一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件的製作方法

2023-09-23 22:21:15 2

專利名稱：一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件的製作方法
技術領域：
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本發明涉及一種用於驅動型耕整地機械的旋轉工作部件幾何結構，特別是涉及一種具有 仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，屬於農業機械中的耕作機械設計技術。
背景技術：
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旋耕機是一種由動力驅動工作部件切碎土壤的耕作機械。它是利用刀軸上刀片的旋轉和 前進的複合運動對未耕地和已耕地進行碎土作業，其性能特點是碎土能力強， 一次旋耕能達 到一般犁耙幾次的效果，旋耕後的田地可滿足播種或插秧的要求。旋耕機作業質量好、工效 高，既能搶農時、節省勞力，又可減少機器下地次數，減輕行走部件對土壤的壓實，在我國 南北方均有廣泛使用。其主要工作部件就是旋耕彎刀和碎茬刀(簡稱刀片)。高速旋轉的刀 片將作物殘茬和土塊打碎，以起到耕整地的作用。刀片的質量直接影響耕整地質量、機械能 量的消耗以及整機的使用壽命。
由於農業機具在工作時，觸土部件表面與土壤接觸產生的粘附現象會增大工作阻力，降 低作業效率和作業質量，增大能耗，同時增加對土壤的擾動和破壞，使土壤失墒嚴重，甚至 使機械無法工作。而很多仿生部件不僅阻力小，而且脫土好，可減小對土壤的的擾動，降低 土壤中水分的散失，很好的做到蓄水保墒。
鼴鼠，被稱為"活的挖掘機"，它能在一夜時間內挖出長達91米的地道，而其身長只有 0.10—0.18米，足見其掘土效率之高。鼴鼠爪趾挖掘功能為土壤切削工具和挖掘工具提供了 良好的仿生研究對象，通過研究其掘土器官的結構、形態和功能機理，可為土壤切削工具和 挖掘工具高效節能仿生設計提供仿生信息。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，在保證耕作質量的 前提下，可大大減小耕作作業時能量消耗。 實現上述目的的技術方案結合


如下-
鼴鼠具有高效掘土性能，其爪趾不僅挖掘阻力小，且脫土性能好。在挖掘過程中，鼴鼠 爪趾置於身側，以挖掘肢為中心做迴轉運動，運動形式類似旋耕及碎茬作業中的旋轉作業，
而擬合圓弧可模擬其爪趾特有的幾何結構，參閱圖13。因此，根據鼴鼠爪趾幾何結構特徵
設計本發明的旋轉工作部件，仿生應用主要部分為刀片正切刃及正切面，既考慮仿生，同時
3要便於應用加工。
一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，主要由具有側切刃的側切面、具有正切刃 的正切面和連接正、側切面的過渡面以及連接正、側切刃的過渡刃組成，所述的正切刃(6) 採用具有仿生圓弧結構，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業幅寬為￡，圓弧刃口對應
圓心角為(0)，對應半徑為(。，圓弧個數為(")，則對應表達式為l-sin^。
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所述的正切面(5)側視截面近似為三角形。
正切刃刃口仿生圓弧個數(w)為一個或多個，多個圓弧大小相等或不等，圓弧大小隨 圓心角(0)或刃口半徑(r)變化。
把仿生旋轉部件安裝到土槽試驗臺上與國標旋耕刀、碎茬刀進行功率消耗對比試驗，並
安排田間試驗檢測其作業質量。試驗結果表明本發明吸收了仿生學的研究成果，切土阻力 小，同幅寬條件下能量消耗低，且性能優良，作業質量滿足後續農藝要求。較傳統旋耕刀或 碎茬刀，具有切土阻力小、功率消耗低、作業質量好等優點。

本發明具體實施方式
設計時綜合考慮了仿生應用及部件加工的可行性，以單刀幅寬Z為
60mm的旋耕刀為例，同理可應用於碎茬刀設計。結合附圖詳細說明 圖l(a)刀片結構示意圖； 圖l(b)是圖l(a)的俯視圖； 圖2仿生耕作旋轉部件正切面側視圖； 圖3分布l個相同向外仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖4分布l個相同向內仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖5平均分布2個相同向外仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖6平均分布2個相同向內仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖7平均分布3個相同向外仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖8平均分布3個相同向內仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖9分布兩個不同向外仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖IO分布兩個不同向內仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖ll分布三個不同向外仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖12分布三個不同向內仿生刃口的仿生旋轉部件示意圖； 圖13鼴鼠爪趾幾何結構及擬合圓弧示意圖。
圖l(a)及(b)中，1、側切面；2、側切刃；3、過渡面；4、過渡刃；5、正切面；6、正切 刃；7、彎折線。
具體實施方式
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以下結合附圖所述實施例進一步說明本發明的具體內容及實施方式。實施方式設計時綜
合考慮了仿生應用及部件加工的可行性，以單刀幅寬丄為60mm的旋耕刀為例，同理可應用
於碎茬刀設計。結合附圖詳細說明-本發明的非限定實施例如下
實施例一
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件的具體結構由圖3與圖4示出。該例的
新型耕作旋轉部件結構特點是從側面看刀片正切面截面為三角形，異於傳統刀片的長方形
截面。在刀片正切刃分布有l個仿生圓弧刃口，方向分別朝內及朝外，弦長即固定為刀片幅
寬Z，即60mm，圓刃對應中心角可調，對應中心角變化或圓半(直)徑變化，仿生刃口大 小亦變化。
實施例二
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件的具體結構由圖5與圖6示出。本例所
述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件與例一不同的是該例刀W的正切面側視圖
為三角，正切刃平均分布2個朝內(朝外)仿生圓弧刃口，弦長皆為J72，即30mm，若對 應圓心角或圓弧對應半(直)徑變化，2個仿生刃口大小亦隨之改變。 實施例三
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件的具體結構由圖7與圖8示出。本例所
述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件與例一及例二不同的是該例刀片的正切面
側視圖為三角，且正切刃平均分布3個朝內(朝外)仿生圓弧刃口，弦長皆為"3，即20mm, 仿生刃口大小由對應圓心角或半(直)徑確定。 實施例四
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件的具體結構由圖9與圖10示出。本例
所述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件與前3例不同的是該例的刀片正切面側
視圖為三角形，且正切刃分布2個朝內(朝外)仿生圓弧刃口，弦長皆為丄/2，即30mm， 但對應的圓心角或對應半(直)徑不同，則仿生刃口大小亦變化。 實施例五
本例具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件的具體結構由圖11與圖12示出。本例
所述的具有仿生幾何外形的新型耕作旋轉工作部件與前4例不同的是該例刀片的正切面從
側面看為三角形，且正切刃分布3個朝內(朝外)仿生圓弧刃口，弦長皆為￡/3，為20mm， 但仿生圓弧刃口大小不同，即對應圓心角或半(直)徑不等。
權利要求
1、一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，主要由具有側切刃的側切面、具有正切刃的正切面和連接正、側切面的過渡面以及連接正、側切刃的過渡刃組成，其特徵在於，所述的正切刃(6)採用具有仿生圓弧結構，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業幅寬為L，圓弧刃口對應圓心角為(θ)，對應半徑為(r)，圓弧個數為(n)，則對應表達式為<![CDATA[ L 2nr =sin 2. ]]>
2、 根據權利要求1所述的一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，其特徵在於， 所述的正切面(5)側視截面近似為三角形。
3、 根據權利要求1所述的一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件，其特徵在於， 正切刃刃口仿生圓弧個數(w)為一個或多個，多個圓弧大小相等或不等，圓弧大小隨圓心 角(0)或刃口半徑(r)變化。
全文摘要
本發明涉及一種用於驅動型耕整地機械的旋轉工作部件幾何結構，特別是涉及一種具有仿生幾何結構的耕作旋轉工作部件。本發明以鼴鼠具有高效挖掘性能的前足爪趾為仿生研究對象，提取其特有的幾何結構特徵，並將其應用於耕作機械上旋轉工作部件(旋耕刀或碎茬刀)的設計。該部件主要由具有側切刃的側切面、具有正切刃的正切面和連接正、側切面的過渡面以及連接正、側切刃的過渡刃組成，其特徵在於，所述的正切刃(6)採用具有仿生圓弧結構，其幾何形狀按下式確定正切刃單刀作業幅寬為L，圓弧刃口對應圓心角為(θ)，對應半徑為(r)，圓弧個數為(n)，則對應表達式為L/2nr＝sin(θ/2)。本發明在保證耕作質量的前提下，可大大減小耕作作業時能量消耗。
文檔編號A01B33/00GK101548592SQ20091006689
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月4日 優先權日2009年5月4日
發明者金 佟, 江 周, 孫雯宇, 常志勇, 汲文峰, 賈宏雷, 陳東輝, 馬雲海 申請人:吉林大學