[发明专利]一种切土刃口具有仿生函数锯齿结构的手工锄头

说明书

技术领域

本发明涉及一种切土刃口具有仿生函数锯齿结构的手工锄头，属于现代农业领域。

背景技术

锄地是一种人类生产行为，是农业生产的一个步骤。锄地可以除去杂草，让农作物快速生长，也有助于植物的根向土壤深处生长，以便于获取更多的水分和营养。锄头是我国传统的一种长柄农具，其刀身平薄而横装，专用于种耕、除草、翻土、挖穴、作垄等。面对小片耕地时，锄头可以方便快速的用于地表的铲掘，收拢地面散乱的谷物或沙土。采用锄头耕地不仅可以解决农业机械化的局限性，和一定程度的对土壤的破坏性，也可以保护农作物不被破坏，当草生长频繁的夏季时，除草次数较多，使用锄头方便，是农民重要的农业工具。尤其在土壤坚硬，小片耕地地区已经的到了广泛的应用。

尽管传统手工锄头有如上诸多优点，然而锄板以及锄板刃口进行碎土工作时土壤易粘附且切土阻力大，一直是现代农业领域未能有效合理解决的技术难题，锄板及其锄板刃口进行碎土工作时切土阻力大不仅浪费人力，对锄板刃口也造成极大的消耗损坏且粘附对于碎土工作也是非常不便的。由于锄板刃口进行碎土工作时切土阻力大，在较为坚硬的土壤工作时，必须使用更大的动力，导致锄柄折断，造成浪费，而土壤湿度较大锄头工作时的粘附更加严重。因此如何能用仿生形态降低锄头锄板及刃口切土时的粘附阻力，节能降耗，促进手工农具，碎土工作方便省力模式的推广应用已经成为当前现代农业领域研究的重要课题。此外随着农业机械化的发展，对现代手工农具的能耗要求也在不断提高，特别是对锄头等典型的土壤工作部件提出了更高的要求。

研究发现，锄头在工作过程中，除草碎土时，切土耕作的阻力主要来自于锄头锄板刃口入土阻力大，锄板粘附严重；因此改变锄板切土刃口结构，将可减小锄板刃口切土阻力大的问题，改变传统手工锄头的锄板结构可以降低粘附严重问题。研究证实，锄板切土刃口的锯齿形状和结构直接决定了锄头碎土阻力的大小，而锄板增加凸包表面可以降低粘附阻力。

目前公知的传统手工锄头其刀身平薄而横装，碎土时平切入土，尽管有效的完成碎土作业，但在实际操作中发现，平切入土阻力大，锄板易粘土，雨后耕地中土壤湿润，锄头作业时锄板更易粘土，是耕地作业进度缓慢，劳动力资源浪费，从而限制了手工农具的发展与推广。针对上述问题，需要改进碎土时的入土方式以及工作时粘附严重现象，采用仿生函数锯齿结构形式，入土方式为锯切，减小了入土阻力，将锄板增加了仿生凸包表面，降低了粘土现象，加快工作进度，从而使性能优异的仿生农业手工农具在我国生产力落后地区实现推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种切土刃口具有仿生函数锯齿结构和锄板具有仿生凸包表面的手工锄头 ，用于克服传统锄头切土作业阻力大、易于粘附，能耗高， 且耕地作业进度缓慢，劳动力资源浪费的问题，本发明以具有高效挖掘碎土能力的臭蜣螂前足胫节及壳体为仿生原型，进行抽象和简化，对锄头锄板的切土刃口进行仿生函数锯齿结构设计和锄板仿生凸包表面设计，以达到降低锄头的耕作阻力为目标，并降低传统锄头粘土现象。

本发明具体技术方案是：一种切土刃口具有仿生函数锯齿结构的手工锄头，包括锄板2和锄柄1，锄板2的前端设有锄柄孔，锄柄1安装在锄柄孔中，锄板2末端的切土刃口上设有若干个仿生函数锯齿，仿生函数锯齿的形状为函数曲线，函数曲线为y=ax²的二次函数曲线，函数曲线系数a为0.5到1，决定锯齿的方向和锯齿的尖锐程度；自变量x为10 mm到20 mm，确定单个单元锯齿的状态和锯齿的宽度；若干个仿生函数锯齿沿函数锯齿沿锄板2末端的切土刃口呈周期性依次排列，锄板2的表面均匀分布有若干个仿生凸包。

所述的锯齿的宽度d1等于2倍的x。

所述的仿生凸包的表面为仿生臭蜣螂壳体的表面微观结构。

所述的仿生凸包为半圆球形，相邻两个凸包圆心之间的距离d为2〜6 mm，凸包半径r为1〜3 mm。

所述仿生函数锯齿结构的锯齿为函数曲线，其中函数曲线为y=ax²的二次函数曲线，函数曲线系数a来决定锯齿的方向和锯齿的尖锐程度。函数曲线系数a小则锯齿锐利，对土壤的锯切较为流畅且消耗动力小。但如果函数曲线系数a过小，锯齿结构单元的力学性能降低，锄板的切土刃口作业过程中若遇到坚硬土壤或石块容易弯曲和折断；函数曲线系数a增大，锯齿坚固，但若过大，则切削阻力大、消耗动力大、锯切不流畅，综合考虑以上因素，具有仿生函数锯齿结构的手工锄头锄板刃口的函数系数a的范围在0.5到1之间；