本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)工具，特別涉及一種仿蚯蚓波紋潤(rùn)滑體表減阻深松鏟。

背景技術(shù)：

深松的作用是在不翻耕土壤的基礎(chǔ)上，打破犁底層，加深耕層，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水保墑的能力和土壤肥料利用率，深松鏟是保護(hù)性耕作采用的重要農(nóng)業(yè)機(jī)具，也代表著深松技術(shù)的水平。

土壤對(duì)深松鏟表面的粘附和阻力，嚴(yán)重影響機(jī)具的工作效率、使用壽命和作業(yè)質(zhì)量，并增大了能量消耗加劇了能源和環(huán)境危機(jī)，深松鏟部件阻力包括以下三部分：一、鏟刀和鏟柄刀刃的切割作用引起的阻力；二、鏟刀刀面對(duì)土壤的剪切破壞產(chǎn)生阻力和土壤摩擦阻力；三、鏟刀刀面帶動(dòng)土壤松動(dòng)破碎導(dǎo)致的阻力；深松鏟受到的摩擦力包括沿側(cè)面的鏟柄與土壤的摩擦阻力和鏟刀刀面將深層土壤上翻受到摩擦阻力。

針對(duì)觸土機(jī)械部件的粘附問(wèn)題，研究人員從不同角度提出了許多解決方法，并在地面機(jī)械多種觸土部件上進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。根據(jù)脫土方法的設(shè)計(jì)原理和技術(shù)性質(zhì)，傳統(tǒng)的減粘脫土的技術(shù)和方法主要有充液法(充水、氣、油以及一定濃度的聚合物溶液等)、振動(dòng)法、加熱法、電滲法、機(jī)械式、表面改性、表面改形等這些方法和技術(shù)是利用介質(zhì)在摩擦表面產(chǎn)生潤(rùn)滑界面從而減少摩擦和阻力，現(xiàn)有深松鏟工作時(shí)效率低、潤(rùn)滑介質(zhì)需求量過(guò)大，費(fèi)用高，工作阻力大，粘附嚴(yán)重，使用壽命短，不適合廣泛的應(yīng)用。

已有研究表明：蚯蚓是一種典型的土壤動(dòng)物，在黏濕的土壤環(huán)境也能活動(dòng)自如，毫不粘土，具有優(yōu)異的減粘脫土功能，當(dāng)蚯蚓在土壤中運(yùn)動(dòng)或受到刺激時(shí)，便從體腔內(nèi)分泌出液體物質(zhì)。體表液成為界面滑動(dòng)的剪切層，在蚯蚓與土壤滑動(dòng)接觸過(guò)程中具有體表潤(rùn)滑作用；蚯蚓體表屬于典型的波紋形非光滑結(jié)構(gòu)，蚯蚓體表的非光滑結(jié)構(gòu)可因其伸-縮運(yùn)動(dòng)而改變，這種動(dòng)態(tài)的非光滑結(jié)構(gòu)有利于減粘脫附，本實(shí)用新型提出蚯蚓體表潤(rùn)滑和形態(tài)的二元耦合仿生的研究思路，并將其應(yīng)用到深松鏟上，能夠有效降低土壤粘附，減小阻力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是要解決上述現(xiàn)有深松鏟工作時(shí)效率低、潤(rùn)滑介質(zhì)需求量過(guò)大，維修、維護(hù)費(fèi)用高，工作時(shí)阻力大，土壤粘附嚴(yán)重，使用壽命短，不適合廣泛的應(yīng)用等問(wèn)題，而提供一種仿蚯蚓波紋潤(rùn)滑體表減阻深松鏟。

本實(shí)用新型是由鏟柄和鏟刀組成，鏟刀通過(guò)螺栓組固定設(shè)置在鏟柄下端，鏟柄工作段s處上具有第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)，第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，鏟刀刀面具有非光滑表面；

將蚯蚓等效的看成圓柱形的彈性體，將蚯蚓體表曲線(xiàn)等效成正弦函數(shù)y＝asin(2πx/λ)，a-節(jié)間溝深的一半，λ-體節(jié)寬與節(jié)間溝寬之和，根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)，蚯蚓每進(jìn)行一次伸-縮運(yùn)約有十個(gè)體節(jié)參與，λ(mm)和a(mm)的取值如表一所示：

表一 方程參數(shù)取值

綜上所述可以將蚯蚓的伸-縮波紋非光滑單元分為三段其方程分別為：

頭部靜息態(tài)A：y＝0.6sin(2πx/9)，頭部收縮態(tài)B：y＝0.9sin(2πx/7)，體部舒張態(tài)C：y＝0.3sin(2πx/12)；

所述鏟柄自上而下分為機(jī)架連接段D1，觸土曲線(xiàn)段D2和鏟刀連接部位D3，D1+D2+D3＝600mm，鏟柄工作段內(nèi)準(zhǔn)線(xiàn)Q，其前部的刃口刃角δ為60°，刃口前輪廓線(xiàn)P與鏟柄工作段內(nèi)準(zhǔn)線(xiàn)Q平行，鏟刀連接段的鏟刀安裝平面與水平面之間的夾角α為23°，鏟柄寬N＝50mm，鏟柄厚度為M＝18mm，第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)的厚度分別為為5mm；

鏟刀具有波紋非光滑結(jié)構(gòu)的刀面，刀面上均勻分布著數(shù)個(gè)潤(rùn)滑液噴射孔，鏟刀寬度L₁＝40mm，鏟刀長(zhǎng)度L₂＝165mm，鏟刀高度H₁＝10mm，入土角γ為20°，潤(rùn)滑液噴射孔直徑為2mm，數(shù)量為6，鏟刀內(nèi)部具有潤(rùn)滑液輸送孔和細(xì)管。

本實(shí)用新型的工作原理和過(guò)程：

本實(shí)用新型基于蚯蚓體表潤(rùn)滑和波紋形態(tài)二元耦合仿生設(shè)計(jì)出的一種仿蚯蚓波紋潤(rùn)滑體表減阻深松鏟，通過(guò)潤(rùn)濕性試驗(yàn)和耦合仿生試樣的試驗(yàn)的研究，仿蚯蚓體表自潤(rùn)滑功能，使用時(shí)，潤(rùn)滑劑通過(guò)細(xì)管和潤(rùn)滑液輸送孔傳送到數(shù)個(gè)潤(rùn)滑液噴射孔處，并噴射到鏟刀上，鏟刀刀面具有非光滑表面能夠進(jìn)行潤(rùn)滑作用，實(shí)現(xiàn)了二元耦合仿生，潤(rùn)滑液的流速為10ml/min，鏟柄工作段s增加了第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)，降低土壤粘附。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型基于生物體表結(jié)構(gòu)、生物潤(rùn)滑以及耦合仿生理論設(shè)計(jì)波紋潤(rùn)滑功能表面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，拆卸方便，工作效率高，潤(rùn)滑介質(zhì)需求量少，節(jié)省成本，維修、維護(hù)費(fèi)用低，工作時(shí)阻力小，有效降低土壤粘附，提高使用壽命，適合廣泛應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型軸對(duì)稱(chēng)的蚯蚓形狀的坐標(biāo)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型波紋非光滑結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型鏟柄工作段s波紋非光滑結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖5是本實(shí)用新型鏟刀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型鏟刀的投影視圖。

圖7是本實(shí)用新型鏟刀的主視圖。

圖8是本實(shí)用新型的鏟柄主視圖。

圖9是本實(shí)用新型的鏟柄左視圖。

圖10是本實(shí)用新型鏟刀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實(shí)用新型鏟刀D-D的剖視圖。

圖12是本實(shí)用新型鏟柄前部的刃口刃角δ示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示，本實(shí)用新型是由鏟柄1和鏟刀4組成，鏟刀4通過(guò)螺栓組5固定設(shè)置在鏟柄1下端，鏟柄1工作段s處上具有第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)2和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)3，第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)2和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)相同，鏟刀4刀面具有非光滑表面；

將蚯蚓等效的看成圓柱形的彈性體，將蚯蚓體表曲線(xiàn)等效成正弦函數(shù)y＝asin(2πx/λ)，a-節(jié)間溝深的一半，λ-體節(jié)寬與節(jié)間溝寬之和，根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)，蚯蚓每進(jìn)行一次伸-縮運(yùn)約有十個(gè)體節(jié)參與，λ(mm)和a(mm)的取值如表一所示：

表一 方程參數(shù)取值

綜上所述可以將蚯蚓的伸-縮波紋非光滑單元分為三段其方程分別為：

頭部靜息態(tài)A：y＝0.6sin(2πx/9)，頭部收縮態(tài)B：y＝0.9sin(2πx/7)，體部舒張態(tài)C：y＝0.3sin(2πx/12)；

所述鏟柄1自上而下分為機(jī)架連接段D1，觸土曲線(xiàn)段D2和鏟刀連接部位D3，D1+D2+D3＝600mm，鏟柄1工作段內(nèi)準(zhǔn)線(xiàn)Q，其前部的刃口刃角δ為60°，刃口前輪廓線(xiàn)P與鏟柄工作段內(nèi)準(zhǔn)線(xiàn)Q平行，鏟刀連接段的鏟刀安裝平面與水平面之間的夾角α為23°，鏟柄1寬N＝50mm，鏟柄厚度為M＝18mm，第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)2和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)3的厚度分別為為5mm；

鏟刀4具有波紋非光滑結(jié)構(gòu)的刀面41，刀面41上均勻分布著數(shù)個(gè)潤(rùn)滑液噴射孔411，鏟刀4寬度L₁＝40mm，鏟刀4長(zhǎng)度L₂＝165mm，鏟刀4高度H₁＝10mm，入土角γ為20°，潤(rùn)滑液噴射孔411直徑為2mm，數(shù)量為6，鏟刀4內(nèi)部具有潤(rùn)滑液輸送孔42和細(xì)管。

本實(shí)用新型的工作原理和過(guò)程：

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示，本實(shí)用新型基于蚯蚓體表潤(rùn)滑和波紋形態(tài)二元耦合仿生設(shè)計(jì)出的一種仿蚯蚓波紋潤(rùn)滑體表減阻深松鏟，通過(guò)潤(rùn)濕性試驗(yàn)和耦合仿生試樣的試驗(yàn)的研究，仿蚯蚓體表自潤(rùn)滑功能，使用時(shí)，潤(rùn)滑劑通過(guò)細(xì)管和潤(rùn)滑液輸送孔42傳送到數(shù)個(gè)潤(rùn)滑液噴射孔411處，并噴射到鏟刀上，鏟刀刀面41具有非光滑表面能夠進(jìn)行潤(rùn)滑作用，實(shí)現(xiàn)了二元耦合仿生，潤(rùn)滑液的流速為10ml/min，鏟柄1工作段s增加了第一波紋非光滑結(jié)構(gòu)2和第二波紋非光滑結(jié)構(gòu)3，降低土壤粘附。