專利名稱：一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)機(jī)械切割工作部件的刃口曲線幾何結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)的刃口曲線形式，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械中的切割構(gòu)件設(shè)計(jì)技術(shù)。
技術(shù)背景切割是機(jī)械運(yùn)行的重要目的之一，在農(nóng)業(yè)機(jī)械、林業(yè)設(shè)備、食品加工等眾多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械，收割機(jī)收割作物屬于切割的一種形式，這與蝗蟲撕咬葉子的目的一致，在園林機(jī)械當(dāng)中，伐木或是對(duì)多種灌木的修剪都要求切割設(shè)備具有良好的切割性能， 能夠應(yīng)對(duì)粗大的木料和堅(jiān)硬的枝條。根據(jù)蝗蟲的進(jìn)食特點(diǎn)，食物的纖維結(jié)構(gòu)與枝條木料類似，這就為有效切割奠定了基礎(chǔ)。而在日常生活中，人們經(jīng)常會(huì)使用刀具來(lái)對(duì)物體進(jìn)行切割，合理的刀具刃口形式有效的保證了切割的順利進(jìn)行，使用起來(lái)也會(huì)感到得心應(yīng)手?；认x因蝗蟲災(zāi)害而出名，蝗災(zāi)發(fā)生時(shí)，凡是蝗蟲飛過(guò)的地方片綠皆無(wú)。造成這種現(xiàn)象的原因與其進(jìn)食方式有直接的關(guān)系，而蝗蟲的進(jìn)食方式與它的口器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和口器內(nèi)各部分的運(yùn)動(dòng)機(jī)理密不可分。因?yàn)榛认x主要是靠口器中的上顎部分切斷、咬碎食物，因此蝗蟲的上顎為切斷工具的仿生研究對(duì)象，通過(guò)研究其口器的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能機(jī)理，可為農(nóng)業(yè)收割、林業(yè)伐木、及為滿足日常生活的切削、切割工具高效節(jié)能仿生設(shè)計(jì)提供仿生信息。因此探究蝗蟲的口器特點(diǎn)對(duì)于改進(jìn)切割型工具或用于切割的工作部件有著實(shí)在意義。
發(fā)明內(nèi)容為了提高傳統(tǒng)直線型刃口切割工作部件的切割效率和切割工作部件的壽命，本發(fā)明的目的在于提供一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與傳統(tǒng)直線型刃口進(jìn)行比較時(shí)，在切斷相同莖桿直徑的前提下，可大大減小能量消耗。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案結(jié)合
如下蝗蟲具有獨(dú)特的進(jìn)食性能，其口器不僅能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的切斷和撕咬葉片，而且對(duì)于相對(duì)自身較硬的食物也能很好的咬斷，為下一步的消化打好基礎(chǔ)。對(duì)提取的蝗蟲上顎進(jìn)行分析，得出蝗蟲上顎兩邊齒形的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)和單邊齒形的不規(guī)則排列是其最大特點(diǎn)。 與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)于刃口曲線的形式要既考慮仿生，同時(shí)要便于應(yīng)用加工。將傳統(tǒng)具有直線型刃口的切割部件的刃口加工成刃口邊緣呈具有本發(fā)明刃口曲線規(guī)則排列的形式，并將其切割部件應(yīng)用于切割?！N具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，該刃口的形式特征在于，所述的刃口曲線形式具有仿生幾何結(jié)構(gòu)，仿生刃口曲線的特征為1) 一個(gè)完整的刃口曲線單元由相同長(zhǎng)度的A、B、C三段曲線及A與B、B與C之間的過(guò)渡圓弧組成；2) A、B、C三段曲線均外凸成峰，且每段曲線最高點(diǎn)的左右兩側(cè)呈非對(duì)稱幾何特征； 其中A段曲線存在5處顯著的局部形態(tài)特征，B段曲線存在6處顯著的局部形態(tài)特征，C段曲線存在3處顯著的局部形態(tài)特征。[0010] e、f ；
設(shè)單位長(zhǎng)度為X，則該刃口曲線形式中的A段幾何形狀確定為
1)A段曲線存在5處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、c、d、
62° 32°
35c
2)a點(diǎn)與f點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；
3)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為58°-
4)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為-
5)b點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為6X 6.5X ；
6)c點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為6. 9X 7. 5X ；
7)c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為30° -
8)c點(diǎn)與d點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為1. 8X 2. 2X ；
9)d點(diǎn)與e點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為14.5C
10)d點(diǎn)與e點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為0.8X 1. IX
11)e點(diǎn)與f點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為47°
12)e點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為4X 4. 2X。
設(shè)單位長(zhǎng)度為X，過(guò)A段最外側(cè)點(diǎn)建立水平基準(zhǔn)線，則該刃口曲線形式中的B段幾
15c
5Γ
何形狀確定為 e、f、g
1)B段曲線存在6處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、c、d、
83° 42°
42c
2)a點(diǎn)與g點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；
3)a點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為1.5X 1. 7X
4)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為80°
5)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為40°
6)b點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為3.5X 38X ；
7)c點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為7. 5X ；
8)c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為40°
9)d點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為3. 5X 4X
ll)d點(diǎn)與e點(diǎn)，e點(diǎn)與f點(diǎn)均為兩個(gè)不同圓弧上的點(diǎn)，且d、e兩點(diǎn)所形成的圓弧半徑約為e、f點(diǎn)所形成的圓弧半徑的1. 4 1. 6倍；12)f點(diǎn)與g點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為42° 45°。設(shè)單位長(zhǎng)度為X，過(guò)A段最外側(cè)點(diǎn)建立水平基準(zhǔn)線，則該刃口曲線形式中的C段幾何形狀確定為1) C段曲線存在3處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、c、d ；2) a點(diǎn)與d點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；3)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為75° 77° ；4)b點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為2. 5X 2. ；5)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為30° 40° ；6) c點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為為6. 5X 7X ；7) c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為42° 47°。本實(shí)用新型的有益效果當(dāng)將傳統(tǒng)剪刀的刀刃部分改為具有本發(fā)明的刃口曲線的刀刃與傳統(tǒng)剪刀通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行切斷對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，對(duì)同一綠籬枝進(jìn)行切割，安排實(shí)地試驗(yàn)檢測(cè)其作業(yè)質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明吸收了仿生學(xué)的研究成果，符合滑切原理，切割效率高，植物莖同直徑條件下能量消耗低，且性能優(yōu)良。較傳統(tǒng)刀或剪，具有切割省力、不需二次處理、切口質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式
設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了仿生應(yīng)用及部件加工的可行性，以曲線形式呈直線式重復(fù)分布排列和呈圓弧式重復(fù)分布排列為例。結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明圖1為刃口曲線形式示意圖；圖2為將刃口曲線形式分為A、B、C三段曲線的示意圖圖3為A段曲線分界點(diǎn)示意圖圖4為B段曲線分界點(diǎn)示意圖圖5為C段曲線分界點(diǎn)示意圖圖6為帶有仿生刃口曲線的剪刀俯視圖；圖7為帶有仿生刃口曲線的刀的示意圖；圖8為帶有仿生刃口曲線的圓鋸片的示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所述實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容及實(shí)施方式。實(shí)施方式設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了仿生應(yīng)用及部件加工的可行性，以曲線形式呈直線式重復(fù)分布排列和呈圓弧式重復(fù)分布排列為例。結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的非限定實(shí)施例如下實(shí)施例一剪刀本例具有仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的刃口曲線的新型剪刀的具體結(jié)構(gòu)由圖6示出。該例的新型仿生剪刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是剪刀的兩個(gè)配對(duì)刀刃的刃口為仿生曲線形式，異于傳統(tǒng)刀刃的直線或鋸齒刃口形式，且符合刃口曲線上的A段a點(diǎn)與B段g點(diǎn)與C段a、d點(diǎn)的連線在同一直線上和刃口曲線上的A段曲線、B段曲線、C段曲線呈周期性的重復(fù)出現(xiàn)的要求。實(shí)施例二 日常切凍肉用刀本例具有仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的刃口曲線的新型刀的具體結(jié)構(gòu)由圖7示出。本例所述的具有仿生幾何外形的新型日常切凍肉用刀與傳統(tǒng)日常生活用的刀的主要區(qū)別是刀刃的刃口為仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的刃口曲線形式。與實(shí)施例一不同的是刀刃的刃口滿足本發(fā)明刃口曲線的部分應(yīng)用的要求，有曲線上的A段或B段或C段的局部曲線的出現(xiàn)。實(shí)施例三用于旋轉(zhuǎn)切割的圓鋸片本例具有仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的刃口曲線的新型圓鋸片的具體結(jié)構(gòu)由圖8示出。本例所述的具有仿生幾何外形的新型用于旋轉(zhuǎn)切割的圓鋸片的特點(diǎn)是該例圓鋸刀片的最外圓為仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的刃口曲線形式，仿生刃口曲線的大小由對(duì)應(yīng)圓心或半(直)徑確定。與實(shí)施例一不同的是滿足刃口曲線上的A段a點(diǎn)與B段g點(diǎn)與C段a、d點(diǎn)的連線在同一圓上的要求。
權(quán)利要求1.一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是所述的刃口曲線形式具有仿生幾何結(jié)構(gòu)，仿生刃口曲線的特征為1)一個(gè)完整的刃口曲線單元由相同長(zhǎng)度的A、B、C三段曲線及A與B、B與C之間的過(guò)渡圓弧組成；2)A、B、C三段曲線均外凸成峰，且每段曲線最高點(diǎn)的左右兩側(cè)呈非對(duì)稱幾何特征；其中A段曲線存在5處顯著的局部形態(tài)特征，B段曲線存在6處顯著的局部形態(tài)特征，C段曲線存在3處顯著的局部形態(tài)特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是設(shè)單位長(zhǎng)度為 X，則該刃口曲線形式中的A段幾何形狀確定為1)A段曲線存在5處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、C、d、e、f；2)a點(diǎn)與f點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；3)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為58° 62°；4)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為 32°；5)b點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為6X 6.5X ；6)c點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為6. 9X 7. 5X ；7)c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為30° 35° ；8)c點(diǎn)與d點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為1. 8X 2. 2X ；9)d點(diǎn)與e點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為14.5° 15° ；10)d點(diǎn)與e點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為0.8X 1. IX ；11)e點(diǎn)與f點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為47° 51° ；12)e點(diǎn)與a點(diǎn)兩點(diǎn)之間的垂直距離為4X 4. 2X。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是設(shè)單位長(zhǎng)度為 X，過(guò)A段最外側(cè)點(diǎn)建立水平基準(zhǔn)線，則該刃口曲線形式中的B段幾何形狀確定為1)B段曲線存在6處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、C、d、e、f、g ；2)a點(diǎn)與g點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；3)a點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為1.5X 1. 7X ；4)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為80° 83°；5)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為40° 42°；6)b點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為3.5X 38X ；7)c點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為7. 5X ；8)c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為40° 42° ；9)d點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為3. 5X 4X ；11)d點(diǎn)與e點(diǎn)，e點(diǎn)與f點(diǎn)均為兩個(gè)不同圓弧上的點(diǎn)，且d、e兩點(diǎn)所形成的圓弧半徑約為e、f點(diǎn)所形成的圓弧半徑的1. 4 1. 6倍；12)f點(diǎn)與g點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為42° 45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是設(shè)單位長(zhǎng)度為 X，過(guò)A段最外側(cè)點(diǎn)建立水平基準(zhǔn)線，則該刃口曲線形式中的C段幾何形狀確定為1) C段曲線存在3處顯著的局部形態(tài)特征，各形態(tài)特征區(qū)段的分界點(diǎn)為a、b、c、d ；2)a點(diǎn)與d點(diǎn)兩點(diǎn)之間的水平距離為14X 14. 5X ；3)a點(diǎn)與b點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為75° 77°；4)b點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為2.5X 2. ；5)b點(diǎn)與c點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為30° 40°；6)c點(diǎn)與水平基準(zhǔn)線之間的垂直距離為為6. 5X 7X ；7)c點(diǎn)與d點(diǎn)的連線與水平的傾角(銳角)為42° 47°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是刃口曲線上的 A段a點(diǎn)與B段g點(diǎn)與C段a、d點(diǎn)的連線在同一直線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是刃口曲線上的 A段曲線、B段曲線、C段曲線呈周期性的重復(fù)出現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是刃口曲線上的 A段a點(diǎn)與B段g點(diǎn)與C段a、d點(diǎn)的連線可在同一弧線上或可在同一圓上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)，其特征是刃口曲線的部分應(yīng)用，含有曲線上的A段或B段或C段的局部曲線的出現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)業(yè)機(jī)械切割工作部件的刃口曲線幾何結(jié)構(gòu)特征，特別是涉及一種具有仿生幾何特征的刃口結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型以蝗蟲上顎為仿生研究對(duì)象，將其特有的幾何結(jié)構(gòu)特征應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械上的切割工作部件的刃口設(shè)計(jì)。該刃口的形式特征在于1)一個(gè)完整的刃口曲線單元由相同長(zhǎng)度的A、B、C三段曲線及A與B、B與C之間的過(guò)渡圓弧組成。2)A、B、C三段曲線均外凸成峰，且每段曲線最高點(diǎn)的左右兩側(cè)呈非對(duì)稱幾何特征；其中A段曲線存在5處顯著的局部形態(tài)特征，B段曲線存在6處顯著的局部形態(tài)特征，C段曲線存在3處顯著的局部形態(tài)特征。
文檔編號(hào)B26B13/06GK202019572SQ201120010338
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者周鳴川, 權(quán)龍哲, 王金武, 趙藝, 顏武軍 申請(qǐng)人:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)