[发明专利]具有仿生结构的玉米根茬切割装置

说明书

具有仿生结构的玉米根茬切割装置属农业收获机械技术领域，本发明的二侧刀杆上部与连接架的二套管固接，二侧刀杆下端固接于切茬刀片的二孔位置；2‑5个凹槽设于二孔之间；切茬刀片底边与水平面夹角η为10‑15°；凹槽纵向、二侧刀杆中侧刀刀刃角α朝向与切茬刀片工作时的前进方向一致；二孔中心连线与凹槽垂直，与奇数的中间凹槽中心点(偶数凹槽纵向中心线中点)相交；切茬刀片基体的梯形底边与凹槽的夹角为40‑60°；切茬刀片刀刃前部为6‑50个切齿，切齿外缘仿蝉若虫前爪锯齿状轮廓线设计，曲线单元按直线型连续排布，总宽度为切茬刀片刀刃长度；本发明的仿生切茬刀片与传统切茬刀片相比，其功耗降低近6％，且切茬刀片的耐磨性和工作效率提高。

技术领域

本发明属农业收获机械技术领域，具体涉及一种具有仿生结构的玉米根茬切割装置。

背景技术

玉米根茬收获技术近年来得到长足的发展，根茬收获过程中首要步骤是将根茬与土壤分离，而后完成捡拾、脱土等工作。由于玉米根系庞杂，根茬会裹挟大量土壤，形成复杂的根土复合体。传统的直刃或带有锯齿的切割刀片，在切割过程中会消耗大量能量，同时影响根茬收获的整体效率，所以减小机具切割根茬的阻力，提高其耐磨性，是提高根茬收获机具生产率，降低成本的关键。

蝉是我国北方地区常见的一种昆虫，蝉若虫于5月下旬至8月中下旬钻出土壤完成蜕变。研究发现，蝉若虫在地下30-50mm通过挖洞方式爬到地面，在其挖洞过程中负责挖掘工作的是一对前爪。经过漫长的自然选择过程，蝉若虫前爪在挖掘、切割土壤方面有着得天独厚的优势，蝉若虫切挖土壤的过程中要切割与土壤裹挟在一起的植物根系，这一过程与根茬切割装置切割根茬十分相似，因此，蝉若虫前爪独特的齿状结构和沟壑结构为根茬切割部件设计提供了仿生原型。通过逆向工程技术，提取蝉若虫前爪锯齿状结构的轮廓曲线，将其应用到玉米根茬切割工作部件中，这为改进玉米根茬切割工作部件，为玉米根茬切割的高质量、高效率、低功耗作业提供了设计依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切割根茬阻力小、工作能耗低，能提高根茬收获机工作效率的具有仿生结构的玉米根茬切割装置。

本发明的仿生结构来自于蝉若虫前爪锯齿状结构和蝉若虫前爪沟壑结构，这些结构有助于蝉若虫在切割土壤过程中降低阻力。

本发明由连接架1、左侧刀杆2、切茬刀片3、右侧刀杆4组成，其中右侧刀杆4的上部经螺栓与连接架1的右套管10固接，右侧刀杆4的下端固接于切茬刀片3的孔Ⅲ15位置；左侧刀杆2的上部经螺栓与连接架1的左套管9固接，左侧刀杆2的下端固接于切茬刀片3的孔Ⅱ17位置；所述的切茬刀片3由切茬刀片基体18和切齿20组成，其中切茬刀片基体18呈梯形，切茬刀片基体宽度d为70--160mm,切茬刀片刀刃宽度c为10--40mm,切茬刀片刀刃角φ为20--45°，切茬刀片基体厚度h₁为10--15mm,切茬刀片基体18梯形底边与侧边的夹角θ为55--70°，切茬刀片基体18上设有孔Ⅲ15和孔Ⅱ17，孔Ⅲ15和孔Ⅱ17之间设有2--5个凹槽16，孔Ⅲ15和孔Ⅱ17对称设于凹槽16两边，且孔Ⅲ15中心和孔Ⅱ17中心的连线与凹槽16垂直，且与奇数的中间凹槽16的中心点相交，若凹槽16为偶数，则孔Ⅲ15中心和孔Ⅱ17中心的连线与两个中间凹槽纵向中心线的中点相交；孔Ⅲ15和孔Ⅱ17的中心距e为90-150mm，孔Ⅲ15和孔Ⅱ17的直径为12mm；切茬刀片基体18的梯形底边与凹槽16的夹角β为40-60°，凹槽16的纵向、左侧刀杆2和右侧刀杆4中侧刀刀刃角α的朝向与切茬刀片3工作时的前进方向一致，每两个凹槽16的凹槽间距a为8-30mm；切茬刀片3的底边与水平面的夹角η为10-15°；切茬刀片刀刃19前部为切齿20,切齿20的个数为6-50，切齿20外缘轮廓的曲线单元21的函数表达式为：

其中：66.7<x<82.5；