一种具有仿生结构的破茬松土部件的制作方法

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种适用于免耕播种机的、具有仿生结构的破茬松土部件。

背景技术：

免耕播种机是在有作物秸秆和残茬覆盖的免耕地上进行作业的,是免耕种植机械化作业中的关键机具。在免耕播种机作业播种的过程中，残茬秸秆的处理和松碎整理种床是两个非常重要的环节。对残茬秸秆的处理和种床的整理，有利于后续免耕播种机的播种和施肥等作业，实现作业的顺畅性、高效率。如果残茬秸秆清理不当，就会造成机具堵塞卡滞等问题,影响播种质量。如果种床疏松效果不好，则播种的种子没有良好的生长土壤，从而导致产量的下降。因此，秸秆处理与种床疏松装置的研究对提高免耕播种机作业的顺畅性和劳动生产率有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于：通过模仿大自然中生物的高效作业形态，提供一种具有仿生结构的破茬松土部件，兼具残茬处理与种床疏松功能，实现免耕播种作业的顺畅性与高效性。本发明模仿竹鼠牙齿轮廓曲线设计破茬齿、破茬缺口；模仿金蝉外形设计破茬松土部件盘面上的松土结构。

本发明创造的目的是这样来实现的：

一种具有仿生结构的破茬松土部件，包括破茬盘，破茬盘外缘圆周均匀阵列分布有破茬齿和破茬缺口，破茬齿和破茬缺口均具有竹鼠牙齿仿形曲线，破茬盘两端对称盘面上交错分布有仿生松土结构，仿生松土结构具有金蝉外壳曲线仿生结构。

所述的破茬盘的厚度为4mm。

进一步地，所述破茬齿的齿形仿竹鼠下门齿的牙冠前庭面特征曲线，垂直于破茬松土部件轴线的面上进行投影，获得笛卡尔直角坐标系的XOY平面内投影出的仿牙冠前庭面特征曲线AB曲线，其仿生曲线段方程为：y＝-0.004937x²+0.1964x+240.6

其中：x属于[169.1,193.6]，单位为mm；笛卡尔直角坐标系OXY，坐标原点O位于破茬松土部件的中心，X轴为圆盘径向方向，Y轴为圆盘径向方向且垂直于X轴。

进一步地，所述破茬缺口的曲线仿生竹鼠下门齿的牙冠牙合面特征曲线，垂直于破茬松土部件轴线的面上进行投影，获得笛卡尔直角坐标系的XOY平面内投影出的仿牙冠牙合面特征曲线BC曲线，其仿生曲线段方程为：

y＝0.01374x²-4.701x+536

其中：x属于[112.4,169.1]，单位为mm；笛卡尔直角坐标系OXY，坐标原点O位于破茬松土部件的中心，X轴为圆盘径向方向，Y轴为圆盘径向方向且垂直于X轴。

进一步地，所述破茬齿具有仿生刃口Ⅰ，仿生刃口Ⅰ为对称刃口，仿生刃口Ⅰ单侧曲线模仿竹鼠下门齿的牙冠舌面特征曲线EF，笛卡尔直角坐标系的X’OY’平面内，仿生刃口Ⅰ横截面刀刃线EF曲线与刀刃线FM曲线关于X’轴对称，刀刃线EF曲线在X’OY’平面投影的曲线方程为：

f(x)＝0.0010x³-0.0275x²+0.0150x+1.9514

其中，x属于[0,12]，单位为mm；X’OY’平面垂直于破茬松土部件径向。

进一步地，所述破茬缺口具有仿生刃口Ⅱ，仿生刃口Ⅱ的刃口截面同仿生刃口Ⅰ相同。

进一步地，所述每个破茬齿的最高点用光滑曲线连接起来呈一个直径为428mm的圆，破茬齿锋线AB长度为46mm；每个破茬缺口的最低点用光滑曲线连接起来呈一个直径为406mm的圆，破茬缺口锋线BC长度为78mm。

进一步地，所述仿生松土结构呈半椭球状，交错分布于破茬盘的对称盘面上，仿生松土结构模仿金蝉外壳轮廓，取金蝉两条特征轮廓曲线，其中取一条特征轮廓曲线GH作为母线，另一条特征轮廓曲线JK作为准线，使母线绕准线旋转180°，再用一个距所得曲面顶点为8mm、且垂直破茬松土部件轴线的平面去截取所得仿生曲面，取平面上部分所截取的曲面即可得到仿生松土结构的外部曲面。

特征轮廓曲线GH曲线段方程为：y＝-0.0091663x²+0.92632x-12.463

其中：x属于[10,93]，单位为mm；

特征轮廓曲线JK曲线段方程为：y＝-0.015577x²+1.0313x-5.9437

其中：x属于[12,52.5]，单位为mm。

进一步地，所述仿生松土结构呈半椭球状长度为60mm，宽度为40.5mm，将仿生松土结构垂直于破茬松土结构径向中心平面进行投影，所得椭圆的长轴长为60，短轴长为40.5，单位为mm。

研究资料表明，竹鼠的下门齿具有高的切割特性，而土壤动物的外形具有良好的脱附减阻性能。本发明将竹鼠下门齿构型应用于破茬松土部件外缘，将金蝉的外壳轮廓运用于破茬松土部件的仿生松土结构上，设计出一种具有仿生曲线缺口和仿生松土结构的组合破茬松土部件，提高免耕播种机的破茬效率和播种质量，并且在实现所需功能的基础上，减小整机安装空间、提高作业效率。

附图说明

图1为本发明具有仿生结构的破茬松土部件的结构示意图

图2为本发明轴测图

图3为仿生松土结构在破茬松土部件的对称盘面上交错分布示意图

图4为破茬松土部件的剖视图

图5为破茬齿在XOY面上的投影示意图

图6为破茬缺口在XOY面上的投影示意图

图7为破茬齿仿生竹鼠下门齿的牙冠前庭面特征曲线AB曲线方程图

图8为破茬缺口仿生竹鼠下门齿的牙冠牙合面特征曲线BC曲线方程图

图9为仿生刃口Ⅰ在X’OY’面上的投影示意图

图10为仿生刃口Ⅰ仿竹鼠下门齿的牙冠舌面特征曲线EF曲线方程图

图11为仿生松土结构3的构型示意图

图12为仿金蝉外形特征轮廓曲线GH的曲线方程图

图13为仿金蝉外形特征轮廓曲线JK的曲线方程图

图14为竹鼠下门齿牙冠示意图

图15为金蝉外壳三维扫描图

图中：

1.破茬齿 2.破茬缺口 3.仿生松土结构 4.安装孔Ⅰ 5.安装孔Ⅱ 6.仿生刃口Ⅰ

7.仿生刃口Ⅱ 8.前庭面 9.牙合面 10.舌面；

AB为破茬齿1锋线；BC为破茬缺口2锋线BC；P-P为垂直于破茬盘的截面

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细描述。

请参阅图1、图2、图3所示，本实施例是一种具有仿生结构的破茬松土部件，其整体外形呈盘状，破茬松土部件包括破茬盘，破茬盘外缘圆周均匀阵列分布有具有竹鼠牙齿仿形曲线的破茬齿1和破茬缺口2，破茬盘两端对称盘面上交错分布有具有金蝉外壳曲线仿生结构的仿生松土结构3，破茬盘盘面中心设有安装孔Ⅰ4，安装孔Ⅰ4外周均布有安装孔Ⅱ5。

如图1、图2所示，破茬盘外缘圆周上均匀分布有破茬齿1和破茬缺口2，破茬齿1与破茬缺口2的个数相同，均为11个。盘的中心为安装孔Ⅰ4，其周围均布有6个安装孔Ⅱ5。

如图1、图2、图3所示，破茬松土部件的正反盘面上交错均布有仿生松土结构3，其单面个数为11个。

如图4所示，每个破茬齿1两面均为仿生刃口Ⅰ6，每个破茬缺口2两面均为仿生刃口Ⅱ7。

如图5、图7所示，破茬齿1均匀分布在破茬盘边缘上，每个破茬齿1的最高点用光滑曲线连接起来呈一个直径为428mm的圆。破茬齿1具有仿生刃口Ⅰ6，破茬齿1锋线AB长度为46mm。破茬齿1的齿形仿竹鼠下门齿的牙冠前庭面特征曲线，其中将破茬松土部件垂直于其轴线的面上进行投影，在笛卡尔直角坐标系的XOY平面内投影仿牙冠前庭面特征曲线AB曲线，其仿生曲线段方程为：y＝-0.004937x²+0.1964x+240.6

其中：x属于[169.1,193.6]，单位为mm；笛卡尔直角坐标系OXY，坐标原点O位于破茬松土部件的中心，X轴为圆盘径向方向、且过安装孔Ⅰ4的圆心，Y轴为圆盘径向方向、且垂直于X轴。

如图6、图8所示，破茬缺口2均匀分布在破茬盘边缘上，每个破茬缺口2的最低点用光滑曲线连接起来呈一个直径为406mm的圆。破茬缺口2具有仿生刃口Ⅱ7，破茬缺口2锋线BC长度为78mm。破茬缺口2曲线仿生竹鼠下门齿的牙冠牙合面特征曲线，其中将破茬松土部件垂直于其轴线的面上进行投影，在笛卡尔直角坐标系的XOY平面内投影仿牙冠牙合面特征曲线BC曲线，其仿生曲线段方程为：

y＝0.01374x²-4.701x+536

其中：x属于[112.4,169.1]，单位为mm；笛卡尔直角坐标系OXY，坐标原点O位于破茬松土部件的中心，X轴为圆盘径向方向、且过安装孔Ⅰ4的圆心，Y轴为圆盘径向方向、且垂直于X轴。

如图4、图5、图9、图10所示，仿生刃口Ⅰ6为对称刃口。仿生刃口Ⅰ6单侧曲线模仿竹鼠下门齿的牙冠舌面特征曲线EF，以截面P-P(截面P-P垂直于破茬盘)将破茬齿1剖开，得到仿生刃口Ⅰ6横截面(其中将E和M为刃线和截面的交点，F为锋线和截面P-P的交点)，将该截面放置在笛卡尔直角坐标系的X’OY’平面内，刀刃线EF曲线与FM曲线关于X’轴对称，EF曲线模仿竹鼠下门齿舌面的特征曲线，其曲线方程为：

f(x)＝0.0010x³-0.0275x²+0.0150x+1.9514

其中，x属于[0,12]，单位为mm。

如图4所示，仿生刃口Ⅱ7的刃口截面同仿生刃口Ⅰ6相同。

如图1、图3、图5所示，仿生松土结构3呈半椭球状，交错分布于破茬盘的对称盘面上，其长度为60mm，宽度为40.5mm，居于破茬盘的盘面径向方向，其靠近破茬盘盘面中心的一端均匀阵列分布在以破茬盘盘面中心为圆心的半径为110mm的圆上。

如图1、图11、图12、图13所示，仿生松土结构3模仿金蝉外壳轮廓，取金蝉两条特征轮廓曲线，其中取特征轮廓曲线GH作为母线，另一条特征轮廓曲线JK作为准线，使母线绕准线旋转180°，再用一个距所得曲面顶点为8mm、且垂直破茬松土部件轴线的平面去截取所得仿生曲面，取平面上部分所截取的曲面即可得到本发明的仿生松土结构3的外部曲面。将仿生松土结构3垂直于破茬松土结构径向中心平面进行投影，所得椭圆的长轴长为60，短轴长为40.5，单位为mm。

特征轮廓曲线GH曲线段方程为：y＝-0.0091663x²+0.92632x-12.463

其中：x属于[10,93]，单位为mm；

特征轮廓曲线JK曲线段方程为：y＝-0.015577x²+1.0313x-5.9437

其中：x属于[12,52.5]，单位为mm；

如图1所示，安装孔Ⅰ4直径为55mm，居于破茬松土部件的盘面中心。在距破茬松土部件盘面中心为40mm的圆周上均布6个安装孔Ⅱ5，其直径为12mm。

如图3所示，破茬盘的厚度为4mm。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。