[发明专利]一种基于分形理论的仿生多尺度锯齿结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分形理论的仿生多尺度锯齿结构，属于农业机械设备技术领域。

背景技术

在现代农业生产中，耕作是农业生产中最消耗能量的环节之一，因此，需要通过对耕作过程的优化降低能耗。耕作有旋耕和深耕等多种耕作方式。其中，旋耕是利用旋耕机旋转的刀片切削、打碎土块、疏松混拌耕层的一种耕作法。旋耕的主要作用：碎土、松土、混拌、平整土壤，可将犁、靶、平三种作用一次完成；深松耕不仅可以打破或消除犁底层或土壤中的粘磐，加深耕作层，便于根系向下伸展，而且可以土层不乱，保持原耕层的土壤微生物区系分布、有效养分梯度和水分梯度，熟化底土层，减少土壤有机质的非生产性消耗，还可使作物生长在熟土上，获得水肥的良好供应。深松后土壤表面保持原有状态，可减轻风蚀、水蚀和土壤水分的散失。因此，旋耕和深耕作为常用的耕作方式，已经得到了广泛的推广。

尽管上述耕作方式有如上诸多优点，然而耕作时工作阻力大一直是农机耕作领域多年来未能有效解决的技术难题，耕作阻力大不仅导致能耗高，使农业生产成本大大增加。更严重的是，由于耕作阻力大，在我国进行大幅宽作业时需要大马力拖拉机作为动力源的保障，但是我国对于大马力拖拉机的生产制造技术和能力有限，从而限制了耕作模式的推广应用。所以，如何降低耕作阻力，节能降耗，促进旋耕、深耕等耕作模式的推广应用已经成为了当前农业耕作机械领域研究的重要课题。此外，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能耗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。

发明内容

本发明提供了一种基于分形理论的仿生多尺度锯齿结构，用于克服大幅宽土壤耕作时阻力大、能耗高的问题。

本发明的技术方案是：一种基于分形理论的仿生多尺度锯齿结构，锯齿结构基于分形理论依次按照分形维数D以n尺度的形式分布在用于土壤切削的机具刃口弧线上，呈周期性排列。

所述锯齿结构采用等腰三角形结构；第i+1级尺度锯齿边分布在第i级尺度锯齿的1/f处，L_i+1=1/eL_i(i=1,2,..n-1，n>=1)，第i+1级尺度锯齿以第i级尺度锯齿对应边中心处的1/f处为底边，依次分形，构建成多尺度锯齿结构，e、f为大于等于2的自然数，L₁为第一级尺度锯齿齿背角α₁对应斜边的长度，L _i+1为第i+1级齿背角α_i+1对应斜边的长度，齿背角α₁为第一级尺度锯齿顶角平分线一边的角，齿背角α_i+1为第i+1级尺度锯齿顶角平分线一边的角，齿喉角γ₁为第一级尺度锯齿顶角平分线另一边的角，齿喉角γ_i+1为第i+1级尺度锯齿顶角平分线另一边的角，齿喉角γ₁对应斜边的分形方式和齿背角α₁对应斜边的分形方式相同，齿喉角γ_i+1对应斜边的分形方式和齿背角α_i+1对应斜边的分形方式相同，α₁=α_i+1=γ₁=γ_i+1。

所述f= e=3，第i+1级尺度锯齿边分布在第i级尺度锯齿的1/3处，L_i+1=1/3L_i.。

所述分形维数D根据koch曲线的分形方法确定，该分形方式为规则分形。

所述n取值为2至5。

所述L₁取值5 mm至30 mm。

所述第一尺度锯齿的齿尖角β₁为30°至120°，齿尖角β₁为第一尺度锯齿的顶角；第一尺度锯齿的齿背角α₁为15°至60°；第一尺度锯齿的齿喉角γ₁为15°至60°；第一尺度锯齿的齿高h为5 mm至30 mm，齿高h为第一尺度锯齿顶角到第一尺度锯齿底边中心的距离。

所述的相邻两个第一级锯齿结构之间的距离S为5 mm至10 mm。