[發明專利]基于神農潔蜣螂沙丘狀設計的凸包型電磁閥式仿生犁壁

在審

• 申請號: 201811045125.0
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109063376A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 韓鑫;余浩;孫維佳;宮永昊;郗昊
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是依據神農潔蜣螂等土壤生物及沙丘的形狀的特異性和自然性，設計一種帶有仿神農潔蜣螂等土壤生物頭部凹凸形狀的凸包的犁面，與現有技術相比：（1）本發明能夠解決的技術問題是鏵式犁的黏土、磨損、減阻問題；（2）本發明是依據自然生物界的神農潔蜣螂等土壤生物及沙丘的形狀的特異性和自然性，設計出來的一種不黏土且磨損小的可主動變形的鏵式犁，其更貼近生物模型，符合自然長期選擇的原則及其優越性。（3）本發明的仿生凸包結構采用的彈性材料，在鏵式犁面的迎土方向，仿生凸包的部分前端與鏵式犁面縫合，整個仿生凸包形成一個懸臂梁的結構，使仿生凸包本身具有主動調節升降和自動回位的效果。

技術領域

本發明提供一種利用農業的仿生技術，依據神農潔蜣螂等土壤生物及沙丘的形狀的特異性和自然性，設計一種帶有仿神農潔蜣螂等土壤生物頭部凹凸形狀的凸包的犁面，涉及一種不黏土且磨損小的可主動變形的鏵式犁，屬于仿生脫附減阻技術領域。

背景技術

經過長期的演化和自然選擇，生物系統通過優化其組織結構及界面性質等方法，最終進化出了能夠響應外界刺激、適應環境變化的優異性能。“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型現象，昆蟲、植物、魚類、鳥類、貝類等表現出各種類型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脫附、減阻、自潔、降噪、偽裝、耐磨、抗氧化等多種功能。

生物非光滑脫附、自潔現象足以引發人類開展仿生研究和工程應用，而利用蜣螂等土壤生物表皮非光滑微觀結構設計仿生犁壁便是一種重要的生物仿生應用領域。傳統鏵式犁犁壁多為光滑表面，與土壤接觸容易粘附從而增加能耗、降低工作效率。將神農潔蜣螂用高倍鏡放大后，發現其的背后的殼并不是完全光滑的，而是有許多小小的凸起。經過自然選擇，微小的凸起利于這些昆蟲在土里爬行，所以微小的凸起所具有的作用是利于開土，不沾土。因而設想在仿生犁壁上設有凸包，可有效減少土壤接觸阻力、降低粘附，對提高耕作機具工作效率、減少能耗具有重要意義。例如專利號為CN201010531289.1的中國專利介紹了一種鼠道犁仿生防粘減阻耐磨犁鏟，該犁鏟采用了一種凸包高度與包底圓直徑之比處于一定數值范圍的球冠形凸包；再比如專利號為CN201520234000.8的中國專利公開了一種雙圓盤開溝器耦合仿生圓盤結構，亦采用了一種球冠形凸包，并限定了球冠高度與球冠直徑的比值范圍。

可以看出，目前已知的利用蜣螂等土壤生物表皮微觀結構設計凸包型仿生犁壁的方法，出于制造便利性、經濟性等方面考慮，多在仿生犁壁表面簡化設計出一種球冠形的各向同性型凸包結構，而有些蜣螂品種如神農潔蜣螂（潔蜣螂屬常見糞食性甲蟲），其迎土面體表上長有各向異性型、類似沙漠中穩定沙丘狀的非勻稱型凸包結構。顯然，生物歷經長時間進化所衍生出的這種結構是一種“自然選擇”的理想結構，必然有其重要研究、利用價值。利用神農潔蜣螂迎土面表皮上的沙丘狀各向異性凸包設計凸包型新型仿生脫附減阻犁壁，對于拓展仿生犁壁的功能及品種范圍具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于依據神農潔蜣螂等土壤生物及沙丘的形狀的特異性和自然性，設計一種帶有仿神農潔蜣螂等土壤生物頭部凹凸形狀的凸包的犁面，以解決上述的技術問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：鏵式犁，彈性仿生凸包結構，仿生凸包與犁面縫合，小型電磁閥系統。所述彈性仿生凸包，是利用彈性鋼材根據土壤生物頭部凸包形狀制造成的仿生凸包。

所述的仿生凸包與犁面縫合，是彈性仿生凸包在迎土方向的部分前端與鏵式犁面縫合在一起的。所述的縫合處固定，整個仿生凸包形成一個懸臂梁的結構，縫合處是支點。

所述的仿生凸包除了在迎土方向的部分前端與鏵式犁面焊接在一起，其余部分不與鏵式犁面接觸，并有一定的間隙，間隙大約為2~3mm。

所述的小型電磁閥系統包括圓形永久磁性銜鐵和小型電磁閥。所述的圓形永久磁性銜鐵固定在仿生凸包的下面，并靠近仿生凸包背面的一端。所述的小型電磁閥安裝在仿生凸包結構下面的圓形空間里，并在圓形永久磁性銜鐵的正下方。