鼠道犁仿生減阻擴孔器的製作方法

2023-06-22 07:54:01

專利名稱：鼠道犁仿生減阻擴孔器的製作方法
技術領域：
本發明涉及農業耕作機械上的鼠道犁擴孔部件，特別是涉及一種鼠道犁仿生減阻 擴孔器。
背景技術：
補充概括或舉例說明現有中與本發明最接近的擴孔器的主要結構特點及不足。鼠道犁擴孔器的主要功能是將犁鏟破開的洞孔進行固化，使鼠道固定成型。鼠道 的成型質量直接影響到土地的蓄水抗旱的能力，土壤對擴孔器表面的粘附和阻力嚴重影響 鼠道的質量和鼠道犁的能耗。目前傳統型鼠道犁擴孔器作業時與土壤間的阻力大、粘附嚴 重，直接影響了鼠道的成型質量並加大了油耗。研究發現，某些土壤洞穴動物如田鼠、螻蛄、蜣螂等進化出了發達的挖掘足，具有 非常強的挖掘洞穴的本領，其表面具有抗磨不粘的非光滑結構。超高分子量聚乙烯具有其 它工程塑料無法比擬的防粘性、耐磨損、耐衝擊、耐化學藥品、自潤滑等優異性能，所以採用 超高分子量聚乙烯及其複合材料等疏水性材料加工製造具有仿生結構表面的擴孔器。

發明內容
本發明的目的在於仿照某些土壤洞穴動物的挖掘足，提供一種表面具有抗磨不粘 的非光滑結構的鼠道犁仿生減阻擴孔器。本發明的上述目的是這樣實現的，結合


如下—種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其主體由圓錐型和圓柱型組成，所述的主體採用超 高分子量聚乙烯外套5和結構鋼芯6，結構鋼芯6直徑與圓柱型外徑之比為0. 1 0. 6，圓柱 型表面採用凸包形、凹坑形或肋條形仿生幾何結構單元，仿生幾何結構單元的凸包或凹坑 為球缺形或拋物面形，凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5，凸包在擴孔器 表面上的分布採用規則分布或隨機均勻分布，每兩個相鄰凸包之間的距離為7mm 30mm。所述的肋條形仿生幾何結構單元採用直條形或波紋形，在圓柱型表面按環形或平 行於圓柱形軸線縱向連續、斷續、交叉或隨機均勻分布，斷續分布的肋條兩端採用半個球缺 形過渡到圓柱體的柱面上。所述的肋條形仿生幾何結構單元的橫斷面輪廓結構為圓弧形、上凸形正弦函數曲 線或上凸形拋物線。斷續分布的環形肋條長度為擴孔器所在位置的周長的1/40 1/5，即採用5 40 個斷續肋條，每根肋條底寬為10 30mm，肋條高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5。縱向且連續分布的肋條形仿生幾何結構單元，其長度等於圓柱型表面縱向長度L， 斷續分布的肋條的長度為圓柱型表面縱向長度L的1/20 1/2，即採用2 20個斷續肋 條，肋條底寬為10 30mm，肋條高度與肋條底寬之比為0. 1 0. 5。波紋形肋條形仿生幾何結構單元的波紋表面縱向斷面採用正弦波形、由凸-凹拋 物線組合而成的波紋形、凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形波，所述的三角形波頂點處有圓弧過渡，前進方向第一個角的角度θ為5° 45° ；波峰高度和波谷深度H與波 紋的半波長W之比H/W = 0. 01 0. 5，半波長為5謹 25謹。本發明的技術效果是鼠道犁仿生減阻擴孔器採用多種仿生非光滑表面，通過實 驗效果可知鼠道犁仿生減阻擴孔器能減小油耗4%左右，解決了成孔器粘附嚴重的問題，成 孔效果理想，最終提高了土壤蓄水保墒能力。

圖1是仿生開溝器主視圖。圖2是擴孔器主體結構示意圖；其中(a)擴孔器主體主視圖；(b)擴孔器主體側視圖；(c)擴孔器主體俯視圖。圖3是擴孔器表面包形仿生幾何結構示意圖；其中(a)凸包結構規則一種分布方式；(b)凸包結構規則另一種分布方式；(c)凸包結構隨機分布方式。圖4是擴孔器表面坑形仿生幾何結構示意圖；其中(a)凹坑結構規則的一種分布方式；(b)凹坑結構規則另一種分布的方式；(c)凹坑結構隨機分布方式。圖5坑、包結構示意圖；其中(a)凸包仿生結構；(b)凹坑仿生結構。圖6橫向肋條形仿生幾何結構主體示意圖；其中(a)橫向肋條形仿生幾何結構主體主視圖；(b)橫向肋條形仿生幾何結構主體展開圖；圖7橫向波紋形仿生幾何結構表面示意圖；其中(a)肋條結構規則分布方式；(b)肋條結構交叉分布方式；(c)肋條結構隨機分布方式。圖8橫向波紋形仿生幾何結構表面示意圖；其中(a)橫向波紋形結構擴孔器主體主視圖；(b)橫向波紋形結構擴孔器主體側視圖；(c)橫向波紋形結構擴孔器主體主視圖。
圖9 (a)波紋形肋條形仿生幾何結構；(b)波紋形肋條形仿生幾何肋條局部放大圖。圖10凸包型仿生擴孔器。圖11波紋型仿生擴孔器。圖12肋條型仿生擴孔器。
圖中圖中1.自犁刀2.仿生非光滑結構3.犁鏟4.擴孔器5.超高分子 量聚乙烯外套6.結構鋼芯M.前進方向
具體實施例方式下面結合附圖所示實施例進一步說明本發明具體內容本發明所述的的擴孔器除連接部分外的主體前部都採用錐臺型尾部分別採用圓 柱型(參閱圖2 (a))或圓錐形(參閱圖2(b))；採用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套5和 結構鋼芯6 (參閱圖2 (b))，如此，結構鋼芯6可提高整體強度，芯棒的直徑可經強度校核後 確定，其直徑與擴孔器外徑之比採用0. 1 0. 6 ；擴孔器表面採用仿生幾何結構表面設計， 所謂仿生幾何結構是指學習土壤洞穴動物表面幾何結構具有減阻和耐磨功能的特徵，設計 鼠道犁擴孔器表面仿生幾何結構。擴孔器表面採用凹坑、凸包形仿生幾何結構，所述的凹坑、凸包仿生幾何結構單元 採用球缺形或拋物面形，凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5，(參閱圖 5(a))凸包在擴孔器主體表面上的分布採用規則分布(參閱圖3(a，b))或隨機均勻分布 (參閱圖3(c))；每兩個相鄰凸包之間的距離為7mm 30mm。凹坑的形狀取球缺形，凹坑的 深度H與坑口直徑D之比H/D = 0. 05 0.5(參閱圖5(b))，凹坑在表面上的分布採用規 則分布(參閱圖4(a，b))或隨機均勻分布(參閱圖4(c))；每兩個相鄰坑之間的中心距為 7mm 30mmo擴孔器表面採用環形肋條形仿生幾何結構。採用連續肋條(參閱圖6(a、b))、成 行成列的斷續肋條(參閱圖7 (a))、交叉分布的斷續肋條(參閱圖7(b))或隨機均勻分布的 斷續肋條(參閱圖7(c))；肋條斷面輪廓結構採用圓弧形、上凸形正弦函數曲線或上凸形拋 物線；連續型肋條之長度L等於擴孔器外圓周長，即L = π a ；斷續形肋條之長度為擴孔器 所在位置的周長的1/40 1/5，即採用5 40個斷續肋條；肋條底寬為IOmm 30mm，肋條 高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5 ；斷續分布的肋條兩端採用半個球缺形過渡到圓柱體的 柱面上。擴孔器表面採用縱向肋條形仿生幾何結構。採用連續肋條(參閱圖7 ；肋條斷面 輪廓結構採用圓弧形、上凸形正弦函數曲線或上凸形拋物線；連續型肋條之長度L等於擴 孔器主體部分表面縱向長度b (如圖6(a))；斷續型肋條之長度為擴孔器表面曲線長度的 1/20 1/2，即採用2 20個斷續肋條；肋條底寬為10 30mm，肋條高度H與肋條底寬W 之比為0. 1 0. 5 ；斷續分布的肋條兩端採用半個球缺形過渡到圓柱體的基準柱面上。擴孔器表面採用縱向波紋形仿生幾何結構表面。波紋表面沿運動方向的斷面採用 正弦波形、由凸-凹拋物線組合而成的波紋形、凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形 波，三角形頂點處有圓弧過渡，前進方向第一個角的角度β為5° 45° (如圖8(a))；波 峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W = 0. 01 0. 5，半波長為5mm 25mm。本發明所述的開溝器表面分布有稜型仿生幾何結構，其上的稜型仿生幾何結構單 元使用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及其複合材料等疏水性材料製作。實例1參閱圖10:凸包型仿生擴孔器，擴孔器除連接部分外的主體部分採用圓柱型，採用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結構鋼芯，b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴孔器外徑之比採用0. 3 ；擴孔器表面採用包形仿生幾何結構，仿生幾何結構單元採用球缺形，包的高度H與包 底圓直徑D之比H/D = 0. 1，每兩個相鄰包之間的距離為10mm。；每兩個相凸苞之間的距離 為 7mm 30mmo實例2參閱圖11:波紋型仿生擴孔器，擴孔器除連接部分外的主體部分採用圓柱型，採用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結構鋼芯，b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴孔器外徑之比採用 0. 3 ；由凸-凹拋物線組合；波峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W = 0. 5 (如圖 8(c))，半波長為IOmm0實例3參閱圖12:波紋型仿生擴孔器，擴孔器除連接部分外的主體部分採用圓柱型，採用超高分子 量聚乙烯(UHMEPE)外套和結構鋼芯，b = 180mm, a = 80mm其直徑與擴孔器外徑之比採用 0. 3 ；連續型肋條之長度L等於擴孔器外圓周長100mm，即L = P ；斷續形肋條之長度為擴孔 器所在位置的周長的1/10，即採用12個斷續肋條；肋條底寬為8mm，肋條高度與肋條底寬之 比為0. 2 ；斷續分布的肋條兩端採用半個球缺形過渡到圓柱體的柱面上。
權利要求
1.一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其主體由圓錐型和圓柱型組成，其特徵在於，所述的主 體採用超高分子量聚乙烯外套(5)和結構鋼芯(6)，結構鋼芯(6)直徑與圓柱型外徑之比 為0. 1 0. 6，圓柱型表面採用凸包形、凹坑形或肋條形仿生幾何結構單元，仿生幾何結構 單元的凸包或凹坑為球缺形或拋物面形，凸包的高度H與包底圓直徑D之比H/D = 0. 05 0. 5，凸包在擴孔器表面上的分布採用規則分布或隨機均勻分布，每兩個相鄰凸包之間的距 離為7mm 30mmo
2.根據權利要求1所述的一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其特徵在於，所述的肋條形仿 生幾何結構單元採用直條形或波紋形，在圓柱型表面按環形或平行於圓柱形軸線縱向連 續、斷續、交叉或隨機均勻分布，斷續分布的肋條兩端採用半個球缺形過渡到圓柱體的柱面 上。
3.根據權利要求1或2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其特徵在於，所述的肋條形 仿生幾何結構單元的橫斷面輪廓結構為圓弧形、上凸形正弦函數曲線或上凸形拋物線。
4.根據權利要求2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其特徵在於，斷續分布的環形 肋條長度為擴孔器所在位置的周長的1/40 1/5，即採用5 40個斷續肋條，每根肋條底 寬為10 30mm，肋條高度與肋條底寬之比為0. 05 0. 5。
5.根據權利要求2所述的一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其特徵在於，縱向且連續分布 的肋條形仿生幾何結構單元，其長度等於圓柱型表面縱向長度L，斷續分布的肋條的長度為 圓柱型表面縱向長度L的1/20 1/2，即採用2 20個斷續肋條，肋條底寬為10 30mm， 肋條高度與肋條底寬之比為0. 1 0. 5。
6.根據權利要求1所述的一種鼠道犁仿生減阻擴孔器，其特徵在於，波紋形肋條形仿 生幾何結構單元的波紋表面縱向斷面採用正弦波形、由凸-凹拋物線組合而成的波紋形、 凸-凹半圓弧組合而成的波紋形或三角形波，所述的三角形波頂點處有圓弧過渡，前進方 向第一個角的角度θ為5° 45° ；波峰高度和波谷深度H與波紋的半波長W之比H/W =0. 01 0. 5，半波長為5mm 25mm。
全文摘要
本發明涉及農業耕作機械上的擴孔部件，特別是涉及一種仿生防粘減阻擴孔器。其目的是解決現有擴孔器粘土、磨損及阻力增大等問題。本發明的仿生減阻擴孔器之特徵包括擴孔器除連接部分外的主體部分採用圓柱型或圓錐形；採用超高分子量聚乙烯(UHMEPE)外套和結構鋼芯，如此，結構鋼芯棒可提高整體強度，芯棒的直徑可經強度校核後確定，其直徑與擴孔器外徑之比採用0.1～0.6；擴孔器表面採用仿生幾何結構表面設計，所謂仿生幾何結構是指學習土壤洞穴動物表面幾何結構具有減阻和耐磨功能的特徵，設計鼠道犁擴孔器表面仿生幾何結構。
文檔編號A01B11/00GK102057767SQ20101053129
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者佟金, 周江, 孫霽宇, 常志勇, 賈洪雷, 鄧志華, 陳東輝, 陳玉香, 馬雲海 申請人:吉林大學