CN104982138A - 一种芦苇收割机仿生切割刀片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芦苇收割机仿生切割刀片，属于农业机械设备技术领域。该刀片包括具有上下表面以及两斜边的刀片基体，所述刀片基体由下表面的两斜边分别通过形成刀片刃角的刃面过渡到上表面，所述刃面的外侧间隔分布一组切割齿，所述切割齿由圆柱齿背及切割齿廓线构成，形成所述圆柱齿背的圆柱轴线与下表面成大于刀片刃角的齿尖角，所述切割齿廓线为天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线。采用本发明由于切割阻力明显减小，因此功耗大大降低，并且切割质量好，完全避免了芦苇茎秆被割刀推倒，以及割台输送堵塞现象。有理由认为：天牛经过漫长进化，形成了在咀嚼咬切方面具有独特优势的上颚，将其仿生运用到芦苇收割机切割刀片是一种理想的优化设计。

Description

一种芦苇收割机仿生切割刀片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种割刀，尤其是一种芦苇收割机仿生切割刀片，同时涉及其制造方法，属于农业机械设备技术领域。

背景技术

芦苇是一种多年生禾本科植物，一次种植可多次收获，是非常重要的生态、社会、经济资源，在作为造纸原料、优良牧草、固土整沼、保持生态平衡等多方面都具有极大优势。

成熟期芦苇茎秆木质部外皮较厚、质地较硬，据申请人了解：目前芦苇收割机采用的往复双动刀式三角形尖齿切割器普遍存在切割阻力大、功耗高的问题。并且实践证明，事实上切割质量也存在很大问题，因为现有切割刀片不能及时地可靠割断芦苇茎秆，而随着收割机的前进，芦苇茎秆就会被割刀推倒，造成漏割、割台输送堵塞、茎秆倾倒等一系列连锁反应，导致机收故障频发，严重影响了芦苇收割的工作效率和机收效益。

因此，研制出切割阻力小、功耗低、切割质量好的切割器刀片成为实现芦苇收割机高效、高质、低耗收割的关键课题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有芦苇收割机切割刀片存在的问题，提出一种切割阻力小、功耗低、切割质量好的芦苇收割机仿生切割刀片，同时给出其制造方法。

为达到以上目的，申请人注意到：天牛以芦苇茎叶为食，是芦苇的常见害虫，其口器上颚独特的结构具有优良的咀嚼割切性能，能够将夹在左右上颚中间的植物茎节一次性咬断，造成整株芦苇枯萎死亡。如能汲害为益，将天牛这一特性通过仿生原理应用于芦苇收割机切割刀片的研究设计中，有望形成低阻、低耗、高质的切割刀片。

在对天牛上颚切割部位仿生研究的基础上形成的本发明技术方案为：一种芦苇收割机仿生切割刀片，包括具有上下表面以及斜边的刀片基体，所述刀片基体由下表面的斜边通过形成刀片刃角的刃面过渡到上表面，所述刃面的外侧间隔分布一组切割齿，其特征在于：所述切割齿由圆柱齿背及切割齿廓线构成，形成所述圆柱齿背的圆柱轴线与下表面成大于刀片刃角的齿尖角，所述切割齿廓线为天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线。

本发明的进一步完善是，所述切割齿廓线为以下拟合曲线方程的等距曲线：

y=ax⁴-bx³+cx²-dx+ e

其中a的取值范围是0.007x85%~0.007x115%，b的取值范围是0.031x85%~0.031x115%，c的取值范围是0.114x85%~0.114x115%，d的取值范围是0.546x85%~0.546x115%，e的取值范围是-2~2。

本发明的更进一步完善是，所述所述切割齿的齿距为3~7 mm，齿高和齿距比为0.16~0.4；所述刀片刃角为15°~30°，齿尖角为25°~37。

本发明的再进一步完善是，所述刀片基体为等腰三角形或等腰梯形与矩形柄端组合而成，具有两对称的斜边。

本发明的还进一步完善是，所述切割齿圆柱齿背的圆柱轴线在刀片上、下表面的投影与刀片左右中心线垂直。

本发明芦苇收割机仿生切割刀片的制造方法基本步骤如下：

步骤一.下料——备好所需形状的刀片基体坯料；

步骤二.设定——择定齿距、齿高、刀片刃角、齿尖角，并据此确定天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线作为切割齿廓线，以及形成圆柱齿背的圆柱直径；

步骤三.切面——按刀片刃角加工出刃面；

步骤四.切割齿——按齿距要求用直径与确定的圆柱直径相等的圆柱刀具加工出形成各相邻切割齿的圆柱齿背；

步骤五.切廓——按确定的切割齿廓线加工出切割齿廓线。

采用本发明的芦苇收割机仿生切割刀片进行芦苇收割，与现有技术相比，由于切割阻力明显减小，因此功耗大大降低，并且切割质量好，完全避免了芦苇茎秆被割刀推倒，以及割台输送堵塞现象。有理由认为：天牛经过漫长进化，形成了在咀嚼咬切方面具有独特优势的上颚，将其仿生运用到芦苇收割机切割刀片是一种理想的优化设计，且其制造方法切实可行。

附图说明

通过以下附图反映的具体实施方式说明，本发明的特征和优点将变得更加容易理解。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的A处局部放大图。

图3是图1的M-M剖面局部放大图。

图4是天牛上颚齿廓提取点及齿廓拟合曲线。

具体实施方式

实施例一

本实施例的芦苇收割机仿生切割刀片如图1所示，刀片基体1为等腰三角形和矩形柄端组合而成，呈近似等腰三角形，具有上、下表面1-1、1-2,以及两斜边。刀片基体1的矩形端设有定位孔4。

刀片基体1由下表面1-2的两斜边分别通过形成刀片刃角β的刃面3过渡到上表面1-1。刃面3的外侧间隔分布一组切割齿2。

由图2、图3可知，切割齿2由圆柱齿背2-1及切割齿廓线S构成，形成圆柱齿背2-1的圆柱轴线与下表面1-2成大于刀片刃角β的齿尖角γ，切割齿廓线S为天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线。

具体而言，芦苇收割机仿生切割刀片单个切割齿可行的结构参数和本实施例的优选参数齿距p可以为3~7 mm，优选5.5mm；齿高h和齿距p比为0.16~0.4，优选0.19；刀片刃角β为15°~30°，优选20°；切割齿齿尖角γ为25°~37°，优选30°；刀片基体厚度t为2~4 mm，优选3mm。

切割齿的切割齿廓线S如图4所示，拟合曲线方程为：

y=0.007x⁴-0.031x³+0.114x²-0.546x+ e

方程中各阶系数可以在其正负偏差15%的范围变化，其中截距的变化范围为-2~2。

根据以上确定了的参数，即可推算出形成圆柱齿背2-1的合适圆柱半径。为了便于左右往复式平动切割，切割齿圆柱齿背的圆柱轴线在刀片上、下表面的投影与刀片左右中心线垂直，该圆柱与刃面3截交形成曲线Q。

本实施例的芦苇收割机仿生切割刀片的基本制造步骤如下

步骤一.下料——备好所需形状的刀片基体坯料；

步骤二.设定——择定齿距、齿高、刀片刃角、齿尖角，并据此确定天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线作为切割齿廓线，以及形成圆柱齿背的圆柱直径；

步骤三.切面——按刀片刃角加工出刃面；

步骤四.切割齿——按齿距要求用直径与确定的圆柱直径相等的圆柱铣刀（也可以用拉刀或其它成形刀具）加工出形成各相邻切割齿的圆柱齿背；

步骤五.切廓——按确定的切割齿廓线用线切割加工出切割齿廓线。

使用时，将所需数量的两组本实施例仿生切割刀片下表面相对安装在芦苇收割机上，形成剃齿状往复运动的切割装置。结果反复试验表明，切割阻力明显减小，功耗大大降低，避免了芦苇茎秆被割刀推倒、割台输送堵塞等现象，可以确保切割收获质量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种芦苇收割机仿生切割刀片，包括具有上下表面以及斜边的刀片基体，所述刀片基体由下表面的斜边通过形成刀片刃角的刃面过渡到上表面，所述刃面的外侧间隔分布一组切割齿，其特征在于：所述切割齿由圆柱齿背及切割齿廓线构成，形成所述圆柱齿背的圆柱轴线与下表面成大于刀片刃角的齿尖角，所述切割齿廓线为天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线。

2.根据权利要求1所述的芦苇收割机仿生切割刀片，其特征在于：所述切割齿廓线为以下拟合曲线方程的等距曲线：

y=ax⁴-bx³+cx²-dx+e

其中a的取值范围是0.007x85%~0.007x115%，b的取值范围是0.031x85%~0.031x115%，c的取值范围是0.114x85%~0.114x115%，d的取值范围是0.546x85%~0.546x115%，e的取值范围是-2~2。

3.根据权利要求2所述的芦苇收割机仿生切割刀片，其特征在于：所述切割齿的齿距为3-7 mm，齿高和齿距比为0.16-0.4；所述刀片刃角为15°-30°，齿尖角为25°-37°。

4.根据权利要求3所述的芦苇收割机仿生切割刀片，其特征在于：所述刀片基体为等腰三角形或等腰梯形与矩形柄端组合而成，具有两对称的斜边。

5.根据权利要求4所述的芦苇收割机仿生切割刀片，其特征在于：所述切割齿圆柱齿背的圆柱轴线在刀片上、下表面的投影与刀片左右中心线垂直。

6.权利要求1至5任一所述芦苇收割机仿生切割刀片的制造方法，其特征在于基本步骤如下：

步骤一.下料——备好所需形状的刀片基体坯料；

步骤二.设定——择定齿距、齿高、刀片刃角、齿尖角，并据此确定天牛上颚切割齿拟合曲线的等距曲线作为切割齿廓线，以及形成圆柱齿背的圆柱直径；

步骤三.切面——按刀片刃角加工出刃面；

步骤四.切割齿——按齿距要求用直径与确定的圆柱直径相等的圆柱刀具加工出形成各相邻切割齿的圆柱齿背；

步骤五.切廓——按确定的切割齿廓线加工出切割齿廓线。