一种土壤运输机器，例如装备有推土机铲刀（１２）的履带式拖拉机（１０），包括具有防粘连仿生突出部（２３）的阵列（２５）的土壤运输相互作用表面（２２）（铲刀），该突出部从底部表面（２４）伸出。仿生突出部（２３）可具有平滑凸起形状，特别是在例如重粘土的粘性土壤中，仿生突出部以减小土壤粘连和相关反带现象的方式设置尺寸以及进行分布。仿生突出部（２３）可被直接结合到推土机铲刀（１２）的表面内，或者可以是以传统方式附接到铲刀主体（２０）的可更换衬垫（１５）的一部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种有助于土壤运输的机器，并且更特别是，涉及一种具有仿生 突出部的阵列以防止土壤粘连的土壤运输相互作用表面。
技术介绍
土壤粘连和相关反带现象通常出现在土壤运输机器与土壤相互作用时。土壤与土 壤运输相互作用表面的粘连造成通常称为反带的现象，这种现象增加了工作阻力和机器的 能量消耗，并且在许多场合下降低工作质量。已知在某些粘性土壤类型中工作时单单由于 反带现象，挖掘机铲斗、推土机铲刀以及翻斗卡车的自卸车厢的性能就会降低30% -50%。 虽然大多数土壤运输相互作用表面包括在其制造中固有的拐角、边缘和其它表面特征，但 它们大部分是平滑表面。虽然土壤粘连和相关的反带现象通常在例如松散土壤的许多土壤 类型中并不是显著问题，但在例如重粘土的其它土壤类型中，土壤粘连和相关的反带现象 会显著地降低效率。因此，根据特殊位置和工作循环中遇到的土壤类型，特定土壤运输机器 的效率会在相对极端的情况之间摆动。在本领域中已经长时间认识到与土壤粘连和反带现象相关的问题，并且已经尝试 了多种解决方法。例如US专利No. 5601325教导了在50-80%的铲刀表面上包含多个开口 以防止土壤粘连。其它的方法尝试使用电子渗透、振动机构、润滑策略以及甚至土壤相互作 用表面上的多种聚合物和搪瓷涂层的措施来解决土壤粘连的问题。但是这些方法都不能证 明在商业上是可行的。土壤粘连已经在涉及耕作设备的相关
中被公认为是一个问题。耕作与土 壤运输的差别之处在于耕作涉及例如采用耕犁通过翻转土壤而在一个位置处挖掘土壤，但 没有运输，并且培养或打碎土壤以便更好地有助于作物生长。中国吉林大学的研究人员已 经报告了成功地将仿生工程技术应用在耕犁上。仿生指的是在人造物体的设计中模仿自然 界被观察的问题/解决方法的现象的概念。例如，通常以商标名称Velcro而为人所知的钩 和环紧固件采用了仿生技术，通过观察自然界中某些种子的结构以形成紧固件，该结构包 括抓住衣物或动物皮毛的钩状附件。这种植物策略可有助于将种子远离其母体植物承载。 另一例子可以是具有纹理表面的饭勺，该纹理表面似乎可以防止米粒粘连到饭勺上。在吉 林大学研究中，研究人员融合了多种穴居昆虫的表面纹理，以得到变型的耕犁片表面。特别 是，某些金龟子包括明显有助于防止土壤粘连的纹理表面。研究的结果得到一种具有不平 滑表面的采用仿生原理的犁壁。特别是，所示的耕犁包括在大约5%的耕犁表面上分布的 多个凸出的突起。突起以考虑到在耕犁地过程中与耕犁接触的土壤的剪切方向的方式来分 布。虽然吉林大学的耕犁提出了防粘连的昆虫策略会在某些耕地设备中得到应用，但对于 如何得到土壤运输机器中的土壤粘连的仿生解决方法提供了非常少的指导。因此，似乎是与土壤粘连相关的一些问题已经通过一些穴居昆虫经由其外骨骼土 壤接触表面上的几何形状纹理表面形态来解决，例如金龟子、蚂蚁、蝼蛄和其它类似昆虫。 这些粗糙的表面形态(其范围通常在0. 075-0. 20mm的等级)明显使得动物自由运动穿过土壤，并防止土壤粘连到其身体上。虽然所有这些穴居昆虫的表面结构是不平滑的，它们彼 此很大程度地变化。另外，它们没有给出如何将这些表面特征在尺寸、形状、密度和其它因 素上进行缩放以解决例如挖掘机、推土机、翻斗卡车和类似机器的土壤运输机器中出现的 土壤粘连问题的线索。本专利技术针对以上提出的一个或多个问题。
技术实现思路
在一个方面，机器包括具有执行装置组件的机器主体，该执行装置组件具有土壤 运输相互作用表面。土壤运输相互作用表面包括底部表面和从该底部表面伸出的防粘连仿 生突出部的阵列。在另一方面，执行装置包括具有连接器的执行装置主体和土壤运输相互作用表 面。土壤运输相互作用表面包括底部表面和从底部表面伸出的防粘连仿生突出部的阵列。 防粘连仿生突出部构成土壤运输相互作用表面的总面积的至少大约15%。在又一方面，运输土壤的方法包括通过运动土壤运输相互作用表面将土壤从第一 位置运输到第二位置。土壤与土壤运输相互作用表面的粘连通过在运输步骤过程中迫使土 壤接触防粘连仿生突出部来减少。附图说明 图1是根据本专利技术一个方面的机器的透视图；图2是根据本专利技术另一方面的推土机铲刀衬垫的示意图；图3是根据本专利技术另一方面的示例性仿生突出部的截面侧视图；图4是根据本专利技术又一方面的机器的侧视图；以及图5是根据本专利技术另一方面的机器的侧视图。具体实施例方式参考图1，表示成履带式拖拉机的机器10包括具有推土机铲刀组件形式的执行装 置组件12的机器主体11。推土机铲刀组件25包括具有连接器21的推土机铲刀主体20， 连接器21有助于连接到机器主体11。推土机铲刀主体20还包括土壤运输相互作用表面 22，土壤运输相互作用表面22具有相对平滑的底部表面24和从底部表面24伸出的防粘连 仿生突出部23的阵列25。因此，除了仿生突出部23，铲刀组件12大致与现有技术的铲刀 组件相同。换言之，底部表面24主要是平滑的，但可包括拐角、边缘、焊点、螺栓头以及类似 物。因此，根据本专利技术的底部表面可以主要是平滑的，但是可能包括与执行装置构造和功能 相关的多种表面特征。通过防粘连仿生突出部23的阵列限定的图案可以包括或不包括重 复图案。例如，图1所示的阵列25表示限定重复图案的偏移排列分布的突出部23。然而， 本领域普通技术人员将理解到任何预定的图案(不管重复与否)都落入本专利技术的预定范围 内。仿生突出部23可以经由例如焊接或螺纹连接的任何适当方式被附接到推土机铲 刀主体20，或者如图2所示形成可更换的衬垫15的一部分。本领域的普通技术人员将理解 至IJ，当机器要使用在例如去除岩石的严重磨损环境中时，一些推土机铲刀组件制造商为使用者提供可更换的耐磨衬垫的选择。因此，根据本专利技术的衬垫14在机器10操作在例如粘土 的相对粘性的土壤环境下时为使用者提供另一使用选择。衬垫15包括连接器(未示出)， 该连接器有助于以传统方式附接到推土机铲刀主体20，并随着不同机器制造商而不同。图 2还用来描述获得适用于给定应用的阵列25的多种设计选择。一些约束条件包括具有固定 长度L和固定宽度W的铲刀。假设突出部23以排列方式分布，设计者会具有选择沿着长度 尺寸L分布的多个突出部以及沿着宽度尺寸W分布的多个突出部23的选择。另外，与总表 面面积(LXW)的一部分以及突出部23之间的间距S相关的突出部尺寸D都是设计选择的 事情。另外，图3用来描述能够得到的另一设计选择是突出部23的形状以及突出部从底部 表面24伸出的高度H。将本专利技术应用于推土机铲刀组件的最初测试表明仿生突出部23会需要覆盖总表 面面积的至少大约15%，以便在性能上实现很大效益。术语“大约”指的是在数字四舍五入 到必要数量的有效数字时，该数字是相同的。例如14. 5 是大约15。测试还表明来自于防粘 连仿生突出部23的性能优点在其占土壤相互作用表面22的总面积的15%-大约30%的范 围内出现峰值。测试还表明所得到的优点在仿生突出部23覆盖超过土壤运输相互作用表 面22的30%时是不显著的。然而，本专利技术考虑到土壤运输相互作用表面的小于15%或大 于30%被根据本专利技术的突出部23覆盖的情况。例如，在某些类型的土壤中，以不同于推土 机铲刀组件的形式与土壤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机器（１１、１１１、２１１），包括：机器主体（１１、１１１、２１１），其包括具有土壤运输相互作用表面（２２、１２２、２２２）的执行装置组件（１２、１１２、２１２）；并且所述土壤运输相互作用表面（２２、１２２、２２２）包括底部表面（２４、１２４、２２４）和从所述底部表面（２４、１２４、２２４）伸出的防粘连仿生突出部（２３、１２３、２２３）的阵列（２５）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：V塔索维斯基，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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