基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲制造技术

基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲，涉及农业耕作机械上的典型耕作部件深松铲，由圆弧形铲柄和仿生铲尖组成，仿生铲尖的触土工作面是基于金蝉头部侧向轮廓曲线经等比例放大和横向拉伸制得，该金蝉头部侧向轮廓曲线的方程式为：y=

【技术实现步骤摘要】
基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲


[0001]本专利技术涉及农业耕作机械设备
，具体为一种基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲。

技术介绍

[0002]机械化深松作业能够打破农田犁底层，消除土壤压实，促进土壤水分入渗和作物根系深扎。深松铲是深松作业最主要的工作部件，而深松作业阻力和油耗非常高，迫切需要对深松铲的结构进行优化设计，以减少深松作业阻力，这对于促进机械化深松技术的推广应用具有十分重要的意义。
[0003]深松铲的耕作阻力主要来自于铲尖和铲柄，而铲尖的结构形式对深松铲的阻力具有重要影响，合理地改变深松铲铲尖的触土曲面能够减小深松铲的耕作阻力。
[0004]研究发现，金蝉能够在土壤中自由移动，这与其头部曲线的形状具有密切关系；另外，在土壤中运动的金蝉的头部和深松铲的铲尖均为线性移动，因此，将金蝉头部曲线应用于深松铲铲尖的设计具有较强的理论基础。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲，以减少深松铲耕作阻力，降低深松作业油耗。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲；由圆弧形铲柄和仿生铲尖组成，仿生铲尖的触土工作面是由轮廓曲线A经等比例放大和横向拉伸制得，该轮廓曲线A的曲线方程式为：y=
‑
0.0805x2+1.2157x+2.0762，x的取值范围是0 mm ≤x≤8 mm，该铲柄上的连接铲尖段与水平面之间的夹角α为20
‑
25
°
。
[0007]作为优选方案，所述的圆弧形铲柄包括铲柄直柄段、铲柄圆弧段和连接铲尖段，其中连接铲尖段与水平面之间的夹角α为23
°
。
[0008]作为优选方案，所述铲柄圆弧段的内侧面设有内切削刃和外切削刃。
[0009]作为优选方案，所述外切削刃的半径为318
‑
322
㎜
，内切削刃的半径为303
‑
308
㎜
。
[0010]作为优选方案，所述仿生铲尖是由连接铲柄面、触土工作面、铲尖左侧面、铲尖右侧面、第一耐磨面和第二耐磨面合围而成，其中所述第一耐磨面位于仿生铲尖的尖端，第一耐磨面通过第二耐磨面分别与铲尖左侧面以及铲尖右侧面相衔接。
[0011]作为优选方案，所述的触土工作面是基于金蝉头部轮廓曲线经等比例放大和横向拉伸制得，该曲线的两端点之间的距离为L0，将得到的曲线进行等比例放大，放大比例为L/L0；对放大后的轮廓曲线进行横向拉伸，拉伸的距离为B，得到仿生铲尖的触土工作面。
[0012]本专利技术的有益效果是：本方案通过优化设计，基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲能够减小深松作业过程中的土壤扰动面积，降低深松作业阻力和能耗。室内土槽试验和离散元仿真试验研究结果表明，在不同耕作深度（250
‑
350 mm）和耕作速度（0.5
‑
2.5 m/s）下，使用这种基
于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲能够使深松作业阻力平均减少12.03%。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本专利技术基于金蝉头部曲线的仿生减阻深松铲的主视图；图2为本专利技术基于金蝉头部曲线的仿生减阻深松铲的铲尖的轴测图；图3为本专利技术基于金蝉头部曲线的仿生减阻深松铲的铲尖的俯视图；图4为金蝉头部侧向轮廓曲线；图5为不同耕深条件下本专利技术基于金蝉头部曲线的仿生减阻深松铲与国标凿形深松铲的水平耕作阻力对比图；图6为不同耕作速度条件下本专利技术基于金蝉头部曲线的仿生减阻深松铲与国标凿形深松铲的水平耕作阻力对比图。
具体实施方式
[0015]下面，通过示例性的实施方式对本专利技术进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其他实施方式中。
[0016]需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。
[0017]实施例1、下面结合附图1
‑
6对本实施例的结构及工作过程进行详细描述：参考图1至图3，本专利技术基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲由圆弧形铲柄1和仿生铲尖2组成，其中圆弧形铲柄1属于国标重型圆弧形铲柄，包括深松铲固定孔1
‑
1、铲柄直柄段1
‑
2、铲柄圆弧段1
‑
3、连接铲尖段1
‑
4、铲柄连接孔1
‑
5和铲柄连接孔Ⅱ1
‑
6，其中连接铲尖段1
‑
4与水平面之间的夹角（即入土角）α为20
‑
25
°
，本实施例中优选用23
°
，铲柄宽度a是80mm，总高H是706.5mm，外圆弧半径R0是320mm，所述铲柄圆弧段的内侧面设有内切削刃和外切削刃，其中所述外切削刃的半径为318
‑
322
㎜
，内切削刃的半径为303
‑
308
㎜
；本实施例中切削刃外径R1是305mm，切削刃内径R2是279mm；仿生铲尖2的长度L是165mm，宽度B是40mm，包括连接铲柄面2
‑
1、触土工作面2
‑
2、铲尖连接孔2
‑
3、铲尖连接孔Ⅱ2
‑
4、铲尖左侧面2
‑
5、铲尖右侧面2
‑
6、第一耐磨面2
‑
7和第二耐磨面2
‑
8，其中，所述仿生铲尖2是由连接铲柄面2
‑
1、触土工作面2
‑
2、铲尖左侧面2
‑
5、铲尖右侧面2
‑
6、第一耐磨面2
‑
7和第二耐磨面2
‑
8合围而成，其中所述第一耐磨面2
‑
7位于
仿生铲尖2的尖端，第一耐磨面2
‑
7通过第二耐磨面2
‑
8分别与铲尖左侧面2
‑
5以及铲尖右侧面2
‑
6相衔接；仿生铲尖2与圆弧形铲柄1通过铲柄连接孔1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲，其特征在于：由圆弧形铲柄和仿生铲尖组成，仿生铲尖的触土工作面是由轮廓曲线A经等比例放大和横向拉伸制得，该轮廓曲线A的曲线方程式为：y=
‑
0.0805x2+1.2157x+2.0762，x的取值范围是0 mm ≤x≤8 mm，该铲柄上的连接铲尖段与水平面之间的夹角α为20
‑
25
°
。2.根据权利要求1所述的一种基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲，其特征在于：所述的圆弧形铲柄包括铲柄直柄段、铲柄圆弧段和连接铲尖段，其中连接铲尖段与水平面之间的夹角α为23
°
。3.根据权利要求2所述的一种基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生减阻深松铲，其特征在于：所述铲柄圆弧段的内侧面设有内切削刃和外切削刃。4.根据权利要求3所述的一种基于金蝉头部侧向轮廓曲线的仿生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学振，杜睿治，李文豪，杜代维，刘玥彤，周浩，姬江涛，王升升，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：