專利名稱：農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面。
背景技術：
隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展,耕作速度大大提高,耕作環(huán)境越來越復雜，對于耕作工具性能，尤其是觸土耕作部件的性能提出了越來越高的要求。農(nóng)業(yè)機械觸土部件在耕作過程中主要的失效形式是磨損失效，同時由于觸土部件在耕作過程中需要克服耕作阻力和摩擦力，會消耗大量的能量。因此提高耐磨性，降低耕作阻力就成為農(nóng)業(yè)機械觸土部件研究中的主要方向。
仿生學研究表明，土壤動物經(jīng)過億萬年的進化，已經(jīng)具有了適應不同土壤環(huán)境的身體結(jié)構(gòu)和功能，不但使其在挖掘過程中能夠獲得最低的切削阻力，且具有優(yōu)良的脫土減阻功能。通過分析并模擬典型土壤動物的形態(tài)學特征和生物特性，并以此為基礎開發(fā)的仿生農(nóng)業(yè)機械觸土部件在減阻減磨方面取得了明顯的效果。I、專利申請?zhí)?01010166033. 5，公告日為2010. 09. 22，發(fā)明名稱為“一種具有耐
磨幾何結(jié)構(gòu)表面的錐形觸土部件”共公開了一種具有耐磨幾何結(jié)構(gòu)表面的錐形觸土部件，該部件由基體和基體表面分布的仿生幾何結(jié)構(gòu)單元組成，其特征在于，所述的仿生幾何結(jié)構(gòu)單元包括凸包型、凹坑型、環(huán)形凸肋條型、環(huán)形凹肋條型、螺旋凸包型、螺旋凹坑型、螺旋凸肋條型和螺旋凹肋條型。2、專利申請?zhí)?00810050347. 1，公告日為2010. 03. 17，發(fā)明名稱為“棱紋型仿生耐磨結(jié)構(gòu)表面”公開了了一種仿生耐磨結(jié)構(gòu)表面，特別是涉及一種棱紋型仿生耐磨幾何結(jié)構(gòu)表面。本發(fā)明是基于土壤洞穴動物穿山甲的鱗片表面具有耐土壤磨料磨損的幾何結(jié)構(gòu)特征，其目的是解決現(xiàn)有的與散體物料接觸部件的磨損問題。該仿生耐磨結(jié)構(gòu)表面是將原有設備或構(gòu)件與接觸物料的表面改變結(jié)構(gòu)，在表面上增設一系列的具有一定幾何參數(shù)和間距的棱紋形結(jié)構(gòu)。其仿生耐磨結(jié)構(gòu)形狀為y = asin(bx+c)。其中,a_振幅,b_頻率,c_初相位，O < a < 12mm, O ^ bx_c ^ π , O ^ x ^ 20mm。棱紋間距0 < L < 30mm。3、專利申請?zhí)?201010166033. 5，公告日為2009. 12. 16，發(fā)明名稱為“仿生減阻起壟器鏟面及其設計方法”公開了一種仿生減阻起壟器鏟面，其特征在于該鏟面為以y=-0. 0148x2+0. 86563X-1. 51為脊線，y=-0. 0054Z2+30. 49為素線，素線沿脊線所形成的曲面。比較已報道專利申請可知，仿生學研究成果在農(nóng)業(yè)機械觸土部件減阻耐磨領域已有應用，并已取得了良好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決目前農(nóng)業(yè)機械觸土耕作部件耐磨性較差，工作阻力大，能耗高的問題，提供一種一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面，以達到提高觸土部件的耐磨性，降低耕作阻力和生產(chǎn)成本的目的。
本發(fā)明依據(jù)被稱為“活的挖掘機”的鼴鼠的挖掘器官及挖掘動作參數(shù)設計了農(nóng)業(yè)機械觸土部件表面的耐磨減阻仿生凸起及其排列方式。鼴鼠的身體結(jié)構(gòu)十分適合在地下活動和挖掘，鼴鼠所具備得極高的挖掘效率，得益于其特有的前爪爪趾幾何結(jié)構(gòu)和挖掘過程中爪趾與土壤的接觸角，這兩個因素保證了鼴鼠在地下對土壤的挖掘過程中受到較小的土壤阻力，實現(xiàn)持續(xù)高效的挖掘，同時后者使鼴鼠在挖掘過程中爪趾所受到的磨損較少，保證了鼴鼠能夠持續(xù)的進行挖掘。
本發(fā)明結(jié)合鼴鼠爪趾幾何輪廓和鼴鼠挖掘是爪趾與土壤的接觸角這兩個重要參數(shù)，設計了一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨仿生凸起，通過對鼴鼠爪趾的輪廓設計了仿生凸起的幾何輪廓，同時通過分析鼴鼠在挖掘過程中爪趾與土壤的接觸角度設計了仿生凸起的偏轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)提高觸土部件的耐磨性和使用壽命，降低耕作阻力和使用成本。通過對鼴鼠爪趾幾何輪廓和鼴鼠挖掘過程中爪趾與土壤的接觸角度的分析，確定本發(fā)明所述的減阻耐磨仿生凸起的外輪廓曲面。本發(fā)明是仿生凸起結(jié)構(gòu)，仿生凸起結(jié)構(gòu)的外輪廓曲面是由下述鼴鼠爪趾輪廓曲線
權利要求
1.一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面，其特征在于其是仿生凸起結(jié)構(gòu)，仿生凸起結(jié)構(gòu)的外輪廓曲面符合以下數(shù)學表達式χ = {-Α \\θ) 2 +1 cos θ-α sin θ 「 —i y2 + ζ2 = (Acose)I2 +1 s\n0+ αζ\ηθ 其中的χ，y和ζ為三維坐標中的X軸，y軸和ζ軸； 其中的A為仿生凸起結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)，-1〈Α〈-0. 5 ； a為仿生凸起結(jié)構(gòu)高度，0〈a〈5mm ； Θ為仿鼴鼠挖掘過程中爪趾背面與土壤接觸度，15° <θ<45° ； 所述仿生凸起結(jié)構(gòu)按照菱形方式排列。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面，其特征在于菱形排列中較小夾角角度為Θ，30°〈0〈60°，相鄰仿生凸起結(jié)構(gòu)間距離為1^，仿生凸起結(jié)構(gòu)間距L與仿生凸起結(jié)構(gòu)高度H滿足以下關系 4< —<10 H 菱形排列中較長的對角線與耕作過程中土壤運動方向平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)業(yè)機械耕作部件減阻耐磨耦合仿生表面，其是仿生凸起結(jié)構(gòu)，仿生凸起結(jié)構(gòu)的外輪廓曲面符合以下數(shù)學表達式 其中的x， y和z為三維坐標系中的x軸， y軸和z軸；其中的A為仿生凸起結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)，-1<A<-0.5；a為仿生凸起結(jié)構(gòu)高度，0<a<5mm；θ為仿鼴鼠挖掘過程中爪趾背面與土壤接觸度，15°<θ<45°；所述仿生凸起結(jié)構(gòu)按照菱形方式排列；帶有本發(fā)明所述的減阻耐磨耦合仿生表面的農(nóng)業(yè)機械觸土部件與同類光滑表面觸土部件相比，耐磨性平均增加5~8%，工作阻力平均降低3~5%。
文檔編號A01C5/06GK102714950SQ20121024350
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者劉春喜, 莊健, 范旭輝, 賈洪雷, 馬云海, 齊江濤 申請人:吉林大學