一種耦合仿生降阻減粘犁頭的制作方法

本發明涉及農業機械上的一種深松犁頭，具體涉及一種耦合仿生降阻減粘犁頭，屬于農業機械技術領域。

背景技術：

犁是以翻土為主要功能并有松土、碎土作用的土壤耕作機械。犁頭是犁的最重要組成部分，決定著松土的深度和效果。現有的犁頭從外觀上看上基本類似于鐵鍬鍬頭，普遍存在牽引阻力過大、犁頭磨損嚴重、潮濕土壤粘附嚴重、深松效果不理想等缺陷。傳統改進方法主要是增加犁頭的數量，以加大深松作業效率；提高深松主動牽引力，以克服犁頭所承受的阻力；去除犁頭中間一部分面積，以減少潮濕土壤對犁頭的粘附。以上傳統改進方法雖然從一定程度上減少了犁頭阻力、降低潮濕土壤的粘附，但是還存在一些問題：作業成本大，經濟性不好；松土不完全，深松效果不明顯；犁頭使用壽命大大降低等。因此，設計一種能有效降低作業阻力、減少土壤粘附的犁頭具有十分重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種耦合仿生降阻減粘犁頭，用于農業耕作中的翻土、松土和碎土。

土壤動物(蚯蚓、螻蛄、蜣螂、螞蟻等)經過億萬年的進化，造就了其適應環境的優秀本領，不但使其在土壤挖掘過程中得到最低的挖掘阻力，而且具有優良的脫土降阻功能，一直是農業機械提高性能、改進方法的效仿對象。研究表明土壤動物(包括諸如穿山甲等具有較強土壤挖掘功能的其他動物)具有很強的減粘降阻功能主要由于以下一項或多項因素耦合作用而成：(1)動物體表具有非光滑、密生纖毛等特殊形態；(2)動物體表觸土部件具有特殊幾何結構，有利于減阻；(3)動物體表具有較強的憎水性物質或低表面能特征；(4)動物體表能夠分泌特殊液體，起到潤滑作用等。

本發明的設計思路來源于東方螻蛄前足爪趾，依據前足爪趾的幾何形狀和功能，設計了犁頭的仿生觸土爪趾。在此基礎上，將帶有仿生爪趾的犁頭表面涂覆一層聚四氟乙烯涂層。

本發明包括犁頭主體和仿生爪趾，犁頭表面涂覆一層聚四氟乙烯涂層，仿生爪趾單體橫截面輪廓由三條曲線組成，其中x為橫坐標，y為縱坐標：

第一曲線符合：y＝0.09375x²-0.125x+3；其中：0≤x≤8；

第二曲線符合：y＝0.125x²-x+8；其中：0≤x≤8；

第三曲線符合：x＝0；其中：3≤y≤8。

所述仿生爪趾單體厚度為50mm，仿生爪趾在犁頭凹面豎直中線上等間距分布，間隔為50mm，仿生爪趾材質選用農機中最常用的鑄鋼，仿生爪趾與犁頭凹面鏈接方式為焊接。所述聚四氟乙烯涂層厚度為30μm，采用化學氣相沉積法(cvd)涂覆而成。聚四氟乙烯是典型的超疏水涂層，粘合性好，它只有在高溫下(通常是200攝氏度以上)，才會揮發有毒物質。本發明的作業環境溫度為30攝氏度以下，所以不存在所述涂層揮發有毒物質的情況。既不會對土壤成分產生污染，也不會對后續的農作物耕種產生影響。

本發明的有益效果是：

本發明采用仿生爪趾和聚四氟乙烯超疏水涂層來設計并加工一種新型的耦合仿生降阻減粘犁頭，本發明是對傳統犁頭的一種優化和改進。本發明能夠有效地減少犁頭觸土時獲得的阻力，更進一步地，所述超疏水涂層使粘濕土壤的粘附大大降低，避免犁頭因作業阻力過大或土壤粘附嚴重而降低效率，進而減少其使用壽命。所述耦合仿生犁頭工藝簡單、成本低廉、效果明顯，對提高犁頭的使用效率有十分重要的意義。

附圖說明

圖1為本發明的立體圖。

圖2為本發明的主視圖。

圖3為圖1中的a處放大剖視圖。

圖4為本發明的仿生爪趾單體側視圖。

圖5為本發明的背面圖。

圖6為本發明的側視圖。

圖7為本發明的俯視圖。

其中：1-犁頭主體；2-仿生爪趾；3-第一曲線；4-第二曲線；5-第三曲線；6-聚四氟乙烯涂層。

具體實施方式

請參閱圖1至圖7所示，本發明是由犁頭主體1和仿生爪趾2構成，犁頭表面涂覆一層聚四氟乙烯涂層6，仿生爪趾2單體橫截面輪廓由三條曲線組成，其中x為橫坐標，y為縱坐標：

第一曲線3符合：y＝0.09375x²-0.125x+3；其中：0≤x≤8；

第二曲線4符合：y＝0.125x²-x+8；其中：0≤x≤8；

第三曲線5符合：x＝0；其中：3≤y≤8。

所述仿生爪趾2單體厚度為50mm，仿生爪趾2在犁頭主體1凹面豎直中線上等間距分布，間隔為50mm，仿生爪趾2材質為鑄鋼，仿生爪趾2與犁頭主體1凹面連接接方式為焊接。

所述聚四氟乙烯涂層6的厚度為30μm，采用化學氣相沉積法(cvd)涂覆而成。所述聚四氟乙烯涂層6在本實施例作業過程中不會揮發有毒物質的情況。

本發明的工作過程和原理：

本發明在翻土、松土作業中，犁頭最先觸土部位是所述的仿生爪趾單體，其作用類似于東方螻蛄前足上的爪趾，其能夠沿著阻力最小的切入點進行有效地劈土、翻土，完成首次觸土，進而整個犁頭主體的凹面進行二次觸土，此時的土壤已經具備了一定的疏松程度，這樣就會使犁頭主體所受的松土阻力大大減小。更進一步地，整個犁頭表面涂覆的聚四氟乙烯超疏水涂層，使得粘濕的土壤很難粘附刀犁頭表面，有效地減少土壤和雜草對犁頭表面的粘附。綜上所述，通過犁頭表面形狀和性狀的耦合作用，犁頭在作業過程中所承受的挖掘阻力顯著降低，土壤粘附情況大大減弱，犁頭工作效率得以明顯提高，使用壽命得以增加，從而達到最初發明的目的。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種耦合仿生降阻減粘犁頭，包括犁頭主體和仿生爪趾，犁頭表面涂覆一層聚四氟乙烯涂層，仿生爪趾單體橫截面輪廓由三條曲線組成，仿生爪趾單體厚度為50mm，仿生爪趾在犁頭凹面豎直中線上等間距分布，間隔為50mm，仿生爪趾材質為鑄鋼，聚四氟乙烯涂層厚度為30μm，采用化學氣相沉積法涂覆而成。聚四氟乙烯是典型的超疏水涂層，粘合性好，它只有在高溫下才會揮發有毒物質。本發明的作業環境溫度為30攝氏度以下，所以不存在所述涂層揮發有毒物質的情況。既不會對土壤成分產生污染，也不會對后續的農作物耕種產生影響。

技術研發人員：韓志武;付佳;牛士超;馮曉明;王澤;穆正知;李博;張俊秋
受保護的技術使用者：吉林大學
技術研發日：2017.05.10
技術公布日：2017.09.12