[发明专利]指数函数曲线型仿生减阻深松铲柄

说明书

技术领域：

本发明涉及一种仿生减阻深松铲，特别是涉及一种具有减阻作用的指数函数型仿生减阻深松铲柄。 

背景技术：

目前，随着现代化农业技术向节能降耗、可持续、绿色环保方向的发展，对农业耕作机械的作业质量和要求也在不断的提高，特别是对各种典型的土壤工作部件提出了更高的要求。深松铲是典型的农业机械土壤耕作部件，而传统的深松铲工作阻力过大一直是人们长期以来关注的问题。深松铲的工作阻力主要来自于两个方面：一是深松铲与土壤之间的摩擦阻力；另一个是深松铲对土壤的剪切阻力。在深松铲的工作过程中，铲柄前表面切土刃口剪切破坏土壤。上述这两个阻力在铲柄表面均有作用。铲柄前表面切土刃口在工作过程中的阻力除了与土壤本身的属性有关以外，还与刃口自身的空间形状密切相关。 

研究发现，家鼠(mus musculus)的前爪趾之所以具有较强的挖土能力，与其前爪趾的形状有着直接的关系。对家鼠(mus musculus)前爪趾的研究发现，其上表面沿纵向的轮廓线具有接近指数函数曲线的特征。这种结构特征使得这种土壤洞穴动物在其掘洞挖土过程中的阻力大大减小。因此，将这种类似指数函数曲线形式的上表面轮廓线应用于深松铲柄结构的仿生设计之中，能够显著的降低深松铲在工作过程中的阻力。 

发明内容：

深松铲柄工作阻力来自于其前表面的切土刃口对土壤的剪切阻力以及土壤与铲柄的摩擦阻力。本发明的目的就在于解决现有的深松铲工作阻力高，能耗大及能够达到的深松深度小的技术问题，提出一种具有减阻功能的指数函数型仿生深松铲铲柄。 

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下： 

指数函数曲线型仿生减阻深松铲柄，由机架紧固连接的紧固部分H1、弯曲切土段H2和安装深松铲刃的安装段H3三部分组成，所述的弯曲切土段H2中的曲线A为铲柄的前表面切土刃口，其作用是承担土垡破碎；曲线B、A所构成的曲面起到后续的辅助碎土作用；曲线C段是为了与两段曲线A、B相配合，同时考虑了整个弯曲切土段的工艺性；三段曲线A、B、C均采用指数函数曲线特征的仿生结构，所用的曲线方程为：y＝-66.61e^0.0117x+17.78e^-0.1835x，-2≤x≤40，若以mm计算，则x的取值范围为：-0.04≤x≤0.8mm，拟合函数图像的x轴单位为1/50mm，楔入角为深松铲刃的入土方向和水平线的夹角α，其取值范围：15°≤α≤25°。 

本发明的技术效果： 

指数函数型仿生减阻深松铲柄的指数函数曲线形切土刃口，在深松铲工作过程中改变了传统的圆弧形刃口的切土方式，这种方式的改变使得切土刃口切割土壤的剪切阻力以及与土壤之间的摩擦阻力减小。这样可以有效地降低深松铲的工作能耗，提高工作效率。 

指数函数型仿生减阻深松铲柄的仿生减阻结构设计可以使深松铲的工作阻力减小15％。 

附图说明：

图1指数函数型仿生减阻深松铲柄示意图。 

图2家鼠(mus musculus)的前爪中趾上表面沿纵向轮廓曲线。 

具体实施方式：

下面接合附图所示所述实施例进一步说明本发明的具体内容及其实施方式。 

本发明所涉及的指数函数型仿生减阻深松铲柄主要由紧固部分H1段(与机架紧固连接)、弯曲切土段H2(对土垡进行剪切破坏和辅助后续碎土)和铲刃安装段H3(安装深松铲刃)三部分组成。根据一般的深松铲柄设计要求，H1+H2+H3＝600mm(根据实际的深松要求，该值可适当增大)，其中H2+H3段长度为362mm，则H1段的长度为为238mm，宽度W为60mm(根据JB/T9788-1999标准)，厚度T为25mm(根据JB/T9788-1999标准)。H3段为安装深松铲刃的安装段。该段尺寸应根据JB/T9788-1999标准和铲刃的形式(双翼型、箭型和凿型)具体确定。所述的弯曲切土段即为采用指数函数曲线特征的仿生结构，包括三段曲线A、B、C。曲线段取自图2所示的家鼠(mus musculus)的前爪中间趾上表面沿纵向的轮廓曲线(利用Olympus XZX12型体视显微镜得到图像，并利用OLPCIA P3图像分析软件获得，经过拟合分析得到其指数函数形式)。