[實用新型]一種帶微刺的凸包仿生幾何結構

有效

• 申請號: 201720791225.2
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN207235388U
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 張智泓;王曉陽;賴慶輝;張廣凱;李瑩;張兆國;佟金;曹秀龍;于慶旭;高旭航
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: A01B71/00
• 分類號: A01B71/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種帶微刺的凸包仿生幾何結構，適用于水田農業機具觸土部件表面，屬于農業機械觸土部件節能減阻技術領域。

背景技術

在現代農業機具地面機械觸土部件與土壤接觸過程中，防粘減阻一直是科技人員對地面機械觸土部件的研究方向。其中土壤與地面機械觸土部件接觸過程中，產生的粘附現象有兩種表現形式：一是表現為土壤與固體表面之間形成的粘附力；二是表現為土壤粘附力的作用而導致土壤在觸土部件上產生嚴重的粘附積留現象。另外地面機械觸土部件與土壤存在嚴重的摩擦力，從而造成較大的阻力，對摩擦研究關注兩個不同的目標，一個是增大表面摩擦力，一個是減小表面摩擦力，在特定的情況下需要使摩擦力滿足特定的要求。

在現代旱田農業機具仿生研究中，發現土壤動物體表呈現粗糙形態和多種特征的幾何結構。其中體表的幾何結構的特點是：一定形狀的幾何單元體規則地或隨機地分布在體表觸土部位。將土壤動物體表凸包結構放大到毫米和厘米尺度，設計的仿生非光滑結構表面農業機具觸土部件，實具有良好的防粘性能，從而減少了土壤對機具觸土部件造成的阻力，在現代農業生產中得到良好的推廣。

盡管在旱田農業機具仿生研究中，土壤動物體表凸包結構在觸土部件上得到了較好的運用，對防粘減阻起到了較好的效果。但當農業機具在水田中使用時，土壤行為的復雜性使防粘減阻難以得到較好的控制，凸包在觸土部件上的使用對防粘減阻有一定的范圍限制。對于粘濕嚴重的土壤，土壤粘附嚴重降低地面機械的作業效率和作業質量、增大能耗，甚至使機械無法作業。

然而，目前公知的具有仿生幾何結構的旱田農機具觸土部件往往采用單一的表面凸包形式，盡管在旱作地區有優異的作業效果，在水田作業區實際推廣中發現，對土壤的防粘減阻有一定的制約作用，我國廣大水田地域，土壤物理特性不同，對于防粘減阻的需求也不同。針對上述問題，需要最大程度的優化農機具觸土部件表面仿生幾何結構形式，使其防粘減阻能力更強，從而使性能更加優異的仿生農機具觸土部件在我國各個地區實現推廣。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是：本實用新型提供一種具有微刺的凸包仿生幾何結構，用于克服水田土壤觸土部件粘附力大、阻力大、能耗高的問題，本實用新型以具有高效挖掘能力的克氏原螯蝦螯部為仿生原型，進行抽象和簡化，對克氏原螯蝦螯部凸包進行仿生幾何結構設計，用于水田作業，以達到防粘減阻的目標。

本實用新型采用的技術方案是：一種帶微刺的凸包仿生幾何結構，包括若干個分布在機具觸土部件表面上的半球體凸包，每個凸包表面分布有2個以上的仿生微刺幾何結構，兩個仿生微刺幾何結構之間的夾角α為0°～90°，α為OA₁邊與OA₂邊夾角，點O為凸包半球體的球心，點A為微刺幾何結構頂角的頂點，點B為微刺幾何結構頂角頂點投影至凸包半球體上的點，點A₁為其中一個微刺幾何結構頂角的頂點，點A₂為相鄰微刺幾何結構頂角的頂點；仿生微刺幾何結構與凸包底平面夾角β為30°～90°，β為AB邊與OB邊的夾角；凸包的直徑為D，微刺突出球面開始到微刺尖端的距離為微刺長度L，L=1/4D；微刺尖端距離凸包底面的高度為H，H為AB邊到OC₁邊的距離，H為0 mm至1/2D；相鄰兩凸包之間距離為L₀，L₀為17.5 mm～22.5 mm；點C₁為凸包半球體底面圓上的一點，點C₂為凸包半球體圓弧上的一點。

優選地，所述的微刺幾何結構在凸包球面呈周期性依次排列。

優選地，所述的若干個凸包在機具觸土部件表面上呈陣列排布。

優選地，所述的每個凸包表面分布有2～4個仿生微刺幾何結構。

優選地，所述的D=20 mm。

優選地，所述的L₀=20 mm。

所述兩微刺之間夾角α為OA₁邊與OA₂邊夾角，微刺間夾角α是反映防粘能力的角度，微刺間夾角較小，則防粘能力較強，土壤粘附在觸土部件表面能力差。但如果微刺間夾角過小，則無法起到防粘作用，觸土部件工作時若遇到粘性較強土壤，無法凸顯出微刺在凸包上的作用；若微刺間夾角增大，防粘能力加強，但若過大，微刺在凸包上的分布距離較遠，兩微刺無法起到防粘互補作用，防粘效果反而減弱。綜合考慮以上因素，具有仿生微刺幾何機構的凸包結構兩微刺夾角設置為0°至90°。