[发明专利]一种低土壤扰动的仿生减阻深松铲

说明书

一种低土壤扰动的仿生减阻深松铲属农业机械技术领域，本发明中铲柄固接于基体上端，且与水平面垂直；铲刃固接于基体前面，铲尖固接于基体前端，左右凸棱柱组的40‑44个凸棱柱在基体的左右两面均布并固接，且凸棱柱与水平面平行，左右凸棱柱后端面在同一垂直面上，凸棱柱的横截面为带圆角的等腰梯形。工作过程中，凸棱结构与土壤接触会形成空隙，所产生的法向黏附力远大于切向黏附力，破坏界面的黏附，从而降低阻力。本发明的作业阻力小，能耗低，工作效率高，土壤扰动系数小，能提高保护性耕作的经济效益。

技术领域

本发明属农业机械技术领域，具体涉及一种低土壤扰动的仿生减阻深松铲。

背景技术

随着国家对土壤耕作技术的不断推广应用，土地对作业的耕作质量和能耗提出了更高的要求，尤其是对各种土壤工作部件提出了更高的要求。深松铲是深松机最主要的工作部件，如果在保证耕作质量的前提下，对深松铲进行合理的设计，从而降低作业阻力或机器能耗，这有利于推广深松作业。深松铲的耕作阻力主要来自于两个方面：一是铲柄；二是铲尖。而相关研究表明，铲柄的作业阻力更大。因此，通过改变深松铲的结构形式，有利于减小阻力，降低消耗，提高耕作质量。

研究表明，鼢鼠(Myospalax psilurus)的前爪是主要的挖掘工具，其前爪在挖掘过程中像挖掘机似的高效掘土，增强其挖土能力。对鼢鼠的前爪第3爪趾的研究发现，其表面沿纵向的轮廓线具有对数函数曲线的特征，这种结构特征可大大减小作业阻力。蚯蚓(Earthworm)头部收缩时的表面形态为凸棱结构，有关研究表明该结构可以较大程度改变犁地层土壤孔隙度，并有较小的土壤扰动系数，使耕作后的土壤利于根系生长。因此，将该曲线形式和凸棱结构应用于深松铲的设计中，能达到降低耕作阻力和减小土壤扰动的效果。

发明内容

本发明的目的是设计一种低土壤扰动的仿生减阻深松铲，以达到减小耕作阻力、土壤扰动和降低能耗的作用。

本发明由铲柄A、铲刃B、仿生凸棱柱组件C、基体D和铲尖E组成，其中铲柄A为立方体，铲柄长H₁为300-310mm，铲柄宽L₂为60-70mm，铲柄厚L₃为30-40mm；铲尖E为符合JB/T9788-1999标准的凿形深松铲铲尖，铲尖E安装段的水平投影高H₃为80-90mm；其中铲柄A固接于基体D上端，且与水平面垂直；铲刃B固接于基体D前面；铲尖E固接于基体D前端；铲尖E的安装平面与水平面间的夹角α为：15°≤α≤35°；入土工作长度L₁为320-340mm；仿生凸棱柱组件C中左凸棱柱组I的20-22个凸棱柱在铲刃B后部的基体D左面均布并固接，且20-22个凸棱柱与水平面平行；仿生凸棱柱组件C中右凸棱柱组J的20-22个凸棱柱在铲刃B后部的基体D右面均布并固接，且20-22个凸棱柱与水平面平行；左凸棱柱组I和右凸棱柱组J的凸棱柱后端面在同一垂直面上。

所述铲刃B的刃角β为：60-65度，铲刃B的刃尖曲线F与铲刃B的内准线G互相平行，内准线G的数学表达式为：

Y2＝1193.47442-199.70741*logx2+58.46437

其中：x2为：5≤x2≤450；

铲刃B的水平投影高H₂为320-340mm。

所述的仿生凸棱柱组件C由左凸棱柱组I和右凸棱柱组J组成，且关于深松铲中心线对称设置，左凸棱柱组I和右凸棱柱组J均由20-22个凸棱柱组成，凸棱柱的横截面为带圆角的等腰梯形，等腰梯形的高度d为：13.8-18.8mm，等腰梯形的高度d与相邻凸棱柱的间距h之比为：d/h＝1:3，等腰梯形的底边宽度a为：16.2-21.2mm，等腰梯形的斜边与底边的夹角θ为：65-75度，等腰梯形中圆角的半径r为：2-4mm，相邻凸棱柱的间距b为：3.6-8.6mm。

所述基体D中外准线H的数学表达式为：