基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械上的典型耕作部件深松鏟，特別是涉及一種基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄，它由機(jī)架連接段(H1)，觸土曲線段(H2)和鏟尖連接段(H3)組成。其特征在于：本發(fā)明是基于棕熊爪趾表面輪廓線，其形狀具有冪函數(shù)的曲線形式，深松鏟柄觸土曲線段的內(nèi)準(zhǔn)線(F)和外準(zhǔn)線(G)分別按如下冪函數(shù)方程式制得：y1＝1917000x1(-1.658)+8.743；y2＝5299x2(-0.5737)-114.3。鏟尖連接段(H3)的鏟尖安裝平面與水平面之間的夾角α為20°～24°。該種基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄可使深松鏟的工作阻力減少9％，有利于節(jié)約能耗。
【專利說(shuō)明】基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械上的一種具有減阻作用的基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著深松技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，對(duì)深松作業(yè)的耕作質(zhì)量和能耗提出了更高的要求。深松鏟是深松機(jī)最主要的工作部件，如果能夠在保證作業(yè)質(zhì)量的前提下，通過(guò)合理設(shè)計(jì)深松鏟的結(jié)構(gòu)從而降低深松作業(yè)的工作阻力，這對(duì)于進(jìn)一步推廣深松技術(shù)有著重要的意義。
[0003]深松鏟的耕作阻力來(lái)自于鏟柄和鏟尖，而鏟柄的結(jié)構(gòu)形式對(duì)深松鏟的阻力有巨大的影響，通過(guò)改變深松鏟柄觸土曲線，在保證作業(yè)質(zhì)量的前提下減小耕作阻力。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，棕熊善于挖掘洞穴，這與其前爪趾的形狀有著密不可分的關(guān)系，另外棕熊在挖掘洞穴的過(guò)程中是通過(guò)爪趾的移動(dòng)來(lái)完成的，這與深松鏟的耕作過(guò)程十分相似，因此，將其爪趾曲線應(yīng)用于深松鏟柄的設(shè)計(jì)有著較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。在對(duì)棕熊前爪趾的研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其輪廓線具有冪函數(shù)曲線的特征，這種結(jié)構(gòu)使得棕熊在挖掘洞穴的過(guò)程中能夠大大減小阻力，因此，將該曲線形式應(yīng)用于深松鏟柄的設(shè)計(jì)中，能夠達(dá)到降低耕作阻力的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄，以達(dá)到減小耕作阻力節(jié)約能耗的作用。
[0006]本發(fā)明基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄如圖1所示，它由機(jī)架連接段H1，觸土曲線段H2和鏟尖連接段H3組成，內(nèi)準(zhǔn)線前部有60°刃角的刃口，刃口前輪廓線E與鏟柄工作段內(nèi)準(zhǔn)線F平行，鏟尖連接段比的鏟尖安裝平面與水平面之間的夾角α為20。~24°。在耕作時(shí)，觸土曲線段能夠模仿棕熊挖掘時(shí)的形態(tài)。觸土曲線段內(nèi)準(zhǔn)線F和外準(zhǔn)線G分別按照如下冪函數(shù)方程制得:
Y1 = 1917000Χιη.658) +8.743 ；
y2 = 5299χ2(_α 5737)-1 14.3 ；
式中，X1的取值范圍是116 ^ X1 ^ 500，X2的范圍是26≤X2≤500，擬合函數(shù)圖像的X軸以pixels為單位。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄在耕作過(guò)程中可以使其刃口前方土壤斜向上運(yùn)動(dòng)，這樣可以減少對(duì)土壤的擠壓從而降低耕作阻力，同時(shí)這種曲線形式可以減小摩擦力，有效的減少了能耗。研究表明，使用這種基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄可以使深松機(jī)具的工作阻力減少9%。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0008]圖1是基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是圖1的左視圖；
[0010]圖3是圖2所示A-A向剖面視圖；
[0011]圖4是棕熊的前爪中趾上表面輪廓曲線；
[0012]圖5是棕熊的前爪中趾下表面輪廓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖所示實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式。
[0014]參照?qǐng)D1至圖3，基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄由由機(jī)架連接段H1，觸土曲線段H2和鏟尖連接段H3組成，內(nèi)準(zhǔn)線前部有60°刃角的刃口，刃口前輪廓線E與鏟柄工作段內(nèi)準(zhǔn)線F平行，鏟尖連接段H3的鏟尖安裝平面與水平面之間的夾角α為20°~24°。根據(jù)深松鏟作業(yè)一般要求，HJHfH3 = 600mm，H1為280mm(依據(jù)國(guó)標(biāo)JB/T9788-1999標(biāo)準(zhǔn))，I為55mm，J為25mm (依據(jù)國(guó)標(biāo)JB/T9788-1999標(biāo)準(zhǔn))。觸土曲線段H2為采用冪函數(shù)曲線得到的仿生結(jié)構(gòu)，由E、F、G三段曲線構(gòu)成，曲線取自棕熊爪趾輪廓曲線(拍攝棕熊爪趾照片，利用Matlab軟件對(duì)爪趾輪廓進(jìn)行描點(diǎn)，經(jīng)曲線擬合得到其冪函數(shù)形式的曲線方程)。觸土曲線段的內(nèi)準(zhǔn)線F和外準(zhǔn)線G是分別按照擬合得到的如下兩個(gè)方程制得的曲線:
[0015]Y1 = 1917000Χιη.658)+8.743 ；
[0016]y2 = 5299χ2(_0.5737)-114.3 ；
[0017]式中，X1的取值范圍是116 ^ X1 ^ 500，X2的范圍是26 ^ X2 ^ 500，擬合函數(shù)圖像的X軸以Pixels為單位。根據(jù)深松鏟柄的設(shè)計(jì)要求，將得到的曲線進(jìn)行等比例縮小，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的曲線段E、F、G如圖1所示。鏟柄前伸量L與耕深D的比值L/D的取值范圍
0.7 ≤ L/D ( 0.85。
[0018]以中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T9788-1999《深松鏟和深松鏟柄》所規(guī)定的中型深松鏟的尺寸和結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。
[0019]耕深要求D = 320mm,取X1的范圍是116 < X1 < 500, X2的范圍是26 ^ x2 ^ 500,將圖2及圖3中的曲線坐標(biāo)值x1>y1>x2>y2整體縮小，比例系數(shù)為0.47，得到L = 250mm, L/D = 0.78。
[0020]內(nèi)準(zhǔn)線和外準(zhǔn)線前端鏟尖連接段H3中N為10mm，P為25mm，其他尺寸按照國(guó)標(biāo)中規(guī)定的進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄，它由機(jī)架連接段(H1),觸土曲線段(H2)和鏟尖連接段(H3)組成，內(nèi)準(zhǔn)線(F)的前部有60°刃角的刃口，刃口前輪廓線(E)與內(nèi)準(zhǔn)線(F)平行，其特征在于鏟尖安裝平面與水平面之間的夾角α為20。~24° ;觸上曲線段的內(nèi)準(zhǔn)線(F)和外準(zhǔn)線(G)采用冪函數(shù)曲線特征的仿生結(jié)構(gòu)，所用的曲線方程為:
Y1 = 1917000Χιη.658)+8.743 ；
y2 = 5299χ2(_0.5737)-114.3 ； 式中，X1的取值范圍是116 ^ X1 ^ 500，X2的范圍是26≤X2≤500，擬合函數(shù)圖像的X軸以pixels為單位 。
【文檔編號(hào)】A01B13/08GK103797906SQ201310756322
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】陳軍, 李博, 韓冰, 夏蕊, 慕軍營(yíng), 馬陽(yáng), 王峰霞, 劉凡一, 王榮, 槭樹(shù)騰 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)