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鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器的制作方法

文檔序號:353912閱讀:376來源:國知局
專利名稱:鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)耕作機械上的鼠道犁擴(kuò)孔部件,特別是涉及一種鼠道犁仿生減阻 擴(kuò)孔器。
背景技術(shù)
補充概括或舉例說明現(xiàn)有中與本發(fā)明最接近的擴(kuò)孔器的主要結(jié)構(gòu)特點及不足。鼠道犁擴(kuò)孔器的主要功能是將犁鏟破開的洞孔進(jìn)行固化,使鼠道固定成型。鼠道 的成型質(zhì)量直接影響到土地的蓄水抗旱的能力,土壤對擴(kuò)孔器表面的粘附和阻力嚴(yán)重影響 鼠道的質(zhì)量和鼠道犁的能耗。目前傳統(tǒng)型鼠道犁擴(kuò)孔器作業(yè)時與土壤間的阻力大、粘附嚴(yán) 重,直接影響了鼠道的成型質(zhì)量并加大了油耗。研究發(fā)現(xiàn),某些土壤洞穴動物如田鼠、螻蛄、蜣螂等進(jìn)化出了發(fā)達(dá)的挖掘足,具有 非常強的挖掘洞穴的本領(lǐng),其表面具有抗磨不粘的非光滑結(jié)構(gòu)。超高分子量聚乙烯具有其 它工程塑料無法比擬的防粘性、耐磨損、耐沖擊、耐化學(xué)藥品、自潤滑等優(yōu)異性能,所以采用 超高分子量聚乙烯及其復(fù)合材料等疏水性材料加工制造具有仿生結(jié)構(gòu)表面的擴(kuò)孔器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于仿照某些土壤洞穴動物的挖掘足,提供一種表面具有抗磨不粘 的非光滑結(jié)構(gòu)的鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器。本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的,結(jié)合


如下—種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其主體由圓錐型和圓柱型組成,所述的主體采用超 高分子量聚乙烯外套5和結(jié)構(gòu)鋼芯6,結(jié)構(gòu)鋼芯6直徑與圓柱型外徑之比為0. 1 0. 6,圓柱 型表面采用凸包形、凹坑形或肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元,仿生幾何結(jié)構(gòu)單元的凸包或凹坑 為球缺形或拋物面形,凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5,凸包在擴(kuò)孔器 表面上的分布采用規(guī)則分布或隨機均勻分布,每兩個相鄰?fù)拱g的距離為7mm 30mm。所述的肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元采用直條形或波紋形,在圓柱型表面按環(huán)形或平 行于圓柱形軸線縱向連續(xù)、斷續(xù)、交叉或隨機均勻分布,斷續(xù)分布的肋條兩端采用半個球缺 形過渡到圓柱體的柱面上。所述的肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元的橫斷面輪廓結(jié)構(gòu)為圓弧形、上凸形正弦函數(shù)曲 線或上凸形拋物線。斷續(xù)分布的環(huán)形肋條長度為擴(kuò)孔器所在位置的周長的1/40 1/5,即采用5 40 個斷續(xù)肋條,每根肋條底寬為10 30mm,肋條高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5。縱向且連續(xù)分布的肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元,其長度等于圓柱型表面縱向長度L, 斷續(xù)分布的肋條的長度為圓柱型表面縱向長度L的1/20 1/2,即采用2 20個斷續(xù)肋 條,肋條底寬為10 30mm,肋條高度與肋條底寬之比為0. 1 0. 5。波紋形肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元的波紋表面縱向斷面采用正弦波形、由凸-凹拋 物線組合而成的波紋形、凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形波,所述的三角形波頂點處有圓弧過渡,前進(jìn)方向第一個角的角度θ為5° 45° ;波峰高度和波谷深度H與波 紋的半波長W之比H/W = 0. 01 0. 5,半波長為5謹(jǐn) 25謹(jǐn)。本發(fā)明的技術(shù)效果是鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器采用多種仿生非光滑表面,通過實 驗效果可知鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器能減小油耗4%左右,解決了成孔器粘附嚴(yán)重的問題,成 孔效果理想,最終提高了土壤蓄水保墑能力。

圖1是仿生開溝器主視圖。圖2是擴(kuò)孔器主體結(jié)構(gòu)示意圖;其中(a)擴(kuò)孔器主體主視圖;(b)擴(kuò)孔器主體側(cè)視圖;(c)擴(kuò)孔器主體俯視圖。圖3是擴(kuò)孔器表面包形仿生幾何結(jié)構(gòu)示意圖;其中(a)凸包結(jié)構(gòu)規(guī)則一種分布方式;(b)凸包結(jié)構(gòu)規(guī)則另一種分布方式;(c)凸包結(jié)構(gòu)隨機分布方式。圖4是擴(kuò)孔器表面坑形仿生幾何結(jié)構(gòu)示意圖;其中(a)凹坑結(jié)構(gòu)規(guī)則的一種分布方式;(b)凹坑結(jié)構(gòu)規(guī)則另一種分布的方式;(c)凹坑結(jié)構(gòu)隨機分布方式。圖5坑、包結(jié)構(gòu)示意圖;其中(a)凸包仿生結(jié)構(gòu);(b)凹坑仿生結(jié)構(gòu)。圖6橫向肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)主體示意圖;其中(a)橫向肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)主體主視圖;(b)橫向肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)主體展開圖;圖7橫向波紋形仿生幾何結(jié)構(gòu)表面示意圖;其中(a)肋條結(jié)構(gòu)規(guī)則分布方式;(b)肋條結(jié)構(gòu)交叉分布方式;(c)肋條結(jié)構(gòu)隨機分布方式。圖8橫向波紋形仿生幾何結(jié)構(gòu)表面示意圖;其中(a)橫向波紋形結(jié)構(gòu)擴(kuò)孔器主體主視圖;(b)橫向波紋形結(jié)構(gòu)擴(kuò)孔器主體側(cè)視圖;(c)橫向波紋形結(jié)構(gòu)擴(kuò)孔器主體主視圖。
圖9 (a)波紋形肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu);(b)波紋形肋條形仿生幾何肋條局部放大圖。圖10凸包型仿生擴(kuò)孔器。圖11波紋型仿生擴(kuò)孔器。圖12肋條型仿生擴(kuò)孔器。
圖中圖中1.自犁刀2.仿生非光滑結(jié)構(gòu)3.犁鏟4.擴(kuò)孔器5.超高分子 量聚乙烯外套6.結(jié)構(gòu)鋼芯M.前進(jìn)方向
具體實施例方式下面結(jié)合附圖所示實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明具體內(nèi)容本發(fā)明所述的的擴(kuò)孔器除連接部分外的主體前部都采用錐臺型尾部分別采用圓 柱型(參閱圖2 (a))或圓錐形(參閱圖2(b));采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套5和 結(jié)構(gòu)鋼芯6 (參閱圖2 (b)),如此,結(jié)構(gòu)鋼芯6可提高整體強度,芯棒的直徑可經(jīng)強度校核后 確定,其直徑與擴(kuò)孔器外徑之比采用0. 1 0. 6 ;擴(kuò)孔器表面采用仿生幾何結(jié)構(gòu)表面設(shè)計, 所謂仿生幾何結(jié)構(gòu)是指學(xué)習(xí)土壤洞穴動物表面幾何結(jié)構(gòu)具有減阻和耐磨功能的特征,設(shè)計 鼠道犁擴(kuò)孔器表面仿生幾何結(jié)構(gòu)。擴(kuò)孔器表面采用凹坑、凸包形仿生幾何結(jié)構(gòu),所述的凹坑、凸包仿生幾何結(jié)構(gòu)單元 采用球缺形或拋物面形,凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5,(參閱圖 5(a))凸包在擴(kuò)孔器主體表面上的分布采用規(guī)則分布(參閱圖3(a,b))或隨機均勻分布 (參閱圖3(c));每兩個相鄰?fù)拱g的距離為7mm 30mm。凹坑的形狀取球缺形,凹坑的 深度H與坑口直徑D之比H/D = 0. 05 0.5(參閱圖5(b)),凹坑在表面上的分布采用規(guī) 則分布(參閱圖4(a,b))或隨機均勻分布(參閱圖4(c));每兩個相鄰坑之間的中心距為 7mm 30mmo擴(kuò)孔器表面采用環(huán)形肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)。采用連續(xù)肋條(參閱圖6(a、b))、成 行成列的斷續(xù)肋條(參閱圖7 (a))、交叉分布的斷續(xù)肋條(參閱圖7(b))或隨機均勻分布的 斷續(xù)肋條(參閱圖7(c));肋條斷面輪廓結(jié)構(gòu)采用圓弧形、上凸形正弦函數(shù)曲線或上凸形拋 物線;連續(xù)型肋條之長度L等于擴(kuò)孔器外圓周長,即L = π a ;斷續(xù)形肋條之長度為擴(kuò)孔器 所在位置的周長的1/40 1/5,即采用5 40個斷續(xù)肋條;肋條底寬為IOmm 30mm,肋條 高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5 ;斷續(xù)分布的肋條兩端采用半個球缺形過渡到圓柱體的 柱面上。擴(kuò)孔器表面采用縱向肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)。采用連續(xù)肋條(參閱圖7 ;肋條斷面 輪廓結(jié)構(gòu)采用圓弧形、上凸形正弦函數(shù)曲線或上凸形拋物線;連續(xù)型肋條之長度L等于擴(kuò) 孔器主體部分表面縱向長度b (如圖6(a));斷續(xù)型肋條之長度為擴(kuò)孔器表面曲線長度的 1/20 1/2,即采用2 20個斷續(xù)肋條;肋條底寬為10 30mm,肋條高度H與肋條底寬W 之比為0. 1 0. 5 ;斷續(xù)分布的肋條兩端采用半個球缺形過渡到圓柱體的基準(zhǔn)柱面上。擴(kuò)孔器表面采用縱向波紋形仿生幾何結(jié)構(gòu)表面。波紋表面沿運動方向的斷面采用 正弦波形、由凸-凹拋物線組合而成的波紋形、凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形 波,三角形頂點處有圓弧過渡,前進(jìn)方向第一個角的角度β為5° 45° (如圖8(a));波 峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W = 0. 01 0. 5,半波長為5mm 25mm。本發(fā)明所述的開溝器表面分布有棱型仿生幾何結(jié)構(gòu),其上的棱型仿生幾何結(jié)構(gòu)單 元使用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及其復(fù)合材料等疏水性材料制作。實例1參閱圖10:凸包型仿生擴(kuò)孔器,擴(kuò)孔器除連接部分外的主體部分采用圓柱型,采用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結(jié)構(gòu)鋼芯,b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴(kuò)孔器外徑之比采用0. 3 ;擴(kuò)孔器表面采用包形仿生幾何結(jié)構(gòu),仿生幾何結(jié)構(gòu)單元采用球缺形,包的高度H與包 底圓直徑D之比H/D = 0. 1,每兩個相鄰包之間的距離為10mm。;每兩個相凸苞之間的距離 為 7mm 30mmo實例2參閱圖11:波紋型仿生擴(kuò)孔器,擴(kuò)孔器除連接部分外的主體部分采用圓柱型,采用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結(jié)構(gòu)鋼芯,b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴(kuò)孔器外徑之比采用 0. 3 ;由凸-凹拋物線組合;波峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W = 0. 5 (如圖 8(c)),半波長為IOmm0實例3參閱圖12:波紋型仿生擴(kuò)孔器,擴(kuò)孔器除連接部分外的主體部分采用圓柱型,采用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結(jié)構(gòu)鋼芯,b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴(kuò)孔器外徑之比采用 0. 3 ;連續(xù)型肋條之長度L等于擴(kuò)孔器外圓周長100mm,即L = P ;斷續(xù)形肋條之長度為擴(kuò)孔 器所在位置的周長的1/10,即采用12個斷續(xù)肋條;肋條底寬為8mm,肋條高度與肋條底寬之 比為0. 2 ;斷續(xù)分布的肋條兩端采用半個球缺形過渡到圓柱體的柱面上。
權(quán)利要求
1.一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其主體由圓錐型和圓柱型組成,其特征在于,所述的主 體采用超高分子量聚乙烯外套(5)和結(jié)構(gòu)鋼芯(6),結(jié)構(gòu)鋼芯(6)直徑與圓柱型外徑之比 為0. 1 0. 6,圓柱型表面采用凸包形、凹坑形或肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元,仿生幾何結(jié)構(gòu) 單元的凸包或凹坑為球缺形或拋物面形,凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5,凸包在擴(kuò)孔器表面上的分布采用規(guī)則分布或隨機均勻分布,每兩個相鄰?fù)拱g的距 離為7mm 30mmo
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其特征在于,所述的肋條形仿 生幾何結(jié)構(gòu)單元采用直條形或波紋形,在圓柱型表面按環(huán)形或平行于圓柱形軸線縱向連 續(xù)、斷續(xù)、交叉或隨機均勻分布,斷續(xù)分布的肋條兩端采用半個球缺形過渡到圓柱體的柱面 上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其特征在于,所述的肋條形 仿生幾何結(jié)構(gòu)單元的橫斷面輪廓結(jié)構(gòu)為圓弧形、上凸形正弦函數(shù)曲線或上凸形拋物線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其特征在于,斷續(xù)分布的環(huán)形 肋條長度為擴(kuò)孔器所在位置的周長的1/40 1/5,即采用5 40個斷續(xù)肋條,每根肋條底 寬為10 30mm,肋條高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其特征在于,縱向且連續(xù)分布 的肋條形仿生幾何結(jié)構(gòu)單元,其長度等于圓柱型表面縱向長度L,斷續(xù)分布的肋條的長度為 圓柱型表面縱向長度L的1/20 1/2,即采用2 20個斷續(xù)肋條,肋條底寬為10 30mm, 肋條高度與肋條底寬之比為0. 1 0. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鼠道犁仿生減阻擴(kuò)孔器,其特征在于,波紋形肋條形仿 生幾何結(jié)構(gòu)單元的波紋表面縱向斷面采用正弦波形、由凸-凹拋物線組合而成的波紋形、 凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形波,所述的三角形波頂點處有圓弧過渡,前進(jìn)方 向第一個角的角度θ為5° 45° ;波峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W =0. 01 0. 5,半波長為5mm 25mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)耕作機械上的擴(kuò)孔部件,特別是涉及一種仿生防粘減阻擴(kuò)孔器。其目的是解決現(xiàn)有擴(kuò)孔器粘土、磨損及阻力增大等問題。本發(fā)明的仿生減阻擴(kuò)孔器之特征包括擴(kuò)孔器除連接部分外的主體部分采用圓柱型或圓錐形;采用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和結(jié)構(gòu)鋼芯,如此,結(jié)構(gòu)鋼芯棒可提高整體強度,芯棒的直徑可經(jīng)強度校核后確定,其直徑與擴(kuò)孔器外徑之比采用0.1~0.6;擴(kuò)孔器表面采用仿生幾何結(jié)構(gòu)表面設(shè)計,所謂仿生幾何結(jié)構(gòu)是指學(xué)習(xí)土壤洞穴動物表面幾何結(jié)構(gòu)具有減阻和耐磨功能的特征,設(shè)計鼠道犁擴(kuò)孔器表面仿生幾何結(jié)構(gòu)。
文檔編號A01B11/00GK102057767SQ20101053129
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者佟金, 周江, 孫霽宇, 常志勇, 賈洪雷, 鄧志華, 陳東輝, 陳玉香, 馬云海 申請人:吉林大學(xué)
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