專利名稱：一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)型耕整地機(jī)械的旋轉(zhuǎn)工作部件幾何結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有 仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械中的耕作機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
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旋耕機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工作部件切碎土壤的耕作機(jī)械。它是利用刀軸上刀片的旋轉(zhuǎn)和 前進(jìn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)對(duì)未耕地和已耕地進(jìn)行碎土作業(yè)，其性能特點(diǎn)是碎土能力強(qiáng)， 一次旋耕能達(dá) 到一般犁耙?guī)状蔚男Ч?，旋耕后的田地可滿足播種或插秧的要求。旋耕機(jī)作業(yè)質(zhì)量好、工效 高，既能搶農(nóng)時(shí)、節(jié)省勞力，又可減少機(jī)器下地次數(shù)，減輕行走部件對(duì)土壤的壓實(shí)，在我國(guó) 南北方均有廣泛使用。其主要工作部件就是旋耕彎刀和碎茬刀(簡(jiǎn)稱刀片)。高速旋轉(zhuǎn)的刀 片將作物殘茬和土塊打碎，以起到耕整地的作用。刀片的質(zhì)量直接影響耕整地質(zhì)量、機(jī)械能 量的消耗以及整機(jī)的使用壽命。
由于農(nóng)業(yè)機(jī)具在工作時(shí)，觸土部件表面與土壤接觸產(chǎn)生的粘附現(xiàn)象會(huì)增大工作阻力，降 低作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，增大能耗，同時(shí)增加對(duì)土壤的擾動(dòng)和破壞，使土壤失墑嚴(yán)重，甚至 使機(jī)械無法工作。而很多仿生部件不僅阻力小，而且脫土好，可減小對(duì)土壤的的擾動(dòng)，降低 土壤中水分的散失，很好的做到蓄水保墑。
鼴鼠，被稱為"活的挖掘機(jī)"，它能在一夜時(shí)間內(nèi)挖出長(zhǎng)達(dá)91米的地道，而其身長(zhǎng)只有 0.10—0.18米，足見其掘土效率之高。鼴鼠爪趾挖掘功能為土壤切削工具和挖掘工具提供了 良好的仿生研究對(duì)象，通過研究其掘土器官的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能機(jī)理，可為土壤切削工具和 挖掘工具高效節(jié)能仿生設(shè)計(jì)提供仿生信息。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，在保證耕作質(zhì)量的 前提下，可大大減小耕作作業(yè)時(shí)能量消耗。 實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案結(jié)合
如下-
鼴鼠具有高效掘土性能，其爪趾不僅挖掘阻力小，且脫土性能好。在挖掘過程中，鼴鼠 爪趾置于身側(cè)，以挖掘肢為中心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)形式類似旋耕及碎茬作業(yè)中的旋轉(zhuǎn)作業(yè)，
而擬合圓弧可模擬其爪趾特有的幾何結(jié)構(gòu)，參閱圖13。因此，根據(jù)鼴鼠爪趾幾何結(jié)構(gòu)特征
設(shè)計(jì)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)工作部件，仿生應(yīng)用主要部分為刀片正切刃及正切面，既考慮仿生，同時(shí)
3要便于應(yīng)用加工。
一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，主要由具有側(cè)切刃的側(cè)切面、具有正切刃 的正切面和連接正、側(cè)切面的過渡面以及連接正、側(cè)切刃的過渡刃組成，所述的正切刃(6) 采用具有仿生圓弧結(jié)構(gòu)，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業(yè)幅寬為￡，圓弧刃口對(duì)應(yīng)
圓心角為(0)，對(duì)應(yīng)半徑為(。，圓弧個(gè)數(shù)為(")，則對(duì)應(yīng)表達(dá)式為l-sin^。
2wr 2
所述的正切面(5)側(cè)視截面近似為三角形。
正切刃刃口仿生圓弧個(gè)數(shù)(w)為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)圓弧大小相等或不等，圓弧大小隨 圓心角(0)或刃口半徑(r)變化。
把仿生旋轉(zhuǎn)部件安裝到土槽試驗(yàn)臺(tái)上與國(guó)標(biāo)旋耕刀、碎茬刀進(jìn)行功率消耗對(duì)比試驗(yàn)，并
安排田間試驗(yàn)檢測(cè)其作業(yè)質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明吸收了仿生學(xué)的研究成果，切土阻力 小，同幅寬條件下能量消耗低，且性能優(yōu)良，作業(yè)質(zhì)量滿足后續(xù)農(nóng)藝要求。較傳統(tǒng)旋耕刀或 碎茬刀，具有切土阻力小、功率消耗低、作業(yè)質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明具體實(shí)施方式
設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了仿生應(yīng)用及部件加工的可行性，以單刀幅寬Z為
60mm的旋耕刀為例，同理可應(yīng)用于碎茬刀設(shè)計(jì)。結(jié)合附圖詳細(xì)說明 圖l(a)刀片結(jié)構(gòu)示意圖； 圖l(b)是圖l(a)的俯視圖； 圖2仿生耕作旋轉(zhuǎn)部件正切面?zhèn)纫晥D； 圖3分布l個(gè)相同向外仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖4分布l個(gè)相同向內(nèi)仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖5平均分布2個(gè)相同向外仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖6平均分布2個(gè)相同向內(nèi)仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖7平均分布3個(gè)相同向外仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖8平均分布3個(gè)相同向內(nèi)仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖9分布兩個(gè)不同向外仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖IO分布兩個(gè)不同向內(nèi)仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖ll分布三個(gè)不同向外仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖12分布三個(gè)不同向內(nèi)仿生刃口的仿生旋轉(zhuǎn)部件示意圖； 圖13鼴鼠爪趾幾何結(jié)構(gòu)及擬合圓弧示意圖。
圖l(a)及(b)中，1、側(cè)切面；2、側(cè)切刃；3、過渡面；4、過渡刃；5、正切面；6、正切 刃；7、彎折線。
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖所述實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及實(shí)施方式。實(shí)施方式設(shè)計(jì)時(shí)綜
合考慮了仿生應(yīng)用及部件加工的可行性，以單刀幅寬丄為60mm的旋耕刀為例，同理可應(yīng)用
于碎茬刀設(shè)計(jì)。結(jié)合附圖詳細(xì)說明-本發(fā)明的非限定實(shí)施例如下
實(shí)施例一
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的具體結(jié)構(gòu)由圖3與圖4示出。該例的
新型耕作旋轉(zhuǎn)部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是從側(cè)面看刀片正切面截面為三角形，異于傳統(tǒng)刀片的長(zhǎng)方形
截面。在刀片正切刃分布有l(wèi)個(gè)仿生圓弧刃口，方向分別朝內(nèi)及朝外，弦長(zhǎng)即固定為刀片幅
寬Z，即60mm，圓刃對(duì)應(yīng)中心角可調(diào)，對(duì)應(yīng)中心角變化或圓半(直)徑變化，仿生刃口大 小亦變化。
實(shí)施例二
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的具體結(jié)構(gòu)由圖5與圖6示出。本例所
述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件與例一不同的是該例刀W的正切面?zhèn)纫晥D
為三角，正切刃平均分布2個(gè)朝內(nèi)(朝外)仿生圓弧刃口，弦長(zhǎng)皆為J72，即30mm，若對(duì) 應(yīng)圓心角或圓弧對(duì)應(yīng)半(直)徑變化，2個(gè)仿生刃口大小亦隨之改變。 實(shí)施例三
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的具體結(jié)構(gòu)由圖7與圖8示出。本例所
述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件與例一及例二不同的是該例刀片的正切面
側(cè)視圖為三角，且正切刃平均分布3個(gè)朝內(nèi)(朝外)仿生圓弧刃口，弦長(zhǎng)皆為"3，即20mm, 仿生刃口大小由對(duì)應(yīng)圓心角或半(直)徑確定。 實(shí)施例四
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的具體結(jié)構(gòu)由圖9與圖10示出。本例
所述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件與前3例不同的是該例的刀片正切面?zhèn)?br>
視圖為三角形，且正切刃分布2個(gè)朝內(nèi)(朝外)仿生圓弧刃口，弦長(zhǎng)皆為丄/2，即30mm， 但對(duì)應(yīng)的圓心角或?qū)?yīng)半(直)徑不同，則仿生刃口大小亦變化。 實(shí)施例五
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件的具體結(jié)構(gòu)由圖11與圖12示出。本例
所述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉(zhuǎn)工作部件與前4例不同的是該例刀片的正切面從
側(cè)面看為三角形，且正切刃分布3個(gè)朝內(nèi)(朝外)仿生圓弧刃口，弦長(zhǎng)皆為￡/3，為20mm， 但仿生圓弧刃口大小不同，即對(duì)應(yīng)圓心角或半(直)徑不等。
權(quán)利要求
1、一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，主要由具有側(cè)切刃的側(cè)切面、具有正切刃的正切面和連接正、側(cè)切面的過渡面以及連接正、側(cè)切刃的過渡刃組成，其特征在于，所述的正切刃(6)采用具有仿生圓弧結(jié)構(gòu)，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業(yè)幅寬為L(zhǎng)，圓弧刃口對(duì)應(yīng)圓心角為(θ)，對(duì)應(yīng)半徑為(r)，圓弧個(gè)數(shù)為(n)，則對(duì)應(yīng)表達(dá)式為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mi>L</mi> <mrow><mn>2</mn><mi>nr</mi> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>sin</mi><mfrac> <mi>θ</mi> <mn>2</mn></mfrac><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，其特征在于， 所述的正切面(5)側(cè)視截面近似為三角形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件，其特征在于， 正切刃刃口仿生圓弧個(gè)數(shù)(w)為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)圓弧大小相等或不等，圓弧大小隨圓心 角(0)或刃口半徑(r)變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)型耕整地機(jī)械的旋轉(zhuǎn)工作部件幾何結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的耕作旋轉(zhuǎn)工作部件。本發(fā)明以鼴鼠具有高效挖掘性能的前足爪趾為仿生研究對(duì)象，提取其特有的幾何結(jié)構(gòu)特征，并將其應(yīng)用于耕作機(jī)械上旋轉(zhuǎn)工作部件(旋耕刀或碎茬刀)的設(shè)計(jì)。該部件主要由具有側(cè)切刃的側(cè)切面、具有正切刃的正切面和連接正、側(cè)切面的過渡面以及連接正、側(cè)切刃的過渡刃組成，其特征在于，所述的正切刃(6)采用具有仿生圓弧結(jié)構(gòu)，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業(yè)幅寬為L(zhǎng)，圓弧刃口對(duì)應(yīng)圓心角為(θ)，對(duì)應(yīng)半徑為(r)，圓弧個(gè)數(shù)為(n)，則對(duì)應(yīng)表達(dá)式為L(zhǎng)/2nr＝sin(θ/2)。本發(fā)明在保證耕作質(zhì)量的前提下，可大大減小耕作作業(yè)時(shí)能量消耗。
文檔編號(hào)A01B33/00GK101548592SQ20091006689
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者金 佟, 江 周, 孫雯宇, 常志勇, 汲文峰, 賈宏雷, 陳東輝, 馬云海 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)