CN1583371A - 仿生减阻深松铲柄 - Google Patents

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本发明涉及农业耕作机械上的一种仿生减阻深松铲柄，它由自上而下的机架连接段(H)、铲柄工作段(PQ、MN)和铲尖连接段(R)组成，其特征在于：铲柄前伸量(L)与耕深(D)的比值L/D=0.68～0.95；铲柄工作段的内准线(PQ)和铲柄工作段的外准线(MN)是一分别按如下两个曲线方程式制得的曲线：y1=5.3074x1 4/D1 3－14.4421x1 3/D1 2+13.8507x1 2/D1－5.8984x1；y2＝－43136212x2 3/D1 2+5.538781x2 2/D1－2.519441x2－0.701217D1；可使深松机具的工作阻力与现行的深松铲柄的机具相比降低3～8％。从而，改善了农业动力的匹配性，有利于节约能源消耗和提高工作效率。

Description

仿生减阻深松铲柄
技术领域
本发明涉及农业耕作机械上的一种深松铲柄。
背景技术
实践表明，农业耕作机械部件在作业过程中的主要能耗是用于克服来自土壤的阻力。而深松机具是田间作业机械中单位耕作宽度能耗最大的机具，深松机具只有依靠大功率拖拉机牵引才能实施作业，能耗高、耕作经济性差等严重制约了该项耕作制度的普及和推广。如果能在保证土壤深松质量的前提下提高其减阻性能，对于节约能耗、降低配套动力的配置水平以及扩大深松耕作技术的应用范围具有重要的意义。
深松铲作业时的工作阻力、松土范围、碎土性能等除受铲尖作用效果影响外，明显受深松铲柄的结构形式影响；通过合理的结构设计，特别是深松铲柄触土曲面的几何结构设计，能够降低深松作业的工作阻力，提高其节能性能。在保证要求的深松质量前提下，改进深松机具结构设计是提高其节能性能方便而有效的方法。传统的深松铲柄一般采用直线、折线或圆弧过渡段结构连接深松铲尖和机架，从而导致机具的土壤耕作阻力居高不下。
研究发现，某些土壤洞穴动物如小家鼠、田鼠、蝼蛄、蜣螂、穿山甲等进化出了发达的挖掘足，具有非常强的挖掘洞穴的本领，成为地面机械挖掘、切削、松土等方式的触土作业部件仿生研究和设计的基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型结构的仿生减阻深松铲柄，使其能够降低深松作业的工作阻力，提高其节能性能。
本发明借助于仿生学研究的成果，着眼于深松铲柄的形态设计，通过模仿某些动物的爪趾结构形态，设计出如图1所示结构仿生减阻深松铲柄：它由自上而下的机架连接段H、铲柄工作段PQ、MN和铲尖连接段R组成，在内准线PQ的前部设有具有60°刃角的刃口，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线PQ平行，铲尖连接段R的铲尖安装平面与水平面夹角W为20°，其特征在于：铲柄前伸量L与耕深D的比值L/D＝0.68～0.95；铲柄工作段的内准线PQ和铲柄工作段的外准线MN是一分别按如下两个曲线方程式制得的曲线：
y 1 = 5.3074 x 1 4 / D 1 3 - 14.4421 x 1 3 / D 1 2 + 13.8507 x 1 2 / D 1 - 5.8984 x 1 ;
y 2 = - 4.136212 x 2 3 / D 1 2 + 5.538781 x 2 2 / D 1 - 2.519441 x 2 - 0.701217 D 1 ;
式中：D1为内准线PQ的垂向高度；以内准线PQ的上端点P为坐标原点，x轴正向PQ曲线的凹向水平向前、y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足0≤x1≤0.647831D1和-0.188855D1≤x2≤0.606158D1。
本发明仿生减阻深松铲柄，通过控制以上结构参数实现减小土壤耕作阻力和稳定耕作质量的效果。研究表明，这种结构的深松铲柄可使深松机具的工作阻力与配置市场上现行的其它类型(如直线型、折线形和圆弧过度曲线型)的深松铲柄的机具相比降低3～8％。从而，改善了农业动力的匹配性，扩大了深松作业的推广和普及，有利于节约能源消耗和提高工作效率。
附图说明
图1是仿生减阻深松铲柄结构示意图，
图2是图1的左视图；
图3是图1中所示A-A向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和设计的实施例对本发明之结构作进一步详细说明。参照图1至3，仿生减阻深松铲柄由自上而下的机架连接段H、铲柄工作段PQ、MN和铲尖连接段R组成，在内准线PQ的前部设有具有60°刃角的刃口，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线PQ平行，铲尖连接段R的铲尖安装平面与水平面夹角W为20°，其特征在于：铲柄前伸量L与耕深D的比值L/D＝0.68～0.95；铲柄工作段的内准线PQ和铲柄工作段的外准线MN是一分别按如下两个曲线方程式制得的曲线：
y 1 = 5.3074 x 1 4 / D 1 3 - 14.4421 x 1 3 / D 1 2 + 13.8507 x 1 2 / D 1 - 5.8984 x 1 ;
y 2 = - 4.136212 x 2 3 / D 1 2 + 5.538781 x 2 2 / D 1 - 2.519441 x 2 - 0.701217 D 1 ;
式中：D1为内准线PQ的垂向高度；以内准线PQ的上端点P为坐标原点，x轴正向PQ曲线的凹向水平向前、y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足0≤x1≤0.647831D1和-0.188855D1≤x2≤0.606158D1。
其结构在保证工作状态下铲柄的强度和刚度的前提下按照机架结构的安装要求设计连接孔或卡具。
设计实例：
以中华人民共和国机械行业标准JB/T9788-1999《深松铲和深松铲柄》所规定的两种铲尖结构尺寸和机架连接段尺寸为基础进行设计制作的两种深松铲柄。
1、轻型深松铲柄
已知量为设计耕深D＝290mm。按照设计耕深D扣除深松铲尖的工作高度，求得内准线PQ的高度D1＝231.168mm。
①由方程 y 1 = 5.3074 x 1 4 / D 1 3 - 14.4421 x 1 3 / D 1 2 + 13.8507 x 1 2 / D 1 - 5.8984 x 1
求得内准线PQ的x1、y1坐标(单位：mm)计算列表如下：
 x1  0  15  30  45  60  75
 y1  0  -75.88523  -129.97637  -166.96309  -191.01305  -205.7719
 x1  90  105  120  135  149.75569
 y1  -214.3633  -219.38889  -222.92832  -226.53923  -231.16812
②由外准线MN方程 y 2 = - 4.136212 x 2 3 / D 1 2 + 5.538781 x 2 2 / D 1 - 2.519441 x 2 - 0.701217 D 1
确定外准线MN的x2、y2坐标(单位：mm)计算列表如下：
  x2   -43.65723   -30   -15   0   15   30   45
  y2   0   -62.86189   -118.65509   -162.09893   -194.76078   -218.20801   -243.72812
  x2   60   75   90   105   120   135   140.1243
  y2   -243.72812   -248.93574   -251.19824   -252.08298   -253.15735   -255.98871   -257.63896
③铲尖连接段R和机架连接段H的结构尺寸仍然按照原标准的尺寸设计。
2、中型深松铲柄
已知量D＝320mm。按照设计耕深D扣除深松铲尖的工作高度，求得内准线PQ的高度D1＝259.206439mm。工作段内外准线设计如下：
①由方程 y 1 = 5.3074 x 1 4 / D 1 3 - 14.4421 x 1 3 / D 1 2 + 13.8507 x 1 2 / D 1 - 5.8984 x 1 求得内准线PQ的x1、y1坐标(单位：mm)计算列表如下：
  x1   0   15   30   45   60   75
  y1   0   -77.16315   -134.41731   -175.55981   -204.01772   -222.84785
  x1   90   105   120   135   150   167.92196
  y1   -234.73672   -242.00059   -246.58545   -250.06699   -253.65067   -259.20733
②由外准线MN方程 y 2 = - 4.136212 x 2 3 / D 1 2 + 5.538781 x 2 2 / D 1 - 2.519441 x 2 - 0.701217 D 1 确定外准线MN的x2、y2坐标(单位：mm)计算列表如下：
  x2   -48.9524   -30   -15   0   15   30   45
  y2   0   -85.28317   -138.95273   -181.75996   -214.9515   -239.77396   -257.47398
  x2   60   75   90   105   120   135   157.12006
  y2   -269.29818   -276.49318   -280.30562   -281.98211   -282.76929   -283.91378   -288.88808
③铲尖连接段R和机架连接段H的结构尺寸仍然按照原标准的尺寸设计。

Claims (1)

1.一种仿生减阻深松铲柄，它由自上而下的机架连接段(H)、铲柄工作段(PQ、MN)和铲尖连接段(R)组成，在内准线(PQ)的前部设有具有60°刃角的刃口，刃口前轮廓线与铲柄工作段内准线(PQ)平行，铲尖连接段(R)的铲尖安装平面与水平面夹角(W)为20°，其特征在于：铲柄前伸量(L)与耕深(D)的比值L/D＝0.68～0.95；铲柄工作段的内准线(PQ)和铲柄工作段的外准线(MN)是一分别按如下两个曲线方程式制得的曲线：
y 1 = 5.3074 x 1 4 / D 1 3 - 14.4421 x 1 3 / D 1 2 + 13.8507 x 1 2 / D 1 - 5.8984 x 1 ;
y 2 = - 4.136212 x 2 3 / D 1 2 + 5.538781 x 2 2 / D 1 - 2.519441 x 2 - 0.701217 D 1 ;
式中：D1为内准线(PQ)的垂向高度；以内准线(PQ)的上端点P为坐标原点，x轴正向为(PQ)曲线的凹向水平向前、y轴正向为铅垂向上，x取值范围满足0≤x1≤0.647831D1和-0.188855D1≤x2≤0.606158D1。
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