
y=0.00000000109x5-0.000000786x4+0.0002123x3-0.02325x2+0.5217x+63.96， 0<x<290；
其中0<x<101，为仿山羊蹄履带花纹固土段曲线；101 ≤x<222，为仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线；222 ≤x<290，为仿山羊蹄履带花纹切土段曲线。
2.如权利要求1所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构，其特征在于，仿生沟槽是基于山羊蹄球微观结构设计而成，沟槽横截面均为长轴a与短轴b尺寸比例为2:1的椭圆结构，中心均位于仿生曲线上，仿生曲线将上述椭圆结构划分为两部分，保留靠近花纹本体的部分曲线。
3.如权利要求2所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构，其特征在于，单块花纹本体上所述仿生沟槽有9个，以仿山羊蹄履带花纹固土段曲线区间顶点为第一个仿生沟槽布置中心，其余仿生沟槽依次按间距排列，所述仿生沟槽在仿山羊蹄履带花纹固土段曲线排列间距为L1，在仿山羊蹄履带花纹支撑段曲线排列间距为L2，在仿山羊蹄履带花纹切土段曲线排列间距为L3，排列间距比例为L1:L2:L3=5:4:3。
4.如权利要求2所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构，其特征在于，所述花纹本体高度为150mm，所述仿生沟槽横截面的长轴为9mm≤a≤12mm。
5.如权利要求1所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构，其特征在于，所述花纹本体的横截面由仿生曲线、两个侧边和顶边围合而成，两个侧边分别在两端连接仿生曲线和顶边。
6.如权利要求1所述的一种仿山羊蹄履带花纹结构，其特征在于，所述花纹本体沿履带宽度方向延伸，在履带长度方向按一定的间距排列。
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