CN210016842U - 一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，本实用新型仿生犁铧与传统犁铧进行比较，其中梯形仿生犁铧比传统梯形犁铧入土能力提高耐磨性提高，使用时间增加，并且梯形仿生犁铧制造简单，适用于熟地以及轻型土壤；凿形仿生犁铧与传统凿形犁铧相比，凿形仿生犁铧破土快，具有较强的入土能力，且铧尖入土深、阻力小；三角形仿生犁铧与传统三角形仿生犁铧相比，三角形仿生犁铧由于刃口对称，表面摩擦阻力减小，侧压力减小，入土快，且沟底相对传统三角形犁铧耕后沟底平缓。仿生犁铧耕后效果显著，在保证作业质量的前提下，在不同耕深和作业速度下工作阻力可降低，减小机组耗油量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，适用于各种铧式犁犁体，属于农业机械技术领域。
背景技术
犁是一种耕地工具。它主要功能是翻土和碎土。以犁铧为其主要工作部件的犁，成为铧式犁。农田在栽培了一茬作物后，由于土壤的自然渍沉，加上雨水淋溶，风沙侵击，人畜践踏和机具碾压，只是表层土壤团结构受到破坏，肥力降低；同时，在前茬作物收获后，地面上总是留下许多残根杂草有待清除，这都要求在种植下一届作物之前对土地进行耕翻，将肥力低的上层土壤翻到下层，将下层的良好土壤翻到是哪个曾并将残茬杂草以及肥料、害虫等翻埋土中。同时，耕地还可使土地疏松，从而使土壤能够保持适当的空气和水分，以利于作物生长。长期以来耕地所用的主要工具就是铧式犁。
铧式犁的作用是插入土壤（入土），垂直和水平地切出士垡（切土），并对其进行破碎和翻转（碎土和翻土），从而为播种做好准备。铧式犁在世界上历史最早，数量最多，使用最广泛；每年耗用的能量也比任何其他作业机械多。近年来研究人员发现，由于干旱农田土壤层状况过于疏松干旱，造成了大量沙尘天气，这一现象就是由于传统铧式犁年复一年的翻耕土壤，揭开了土壤风湿水蚀的入口，地表裸露，加大了蒸发面，失墒严重。为了保墒，人们不得不采用耙、耱、镇压等多道作业；为了利于播种，人们又不得不旋耕整地。这样的“精耕细作”，已成为农民的沉重负担。机械多次进地作业,既破坏了土壤结构，又增加了作业成本，导致了增产不增收的恶果。面对传统铧式犁的缺陷，如何降低铧式犁翻耕后对土壤的扰动破坏也是当前农业耕作机械领域研究的重要课题。
而犁铧是铧式犁的主要组成部分，犁铧可以切取土垡，铲尖起入土作用，铧刃起水平切土作用，胫刃起垂直切土作用，尽管传统铧式犁的犁铲有诸多优点，但传统犁铧入土较难，犁铧部分阻力约占总阻力的50%左右，且犁铧磨钝以后，阻力就急剧增大，作业机组的耗油量增加，犁的更深变浅的问题仍未有效的解决。
发明内容
本实用新型提供了一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，以用于克服传统犁铧牵引阻力大、易磨损、变钝失效、机组耗油量增大等问题。
本实用新型的技术方案是：一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，犁铧的形状为梯形、凿形或者三角形，犁铧表面具有微刺鳞片结构，微刺鳞片结构呈线性均匀排列，刺尖朝向刃背方向，构建出梯形仿生犁铧、凿形仿生犁铧或者三角形仿生犁铧。
所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35% - 50%。
所述梯形仿生犁铧的外轮廓呈梯形，刃口为直线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁的犁体上。
所述凿形仿生犁铧刃口为一曲线，刃口曲线为仿生砂鱼蜥背脊曲线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
所述曲线根据y1=0.0148x1 2-10.757x1+2192.6拟合；其中x1的理论值范围为350 ~390 mm。
所述三角形仿生犁铧外轮廓呈三角形，具有两个刃口，刃口曲线为仿生砂鱼蜥头部轮廓曲线；三个顶角均有沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
所述曲线根据y2= -0.0211x2 2 + 1.7148x2+2.0215拟合；其中x2的理论值范围为-85 ~ 85 mm。
本实用新型的有益效果是：本实用新型仿生犁铧与传统犁铧进行比较，其中梯形仿生犁铧比传统梯形犁铧入土能力提高耐磨性提高，使用时间增加，并且梯形仿生犁铧制造简单，适用于熟地以及轻型土壤；凿形仿生犁铧与传统凿形犁铧相比，凿形仿生犁铧破土快，具有较强的入土能力，且铧尖入土深、阻力小；三角形仿生犁铧与传统三角形仿生犁铧相比，三角形仿生犁铧由于刃口对称，表面摩擦阻力减小，侧压力减小，入土快，且沟底相对传统三角形犁铧耕后沟底平缓。仿生犁铧耕后效果显著，在保证作业质量的前提下，在不同耕深和作业速度下工作阻力可降低，减小机组耗油量。因此采用的仿生犁铧通过常规传统加工，结合我国现有的机械行业标准进行机械加工处理，易于实现，而且大大减低了磨损消耗，增大犁铧使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型的梯形仿生犁铧正视图；
图2是本实用新型的梯形仿生犁铧轴侧图；
图3是本实用新型的凿形仿生犁铧正视图；
图4是本实用新型的凿形仿生犁铧轴侧图；
图5是本实用新型的三角形仿生犁铧正视图；
图6是本实用新型的三角形仿生犁铧轴侧图；
图7是本实用新型微刺鳞片局部放大图；
图8为铧式犁犁体的俯视图；
图9为铧式犁犁体的侧视图；
图中各标号：1-犁壁，2-犁侧板，3-犁床。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1、图2、图7-图9所示，一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，犁铧的形状为梯形，犁铧表面具有微刺鳞片结构，微刺鳞片结构呈线性均匀排列，刺尖朝向刃背方向，构建出梯形仿生犁铧。
进一步地，可以设置所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35%。
进一步地，可以设置所述梯形仿生犁铧的外轮廓呈梯形，刃口为直线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁的犁体上。
梯形犁铧外廓呈梯形，结构简单有规则，选择所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35%可以避免微刺鳞片过少，犁铧表面起不到抗摩擦性能的不足，也可以避免微刺鳞片过多导致微刺鳞片排列密集。
实施例2：如图3、图4、图7-图9所示，一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，犁铧的形状为凿形，犁铧表面具有微刺鳞片结构，微刺鳞片结构呈线性均匀排列，刺尖朝向刃背方向，构建出凿形仿生犁铧。
进一步地，可以设置所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的50%。
进一步地，可以设置所述凿形仿生犁铧刃口为一曲线，刃口曲线为仿生砂鱼蜥背脊曲线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
进一步地，可以设置所述曲线根据y1=0.0148x1 2-10.757x1+2192.6拟合；其中x1的理论值范围为350 mm~ 390 mm（即该范围内取端点值，端点范围内的任意值皆可），根据实际犁铧刃口曲线需要将得出后曲线等比例放大1.5倍（倍数取值范围为1-4倍），实际选取曲线值范围为52.5 ~ 58.5 cm；
凿形仿生犁铧刃口具有特殊曲线结构，可以选择曲线中x1的实际值为55.5 cm，曲线接近砂鱼蜥背脊曲线，选择所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的50%可以避免微刺鳞片过少，犁铧表面起不到抗摩擦性能的不足，也可以避免微刺鳞片过多导致微刺鳞片排列密集。
实施例3：如图5-9所示，一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，犁铧的形状为三角形，犁铧表面具有微刺鳞片结构，微刺鳞片结构呈线性均匀排列，刺尖朝向刃背方向，构建出三角形仿生犁铧。
进一步地，可以设置所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35%。
进一步地，可以设置所述三角形仿生犁铧外轮廓呈三角形，具有两个刃口，刃口曲线为仿生砂鱼蜥头部轮廓曲线；三个顶角均有沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
进一步地，可以设置所述曲线根据y2= -0.0211x2 2 + 1.7148x2+2.0215拟合；其中x2的理论值范围为-85 ~ 85 mm（即该范围内取端点值，端点范围内的任意值皆可），根据三角形犁铧刃口的实际需要将得出后的曲线等比例放大3倍（倍数取值范围为1-4倍），实际选取曲线值范围为-25.5 ~ 25.5 cm。
三角形仿生犁铧刃口呈对称结构，且刃口具有特殊仿生曲线结构，可以选择曲线中x2的实际值为13.5 cm，选择所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35%可以避免微刺鳞片过少，犁铧表面起不到抗摩擦性能的不足，也可以避免微刺鳞片过多导致微刺鳞片排列密集。
本实用新型的工作原理是：根据观察发现砂鱼蜥的体表形态、表皮鳞片具有破土好，耐磨损的性能。将砂鱼蜥的体表形态，即头部轮廓，背脊曲线利用三维扫描仪进行扫描，得到有效图像后利用Imageware、MATLAB等软件提取头部轮廓及背脊曲线并分别拟合为方程式，得到有效的曲线后用运用仿生学原理将其等比例扩大，用在犁铧刃口曲线部位；利用扫描电镜观察砂鱼蜥表皮鳞片，观察发现表皮鳞片上具有细小微刺，并有规则的均匀排列，将其特征结构等比例放大后用在仿生犁铧表面。最终将以上两种特征运用生物耦合和仿生学原理合理有效的结合，克服传统犁铧牵引阻力大、易磨损、变钝失效、机组耗油量增大等问题，已达到对传统犁铧的优化。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：犁铧的形状为梯形、凿形或者三角形，犁铧表面具有微刺鳞片结构，微刺鳞片结构呈线性均匀排列，刺尖朝向刃背方向，构建出梯形仿生犁铧、凿形仿生犁铧或者三角形仿生犁铧。
2.根据权利要求1所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述微刺鳞片结构总面积占犁铧总面积的35% - 50%。
3.根据权利要求1所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述梯形仿生犁铧的外轮廓呈梯形，刃口为直线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁的犁体上。
4.根据权利要求1所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述凿形仿生犁铧刃口为一曲线，刃口曲线为仿生砂鱼蜥背脊曲线；犁铧刃背有对称沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
5.根据权利要求4所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述曲线根据y1=0.0148x1 2-10.757x1+2192.6拟合；其中x1的理论值范围为350 ~ 390 mm。
6.根据权利要求1所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述三角形仿生犁铧外轮廓呈三角形，具有两个刃口，刃口曲线为仿生砂鱼蜥头部轮廓曲线；三个顶角均有沉头螺孔用来固定在铧式犁犁体上。
7.根据权利要求6所述的以砂鱼蜥为原型的仿生犁铧，其特征在于：所述曲线根据y2= -0.0211x2 2 + 1.7148x2+2.0215拟合；其中x2的理论值范围为-85 ~ 85 mm。
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