專利名稱：指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生減阻深松鏟，特別是涉及一種具有減阻作用的指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄。
背景技術(shù)：
目前，隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)向節(jié)能降耗、可持續(xù)、綠色環(huán)保方向的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)耕作機械的作業(yè)質(zhì)量和要求也在不斷的提高，特別是對各種典型的土壤工作部件提出了更高的要求。深松鏟是典型的農(nóng)業(yè)機械土壤耕作部件，而傳統(tǒng)的深松鏟工作阻力過大一直是人們長期以來關(guān)注的問題。深松鏟的工作阻力主要來自于兩個方面一是深松鏟與土壤之間的摩擦阻力；另一個是深松鏟對土壤的剪切阻力。在深松鏟的工作過程中，鏟柄前表面切土刃口剪切破壞土壤。上述這兩個阻力在鏟柄表面均有作用。鏟柄前表面切土刃口在工作過程中的阻力除了與土壤本身的屬性有關(guān)以外，還與刃口自身的空間形狀密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，家鼠(mus musculus)的前爪趾之所以具有較強的挖土能力，與其前爪趾的形狀有著直接的關(guān)系。對家鼠(mus musculus)前爪趾的研究發(fā)現(xiàn)，其上表面沿縱向的輪廓線具有接近指數(shù)函數(shù)曲線的特征。這種結(jié)構(gòu)特征使得這種土壤洞穴動物在其掘洞挖土過程中的阻力大大減小。因此，將這種類似指數(shù)函數(shù)曲線形式的上表面輪廓線應(yīng)用于深松鏟柄結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計之中，能夠顯著的降低深松鏟在工作過程中的阻力。

發(fā)明內(nèi)容
深松鏟柄工作阻力來自于其前表面的切土刃口對土壤的剪切阻力以及土壤與鏟柄的摩擦阻力。本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有的深松鏟工作阻力高，能耗大及能夠達(dá)到的深松深度小的技術(shù)問題，提出一種具有減阻功能的指數(shù)函數(shù)型仿生深松鏟鏟柄。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，結(jié)合


如下指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄，由機架緊固連接的緊固部分HI、彎曲切土段 H2和安裝深松鏟刃的安裝段H3三部分組成，所述的彎曲切土段H2中的曲線A為鏟柄的前表面切土刃口，其作用是承擔(dān)土垡破碎；曲線B、A所構(gòu)成的曲面起到后續(xù)的輔助碎土作用；曲線C段是為了與兩段曲線A、B相配合，同時考慮了整個彎曲切土段的工藝性；三段曲線A、B、C均采用指數(shù)函數(shù)曲線特征的仿生結(jié)構(gòu)，所用的曲線方程為y = -66.61e0 0117x+17. 78e-a I835Xj -2彡χ彡40，若以匪計算，則x的取值范圍為-0. 04彡χ彡0. 8mm,擬合函數(shù)圖像的χ軸單位為l/50mm，楔入角為深松鏟刃的入土方向和水平線的夾角α，其取值范圍 15° < α < 25°。本發(fā)明的技術(shù)效果指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄的指數(shù)函數(shù)曲線形切土刃口，在深松鏟工作過程中改變了傳統(tǒng)的圓弧形刃口的切土方式，這種方式的改變使得切土刃口切割土壤的剪切阻力以及與土壤之間的摩擦阻力減小。這樣可以有效地降低深松鏟的工作能耗，提高工作效率。指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄的仿生減阻結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使深松鏟的工作阻力減
3小 15%。

圖1指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄示意圖。圖2家鼠(mus musculus)的前爪中趾上表面沿縱向輪廓曲線。
具體實施例方式下面接合附圖所示所述實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實施方式。本發(fā)明所涉及的指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄主要由緊固部分Hl段(與機架緊固連接)、彎曲切土段H2(對土垡進(jìn)行剪切破壞和輔助后續(xù)碎土)和鏟刃安裝段H3(安裝深松鏟刃)三部分組成。根據(jù)一般的深松鏟柄設(shè)計要求，H1+H2+H3 = 600mm(根據(jù)實際的深松要求，該值可適當(dāng)增大)，其中H2+H3段長度為362mm，則Hl段的長度為為238mm，寬度 W 為 60mm (根據(jù) JB/T9788-1999 標(biāo)準(zhǔn))，厚度 T 為 25mm (根據(jù) JB/T9788-1999 標(biāo)準(zhǔn))。H3 段為安裝深松鏟刃的安裝段。該段尺寸應(yīng)根據(jù)JB/T9788-1999標(biāo)準(zhǔn)和鏟刃的形式(雙翼型、 箭型和鑿型)具體確定。所述的彎曲切土段即為采用指數(shù)函數(shù)曲線特征的仿生結(jié)構(gòu)，包括三段曲線A、B、C。曲線段取自圖2所示的家鼠(mus musculus)的前爪中間趾上表面沿縱向的輪廓曲線(利用Olympus XZX12型體視顯微鏡得到圖像，并利用OLPCIA P3圖像分析軟件獲得，經(jīng)過擬合分析得到其指數(shù)函數(shù)形式)。將趾的從尖端部分開始的曲線段(在家鼠的挖掘過程中承擔(dān)主要的切土功能)作為指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄切土結(jié)構(gòu)曲線段的設(shè)計依據(jù)，即在圖2中取-2 < χ < 40， 最佳取值范圍為-2彡χ彡25，若以mm計算則χ的取值范圍為-0. 04 ^ χ ^ 0. 8mm，最佳取值范圍為-0. 04^x^0. 5mm (擬合函數(shù)圖像的χ軸單位為l/50mm)。充分考慮到鏟柄的實際設(shè)計參數(shù)，經(jīng)優(yōu)化后的指數(shù)函數(shù)型仿生減阻深松鏟柄彎曲切土段的尺寸參閱圖1所示的A段曲線。鏟柄部分L/D取值范圍0. 8彡L/D彡0. 9，L為深松鏟入土工作長度，D為深松深度。L和D的尺寸可分別為305mm和362mm(根據(jù)實際的深松深度要求，這兩個參數(shù)可分別擴大至 915mm 和 1086mm)，L/D = 305mm/362mm = 0. 84 ；根據(jù)前期對家鼠(musmusculus) 爪趾的研究結(jié)果，并結(jié)合深松鏟楔入角的一般設(shè)計范圍15°彡α <25°，最加楔入角α =；曲線段A、B、C均取自圖2所示的同一指數(shù)函數(shù)曲線，其中曲線A即為鏟柄的切土刃口。鏟柄其它結(jié)構(gòu)的尺寸在結(jié)合實際的設(shè)計要求和國家機械工業(yè)局發(fā)布的JB/T9788-1999 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上確定，參閱圖1所示。
權(quán)利要求
1.指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄，由機架緊固連接的緊固部分(HI)、彎曲切土段 (H2)和安裝深松鏟刃的安裝段(H3)三部分組成，其特征在于，所述的彎曲切土段(H2)中的曲線(A)為鏟柄的前表面切土刃口，其作用是承擔(dān)土垡破碎；曲線(B、A)所構(gòu)成的曲面起到后續(xù)的輔助碎土作用；曲線(C)段是為了與兩段曲線(A、B)相配合，同時滿足整個彎曲切土段強度的工藝性；三段曲線(A、B、C)均采用指數(shù)函數(shù)曲線特征的仿生結(jié)構(gòu)，所用的曲線方程為:y = -66. 61e°-0117x+17. 78e_ai835x，-2 ^ χ ^ 40，若以mm計算，則χ的取值范圍為-0. 04 ^ χ ^ 0. 8mm，擬合函數(shù)圖像的χ軸單位為l/50mm，楔入角為深松鏟刃的入土方向和水平線的夾角α，其取值范圍15°彡α彡25°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄，其特征在于，所述的鏟柄部分L/D取值范圍0. 8 ^ L/D ^ 0. 9，L為深松鏟入土工作長度，D為深松深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄，其特征在于，所述的楔入角α = 。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械典型土壤工作部件深松鏟，特別是涉及一種具有仿生結(jié)構(gòu)的指數(shù)函數(shù)曲線型仿生減阻深松鏟柄。目的在于解決現(xiàn)有深松鏟工作阻力過大的技術(shù)問題。本發(fā)明是基于家鼠(mus musculus)的爪趾上表面輪廓線，其形狀具有指數(shù)函數(shù)的曲線形式。采用的技術(shù)方案是仿生深松鏟鏟柄切削土壤的前表面刃口形狀采用家鼠前爪中間趾上表面沿縱向的輪廓線(呈指數(shù)函數(shù)曲線形式)，指數(shù)函數(shù)方程為y＝-66.61e0.0117x+17.78e-0.1835x，-2≤x≤40，若以mm計算則為-0.04≤x≤0.8mm。仿生減阻深松鏟的楔入角15°≤α≤25°。這種具有指數(shù)函數(shù)特征的仿生減阻深松鏟柄可使深松鏟的工作阻力減少15％。
文檔編號A01B15/02GK102265727SQ20111010551
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者佟金, 周江, 孫霽宇, 常志勇, 張金波, 陳東輝, 陳玉香, 馬云海 申請人:吉林大學(xué)