一種具有仿生結構的破茬鬆土部件的製作方法
2023-08-13 10:03:46 1
本發明屬於農業機械領域，具體涉及一種適用於免耕播種機的、具有仿生結構的破茬鬆土部件。
背景技術：
免耕播種機是在有作物秸稈和殘茬覆蓋的免耕地上進行作業的,是免耕種植機械化作業中的關鍵機具。在免耕播種機作業播種的過程中，殘茬秸稈的處理和松碎整理種床是兩個非常重要的環節。對殘茬秸稈的處理和種床的整理，有利於後續免耕播種機的播種和施肥等作業，實現作業的順暢性、高效率。如果殘茬秸稈清理不當，就會造成機具堵塞卡滯等問題,影響播種質量。如果種床疏鬆效果不好，則播種的種子沒有良好的生長土壤，從而導致產量的下降。因此，秸稈處理與種床疏鬆裝置的研究對提高免耕播種機作業的順暢性和勞動生產率有著重要的意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於：通過模仿大自然中生物的高效作業形態，提供一種具有仿生結構的破茬鬆土部件，兼具殘茬處理與種床疏鬆功能，實現免耕播種作業的順暢性與高效性。本發明模仿竹鼠牙齒輪廓曲線設計破茬齒、破茬缺口；模仿金蟬外形設計破茬鬆土部件盤面上的鬆土結構。
本發明創造的目的是這樣來實現的：
一種具有仿生結構的破茬鬆土部件，包括破茬盤，破茬盤外緣圓周均勻陣列分布有破茬齒和破茬缺口，破茬齒和破茬缺口均具有竹鼠牙齒仿形曲線，破茬盤兩端對稱盤面上交錯分布有仿生鬆土結構，仿生鬆土結構具有金蟬外殼曲線仿生結構。
所述的破茬盤的厚度為4mm。
進一步地，所述破茬齒的齒形仿竹鼠下門齒的牙冠前庭面特徵曲線，垂直於破茬鬆土部件軸線的面上進行投影，獲得笛卡爾直角坐標系的XOY平面內投影出的仿牙冠前庭面特徵曲線AB曲線，其仿生曲線段方程為：y＝-0.004937x2+0.1964x+240.6
其中：x屬於[169.1,193.6]，單位為mm；笛卡爾直角坐標系OXY，坐標原點O位於破茬鬆土部件的中心，X軸為圓盤徑向方向，Y軸為圓盤徑向方向且垂直於X軸。
進一步地，所述破茬缺口的曲線仿生竹鼠下門齒的牙冠牙合面特徵曲線，垂直於破茬鬆土部件軸線的面上進行投影，獲得笛卡爾直角坐標系的XOY平面內投影出的仿牙冠牙合面特徵曲線BC曲線，其仿生曲線段方程為：
y＝0.01374x2-4.701x+536
其中：x屬於[112.4,169.1]，單位為mm；笛卡爾直角坐標系OXY，坐標原點O位於破茬鬆土部件的中心，X軸為圓盤徑向方向，Y軸為圓盤徑向方向且垂直於X軸。
進一步地，所述破茬齒具有仿生刃口Ⅰ，仿生刃口Ⅰ為對稱刃口，仿生刃口Ⅰ單側曲線模仿竹鼠下門齒的牙冠舌面特徵曲線EF，笛卡爾直角坐標系的X』OY』平面內，仿生刃口Ⅰ橫截面刀刃線EF曲線與刀刃線FM曲線關於X』軸對稱，刀刃線EF曲線在X』OY』平面投影的曲線方程為：
f(x)＝0.0010x3-0.0275x2+0.0150x+1.9514
其中，x屬於[0,12]，單位為mm；X』OY』平面垂直於破茬鬆土部件徑向。
進一步地，所述破茬缺口具有仿生刃口Ⅱ，仿生刃口Ⅱ的刃口截面同仿生刃口Ⅰ相同。
進一步地，所述每個破茬齒的最高點用光滑曲線連接起來呈一個直徑為428mm的圓，破茬齒鋒線AB長度為46mm；每個破茬缺口的最低點用光滑曲線連接起來呈一個直徑為406mm的圓，破茬缺口鋒線BC長度為78mm。
進一步地，所述仿生鬆土結構呈半橢球狀，交錯分布於破茬盤的對稱盤面上，仿生鬆土結構模仿金蟬外殼輪廓，取金蟬兩條特徵輪廓曲線，其中取一條特徵輪廓曲線GH作為母線，另一條特徵輪廓曲線JK作為準線，使母線繞準線旋轉180°，再用一個距所得曲面頂點為8mm、且垂直破茬鬆土部件軸線的平面去截取所得仿生曲面，取平面上部分所截取的曲面即可得到仿生鬆土結構的外部曲面。
特徵輪廓曲線GH曲線段方程為：y＝-0.0091663x2+0.92632x-12.463
其中：x屬於[10,93]，單位為mm；
特徵輪廓曲線JK曲線段方程為：y＝-0.015577x2+1.0313x-5.9437
其中：x屬於[12,52.5]，單位為mm。
進一步地，所述仿生鬆土結構呈半橢球狀長度為60mm，寬度為40.5mm，將仿生鬆土結構垂直於破茬鬆土結構徑向中心平面進行投影，所得橢圓的長軸長為60，短軸長為40.5，單位為mm。
研究資料表明，竹鼠的下門齒具有高的切割特性，而土壤動物的外形具有良好的脫附減阻性能。本發明將竹鼠下門齒構型應用於破茬鬆土部件外緣，將金蟬的外殼輪廓運用於破茬鬆土部件的仿生鬆土結構上，設計出一種具有仿生曲線缺口和仿生鬆土結構的組合破茬鬆土部件，提高免耕播種機的破茬效率和播種質量，並且在實現所需功能的基礎上，減小整機安裝空間、提高作業效率。
附圖說明
圖1為本發明具有仿生結構的破茬鬆土部件的結構示意圖
圖2為本發明軸測圖
圖3為仿生鬆土結構在破茬鬆土部件的對稱盤面上交錯分布示意圖
圖4為破茬鬆土部件的剖視圖
圖5為破茬齒在XOY面上的投影示意圖
圖6為破茬缺口在XOY面上的投影示意圖
圖7為破茬齒仿生竹鼠下門齒的牙冠前庭面特徵曲線AB曲線方程圖
圖8為破茬缺口仿生竹鼠下門齒的牙冠牙合面特徵曲線BC曲線方程圖
圖9為仿生刃口Ⅰ在X』OY』面上的投影示意圖
圖10為仿生刃口Ⅰ仿竹鼠下門齒的牙冠舌面特徵曲線EF曲線方程圖
圖11為仿生鬆土結構3的構型示意圖
圖12為仿金蟬外形特徵輪廓曲線GH的曲線方程圖
圖13為仿金蟬外形特徵輪廓曲線JK的曲線方程圖
圖14為竹鼠下門齒牙冠示意圖
圖15為金蟬外殼三維掃描圖
圖中：
1.破茬齒 2.破茬缺口 3.仿生鬆土結構 4.安裝孔Ⅰ 5.安裝孔Ⅱ 6.仿生刃口Ⅰ
7.仿生刃口Ⅱ 8.前庭面 9.牙合面 10.舌面；
AB為破茬齒1鋒線；BC為破茬缺口2鋒線BC；P-P為垂直於破茬盤的截面
具體實施方式
現結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
請參閱圖1、圖2、圖3所示，本實施例是一種具有仿生結構的破茬鬆土部件，其整體外形呈盤狀，破茬鬆土部件包括破茬盤，破茬盤外緣圓周均勻陣列分布有具有竹鼠牙齒仿形曲線的破茬齒1和破茬缺口2，破茬盤兩端對稱盤面上交錯分布有具有金蟬外殼曲線仿生結構的仿生鬆土結構3，破茬盤盤面中心設有安裝孔Ⅰ4，安裝孔Ⅰ4外周均布有安裝孔Ⅱ5。
如圖1、圖2所示，破茬盤外緣圓周上均勻分布有破茬齒1和破茬缺口2，破茬齒1與破茬缺口2的個數相同，均為11個。盤的中心為安裝孔Ⅰ4，其周圍均布有6個安裝孔Ⅱ5。
如圖1、圖2、圖3所示，破茬鬆土部件的正反盤面上交錯均布有仿生鬆土結構3，其單面個數為11個。
如圖4所示，每個破茬齒1兩面均為仿生刃口Ⅰ6，每個破茬缺口2兩面均為仿生刃口Ⅱ7。
如圖5、圖7所示，破茬齒1均勻分布在破茬盤邊緣上，每個破茬齒1的最高點用光滑曲線連接起來呈一個直徑為428mm的圓。破茬齒1具有仿生刃口Ⅰ6，破茬齒1鋒線AB長度為46mm。破茬齒1的齒形仿竹鼠下門齒的牙冠前庭面特徵曲線，其中將破茬鬆土部件垂直於其軸線的面上進行投影，在笛卡爾直角坐標系的XOY平面內投影仿牙冠前庭面特徵曲線AB曲線，其仿生曲線段方程為：y＝-0.004937x2+0.1964x+240.6
其中：x屬於[169.1,193.6]，單位為mm；笛卡爾直角坐標系OXY，坐標原點O位於破茬鬆土部件的中心，X軸為圓盤徑向方向、且過安裝孔Ⅰ4的圓心，Y軸為圓盤徑向方向、且垂直於X軸。
如圖6、圖8所示，破茬缺口2均勻分布在破茬盤邊緣上，每個破茬缺口2的最低點用光滑曲線連接起來呈一個直徑為406mm的圓。破茬缺口2具有仿生刃口Ⅱ7，破茬缺口2鋒線BC長度為78mm。破茬缺口2曲線仿生竹鼠下門齒的牙冠牙合面特徵曲線，其中將破茬鬆土部件垂直於其軸線的面上進行投影，在笛卡爾直角坐標系的XOY平面內投影仿牙冠牙合面特徵曲線BC曲線，其仿生曲線段方程為：
y＝0.01374x2-4.701x+536
其中：x屬於[112.4,169.1]，單位為mm；笛卡爾直角坐標系OXY，坐標原點O位於破茬鬆土部件的中心，X軸為圓盤徑向方向、且過安裝孔Ⅰ4的圓心，Y軸為圓盤徑向方向、且垂直於X軸。
如圖4、圖5、圖9、圖10所示，仿生刃口Ⅰ6為對稱刃口。仿生刃口Ⅰ6單側曲線模仿竹鼠下門齒的牙冠舌面特徵曲線EF，以截面P-P(截面P-P垂直於破茬盤)將破茬齒1剖開，得到仿生刃口Ⅰ6橫截面(其中將E和M為刃線和截面的交點，F為鋒線和截面P-P的交點)，將該截面放置在笛卡爾直角坐標系的X』OY』平面內，刀刃線EF曲線與FM曲線關於X』軸對稱，EF曲線模仿竹鼠下門齒舌面的特徵曲線，其曲線方程為：
f(x)＝0.0010x3-0.0275x2+0.0150x+1.9514
其中，x屬於[0,12]，單位為mm。
如圖4所示，仿生刃口Ⅱ7的刃口截面同仿生刃口Ⅰ6相同。
如圖1、圖3、圖5所示，仿生鬆土結構3呈半橢球狀，交錯分布於破茬盤的對稱盤面上，其長度為60mm，寬度為40.5mm，居於破茬盤的盤面徑向方向，其靠近破茬盤盤面中心的一端均勻陣列分布在以破茬盤盤面中心為圓心的半徑為110mm的圓上。
如圖1、圖11、圖12、圖13所示，仿生鬆土結構3模仿金蟬外殼輪廓，取金蟬兩條特徵輪廓曲線，其中取特徵輪廓曲線GH作為母線，另一條特徵輪廓曲線JK作為準線，使母線繞準線旋轉180°，再用一個距所得曲面頂點為8mm、且垂直破茬鬆土部件軸線的平面去截取所得仿生曲面，取平面上部分所截取的曲面即可得到本發明的仿生鬆土結構3的外部曲面。將仿生鬆土結構3垂直於破茬鬆土結構徑向中心平面進行投影，所得橢圓的長軸長為60，短軸長為40.5，單位為mm。
特徵輪廓曲線GH曲線段方程為：y＝-0.0091663x2+0.92632x-12.463
其中：x屬於[10,93]，單位為mm；
特徵輪廓曲線JK曲線段方程為：y＝-0.015577x2+1.0313x-5.9437
其中：x屬於[12,52.5]，單位為mm；
如圖1所示，安裝孔Ⅰ4直徑為55mm，居於破茬鬆土部件的盤面中心。在距破茬鬆土部件盤面中心為40mm的圓周上均布6個安裝孔Ⅱ5，其直徑為12mm。
如圖3所示，破茬盤的厚度為4mm。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。