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)準線(F)和外準線(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。
【專利說明】基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)耕作機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】
[0002]隨著深松技術的不斷推廣應用，對深松作業(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，通過合理設計深松鏟的結構從而降低深松作業(yè)的工作阻力，這對于進一步推廣深松技術有著重要的意義。
[0003]深松鏟的耕作阻力來自于鏟柄和鏟尖，而鏟柄的結構形式對深松鏟的阻力有巨大的影響，通過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系，另外棕熊在挖掘洞穴的過程中是通過爪趾的移動來完成的，這與深松鏟的耕作過程十分相似，因此，將其爪趾曲線應用于深松鏟柄的設計有著較強的理論基礎。在對棕熊前爪趾的研究過程中，發(fā)現(xiàn)其輪廓線具有冪函數(shù)曲線的特征，這種結構使得棕熊在挖掘洞穴的過程中能夠大大減小阻力，因此，將該曲線形式應用于深松鏟柄的設計中，能夠達到降低耕作阻力的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設計一種基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄，以達到減小耕作阻力節(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，它由機架連接段H1，觸土曲線段H2和鏟尖連接段H3組成，內(nèi)準線前部有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，觸土曲線段能夠模仿棕熊挖掘時的形態(tài)。觸土曲線段內(nèi)準線F和外準線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程中可以使其刃口前方土壤斜向上運動，這樣可以減少對土壤的擠壓從而降低耕作阻力，同時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具的工作阻力減少9%。
【專利附圖】

【附圖說明】[0008]圖1是基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄結構示意圖；
[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。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖所示實例進一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實施方式。
[0014]參照圖1至圖3，基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄由由機架連接段H1，觸土曲線段H2和鏟尖連接段H3組成，內(nèi)準線前部有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)國標JB/T9788-1999標準)，I為55mm，J為25mm (依據(jù)國標JB/T9788-1999標準)。觸土曲線段H2為采用冪函數(shù)曲線得到的仿生結構，由E、F、G三段曲線構成，曲線取自棕熊爪趾輪廓曲線(拍攝棕熊爪趾照片，利用Matlab軟件對爪趾輪廓進行描點，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)準線F和外準線G是分別按照擬合得到的如下兩個方程制得的曲線:
[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)深松鏟柄的設計要求，將得到的曲線進行等比例縮小，經(jīng)過優(yōu)化設計后的曲線段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]以中華人民共和國機械行業(yè)標準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構為基礎進行設計制作。
[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)準線和外準線前端鏟尖連接段H3中N為10mm，P為25mm，其他尺寸按照國標中規(guī)定的進行設計。
【權利要求】
1.基于冪函數(shù)曲線的仿生減阻深松鏟柄，它由機架連接段(H1),觸土曲線段(H2)和鏟尖連接段(H3)組成，內(nèi)準線(F)的前部有60°刃角的刃口，刃口前輪廓線(E)與內(nèi)準線(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)準線(F)和外準線(G)采用冪函數(shù)曲線特征的仿生結構，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】A01B13/08GK103797906SQ201310756322
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】陳軍, 李博, 韓冰, 夏蕊, 慕軍營, 馬陽, 王峰霞, 劉凡一, 王榮, 槭樹騰 申請人:西北農(nóng)林科技大學