[发明专利]一种基于分形理论的仿生多尺度凸包结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分形理论的仿生多尺度凸包结构，适用于粘性土壤机械触土部件表面几何结构，属于农业机械设备技术领域。

背景技术

在现代农业机具地面机械触土部件与土壤接触过程中，防粘减阻一直是科技人员对地面机械触土部件的研究方向。土壤与地面机械触土部件接触时候，会产生粘附力并且会产生严重的粘附积留现象。在此过程中，严重的摩擦力会产生很大的阻力，严重影响机械工作效率，因此需要尽可能减小阻力和摩擦力。

对于现代旱田农业机具触土部件的研究中，发现了多种土壤动物的表面几何结构，这些结构的特点是具有一定的几何单元体规则地或随机地分布在体表有关部位。通过对这些凸包几何结构的研究。设计仿生非光滑结构表面农业机具触土部件，实现了良好的防粘性能，减小了阻力和摩擦力，在现代农业生产中得到良好的推广。

旱田农业机具防渗研究中，凸包结构在触土部件上得到了很好的运用，有一定的防粘减阻效果。但对于粘性土壤，存在部分水分的土壤，特别南方的红土，粘性较重，作业时阻力大，作业消耗功率高，需要提高农业机具的防粘减阻的性能。

目前公知的采用仿生凸包结构的农业机具触土部件在旱田作业时取得了明显的作业效果，但是，实际推广中，我国的广大粘性土壤地域，具有一点的限制作用，特别上南方红土壤，成分不同，防粘减阻的要求不同。根据上述问题，需要在一定程度上优化农机具触土部件表面的仿生几何结构形式，增强其防粘减阻的能力，从而使在我国广大粘性土壤地区得到推广使用。

发明内容

本发明提供了一种基于分形理论的仿生多尺度凸包结构，用于克服粘性土壤触土部件粘附力大、阻力大、能耗高的问题。

本发明的技术方案是：一种基于分形理论的仿生多尺度凸包结构，凸包结构按照分形维数D以n尺度的形式分布在粘性土壤机械触土部件表面，呈阵列排布。

第i+1级尺度凸包分布在第i级尺度凸包的H_i处，H_i=2/3R_i(i=1,2,..n-1)，R_i+1=DR_i(i=1,2,..n-1)，R₁为第1级尺度凸包半径且取值为15mm至30mm；H_i为第i+1级尺度凸包在第i级尺度凸包上的位置，R_i+1为第i+1级尺度凸包半径。

所述分形维数D根据拓扑维数确定。

第1级尺度两凸包之间距离L₀能取：L₀=17.5 mm、20 mm或22.5 mm。

所述n取值为2至5。

当n取值为3时，第2级尺度两凸包之间夹角α为0°至90°，第3级尺度两凸包之间夹角β为30°至90°。

本发明的有益效果是：本发明基于分形理论的仿生多尺度凸包结构，用于粘性土壤机具触土部件表面，在原有凸包防粘减阻的能力下，进一步增强防粘减阻的能力，使得农业机具能够在粘性土壤区域里更好的作业。基于分形理论的仿生多尺度凸包，可对于粘性较大的土壤，减少摩擦力，降低阻力，在保证作业质量的前提下，减少了能耗损失，节约了生产成本。所采用的基于分形理论的仿生多尺度凸包，通过常规传统加工设备和工艺，基于现有我国机械行业标准进一步机械加工处理，用于粘性土壤机具触土部件表面，易于实现且大大增强了防粘减阻的能力，便于在全国大部分粘性土壤范围内推广使用。

附图说明

图1是本发明结构正视图；

图2是本发明结构侧视图；

图3是本发明结构俯视图；

图4是本发明结构运用到微型机水田旋耕刀面上的简单示意图；

图5是本发明结构运用到微型机水田旋耕刀面上的简单示意图的局部放大示意图；

图6是本发明结构运用到水田犁壁上的简单示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-6所示，一种基于分形理论的仿生多尺度凸包结构，基于分形理论，凸包结构按照分形维数D=ln2/ln3=0.631以2尺度的形式分布在粘性土壤机械触土部件表面，呈阵列排布。