CN107148814B - 一种耦合仿生降阻减粘犁头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合仿生降阻减粘犁头，包括犁头主体和仿生爪趾，犁头表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层，仿生爪趾单体横截面轮廓由三条曲线组成，仿生爪趾单体厚度为50mm，仿生爪趾在犁头凹面竖直中线上等间距分布，间隔为50mm，仿生爪趾材质为铸钢，聚四氟乙烯涂层厚度为30μm，采用化学气相沉积法涂覆而成。聚四氟乙烯是典型的超疏水涂层，粘合性好，它只有在高温下才会挥发有毒物质。本发明的作业环境温度为30摄氏度以下，所以不存在所述涂层挥发有毒物质的情况。既不会对土壤成分产生污染，也不会对后续的农作物耕种产生影响。

Description

一种耦合仿生降阻减粘犁头
技术领域
本发明涉及农业机械上的一种深松犁头，具体涉及一种耦合仿生降阻减粘犁头，属于农业机械技术领域。
背景技术
犁是以翻土为主要功能并有松土、碎土作用的土壤耕作机械。犁头是犁的最重要组成部分，决定着松土的深度和效果。现有的犁头从外观上看上基本类似于铁锹锹头，普遍存在牵引阻力过大、犁头磨损严重、潮湿土壤粘附严重、深松效果不理想等缺陷。传统改进方法主要是增加犁头的数量，以加大深松作业效率；提高深松主动牵引力，以克服犁头所承受的阻力；去除犁头中间一部分面积，以减少潮湿土壤对犁头的粘附。以上传统改进方法虽然从一定程度上减少了犁头阻力、降低潮湿土壤的粘附，但是还存在一些问题：作业成本大，经济性不好；松土不完全，深松效果不明显；犁头使用寿命大大降低等。因此，设计一种能有效降低作业阻力、减少土壤粘附的犁头具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种耦合仿生降阻减粘犁头，用于农业耕作中的翻土、松土和碎土。
土壤动物(蚯蚓、蝼蛄、蜣螂、蚂蚁等)经过亿万年的进化，造就了其适应环境的优秀本领，不但使其在土壤挖掘过程中得到最低的挖掘阻力，而且具有优良的脱土降阻功能，一直是农业机械提高性能、改进方法的效仿对象。研究表明土壤动物(包括诸如穿山甲等具有较强土壤挖掘功能的其他动物)具有很强的减粘降阻功能主要由于以下一项或多项因素耦合作用而成：(1)动物体表具有非光滑、密生纤毛等特殊形态；(2)动物体表触土部件具有特殊几何结构，有利于减阻；(3)动物体表具有较强的憎水性物质或低表面能特征；(4)动物体表能够分泌特殊液体，起到润滑作用等。
本发明的设计思路来源于东方蝼蛄前足爪趾，依据前足爪趾的几何形状和功能，设计了犁头的仿生触土爪趾。在此基础上，将带有仿生爪趾的犁头表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层。
本发明包括犁头主体和仿生爪趾，犁头表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层，仿生爪趾单体横截面轮廓由三条曲线组成，其中x为横坐标，y为纵坐标：
第一曲线符合：y＝0.09375x2-0.125x+3；其中：0≤x≤8；
第二曲线符合：y＝0.125x2-x+8；其中：0≤x≤8；
第三曲线符合：x＝0；其中：3≤y≤8。
所述仿生爪趾单体厚度为50mm，仿生爪趾在犁头凹面竖直中线上等间距分布，间隔为50mm，仿生爪趾材质选用农机中最常用的铸钢，仿生爪趾与犁头凹面链接方式为焊接。所述聚四氟乙烯涂层厚度为30μm，采用化学气相沉积法(CVD)涂覆而成。聚四氟乙烯是典型的超疏水涂层，粘合性好，它只有在高温下(通常是200摄氏度以上)，才会挥发有毒物质。本发明的作业环境温度为30摄氏度以下，所以不存在所述涂层挥发有毒物质的情况。既不会对土壤成分产生污染，也不会对后续的农作物耕种产生影响。
本发明的有益效果是：
本发明采用仿生爪趾和聚四氟乙烯超疏水涂层来设计并加工一种新型的耦合仿生降阻减粘犁头，本发明是对传统犁头的一种优化和改进。本发明能够有效地减少犁头触土时获得的阻力，更进一步地，所述超疏水涂层使粘湿土壤的粘附大大降低，避免犁头因作业阻力过大或土壤粘附严重而降低效率，进而减少其使用寿命。所述耦合仿生犁头工艺简单、成本低廉、效果明显，对提高犁头的使用效率有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为图1中的A处放大剖视图。
图4为本发明的仿生爪趾单体侧视图。
图5为本发明的背面图。
图6为本发明的侧视图。
图7为本发明的俯视图。
其中：1-犁头主体；2-仿生爪趾；3-第一曲线；4-第二曲线；5-第三曲线；6-聚四氟乙烯涂层。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示，本发明是由犁头主体1和仿生爪趾2构成，犁头表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层6，仿生爪趾2单体横截面轮廓由三条曲线组成，其中x为横坐标，y为纵坐标：
第一曲线3符合：y＝0.09375x2-0.125x+3；其中：0≤x≤8；
第二曲线4符合：y＝0.125x2-x+8；其中：0≤x≤8；
第三曲线5符合：x＝0；其中：3≤y≤8。
所述仿生爪趾2单体厚度为50mm，仿生爪趾2在犁头主体1凹面竖直中线上等间距分布，间隔为50mm，仿生爪趾2材质为铸钢，仿生爪趾2与犁头主体1凹面连接接方式为焊接。
所述聚四氟乙烯涂层6的厚度为30μm，采用化学气相沉积法(CVD)涂覆而成。所述聚四氟乙烯涂层6在本实施例作业过程中不会挥发有毒物质的情况。
本发明的工作过程和原理：
本发明在翻土、松土作业中，犁头最先触土部位是所述的仿生爪趾单体，其作用类似于东方蝼蛄前足上的爪趾，其能够沿着阻力最小的切入点进行有效地劈土、翻土，完成首次触土，进而整个犁头主体的凹面进行二次触土，此时的土壤已经具备了一定的疏松程度，这样就会使犁头主体所受的松土阻力大大减小。更进一步地，整个犁头表面涂覆的聚四氟乙烯超疏水涂层，使得粘湿的土壤很难粘附刀犁头表面，有效地减少土壤和杂草对犁头表面的粘附。综上所述，通过犁头表面形状和性状的耦合作用，犁头在作业过程中所承受的挖掘阻力显著降低，土壤粘附情况大大减弱，犁头工作效率得以明显提高，使用寿命得以增加，从而达到最初发明的目的。

Claims (1)

1.一种耦合仿生降阻减粘犁头，包括犁头主体(1)和仿生爪趾(2)，犁头表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层(6)，仿生爪趾(2)单体横截面轮廓由三条曲线组成，其中x为横坐标，y为纵坐标：
第一曲线(3)符合：y＝0.09375x2-0.125x+3；其中：0≤x≤8；
第二曲线(4)符合：y＝0.125x2-x+8；其中：0≤x≤8；
第三曲线(5)符合：x＝0；其中：3≤y≤8；
其特征在于：所述仿生爪趾(2)单体厚度为50mm，仿生爪趾(2)在犁头主体(1)凹面竖直中线上等间距分布，间隔为50mm，仿生爪趾(2)材质为铸钢，仿生爪趾(2)与犁头主体(1)凹面连接方式为焊接。
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