[发明专利]一种适用于粘重土壤的耦合仿生双圆盘开沟器

说明书

本发明涉及适用于粘重土壤的耦合仿生双圆盘开沟器，属农业机械设备领域。本发明在双圆盘开沟器的两个圆盘的外表面均设置沿圆盘圆周排列的椭球曲面凸包，在椭球曲面凸包靠近圆盘中心一侧设置柔性微刺，椭球曲面凸包和柔性微刺相连接为一体，形成微刺凸包耦合仿生表面结构，此结构在圆盘工作面沿圆周径向均匀分布，均匀排列多层。本发明在开沟器工作过程中，锯齿状刃口能减小与土壤的接触面积，降低了开沟阻力；圆盘表面和土壤接触会形成水膜。微刺凸包仿生表面结构能破坏水膜的连续性，减小粘附和减低摩擦阻力，同时柔性微刺会受到摩擦变形，出土时会产生微小震动，使粘结在圆盘表面的土块更容易脱落，提高开沟质量和工作效率。

技术领域

本发明涉及一种适用于粘重土壤的耦合仿生双圆盘开沟器，属于农业机械设备技术领域。

背景技术

双圆盘开沟器是免耕播种机上的重要工作部件,其原理是利用两个旋转的平面圆盘切开土壤,并将土壤向两侧推挤而形成深浅一致、沟形平整的种沟。普通双圆盘开沟器的圆盘表面是光滑平面型，在开沟过程中，圆盘表面与土壤接触时会由于接触界面连续的水环或水膜引起毛细管力和粘滞力而造成粘附，这样会增大土壤扰动，形成连续的水环或水膜，使得土壤粘结在圆盘表面不易脱落，增大了开沟阻力，影响了开沟质量。

仿生学已蕴含于生物与自然界中的特征和形态为蓝本，借助于现代技术手段，对其进行模仿，实现特定的技术功能和目标。将生物体表组织器官所具有的的某些功能应用于农业机械的设计之中，以满足工程技术需要是仿生学与农业机械设计与制造的结合。

研究发现，自然界中许多具有高效挖掘能力的土壤洞穴动物，如蝼蛄(Gryllotalpa orientalis Burmeister)、鼹鼠(Scaptochirus moschatus)、臭蜣螂(Copris ochus Motchulsky)、穿山甲(Manis pentadactyla)等，其用于挖掘土壤肢体外缘轮具有特殊的结构与形态，这些特殊的结构与形态使土壤洞穴动物在挖土时爪趾能够轻而易举的切入土壤，并实现高效连续的挖掘。最大限度地减小了能量消耗，提高了工作效率，这些特征恰好可以为农业机械的仿生设计提供良好的借鉴。

以仿生学为研究手段的设计触土部件的形态和结构来降低土壤对触土部件的粘附和阻力已取得突破性进展，但当农机具在水分黏重的土壤中使用时，土壤行为的复杂性使防粘减阻难以得到很好的控制，土壤的粘附严重降低地面机械的作业效率和作业质量、增大能耗，甚至使机械无法作业。

然而，目前公知的具有仿生几何结构的旱田农机具触土部件往往采用单一的表面的凸包形式，尽管在旱作地区有优异的作业效果，在土壤黏重的水田作业区实际推广中发现，对土壤的防粘减阻有一定的制约作用，在我国广大水田区域，土壤特性不同，对于防粘减阻的需求也不同。针对上述问题，需要最大程度的优化农机具触土部件表面仿生几何结构形式，使其防粘减阻能力更强，从而使性能更加优异的仿生农机具触土部件在我国各个地区实现推广。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，设计提供了一种适用于粘重土壤的耦合仿生双圆盘开沟器结构，该结构在工作时可以有效降低圆盘表面的粘附，减小开沟器工作时的阻力，提高了开沟质量和工作效率，便于后续的施肥、播种作业。

本发明技术方案是：一种适用于粘重土壤的耦合仿生双圆盘开沟器，在双圆盘开沟器的两个圆盘1的外表面均设置沿圆盘圆周排列的椭球曲面凸包2，在椭球曲面凸包2靠近圆盘1中心一侧设置柔性微刺3，椭球曲面凸包2和柔性微刺3相连接为一体，形成一种微刺凸包耦合仿生表面结构4，此结构在圆盘1工作面沿圆周径向均匀分布，均匀排列多层。

进一步地，所述圆盘1的刃口具有仿生锯齿几何机构5，其轮廓曲线为：y＝nx²，其中n的取值范围为0.12～0.5，x的取值范围为-18～18mm。

进一步地，所述双圆盘开沟器中单个圆盘1的厚度L＝3～8mm；其中，分布在圆盘1最外层的椭球曲面凸包2到圆盘1刃口外缘的距离P＝5～25mm。