[实用新型]一种带微刺的凸包仿生几何结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种带微刺的凸包仿生几何结构，适用于水田农业机具触土部件表面，属于农业机械触土部件节能减阻技术领域。

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。其中土壤与地面机械触土部件接触过程中，产生的粘附现象有两种表现形式：一是表现为土壤与固体表面之间形成的粘附力；二是表现为土壤粘附力的作用而导致土壤在触土部件上产生严重的粘附积留现象。另外地面机械触土部件与土壤存在严重的摩擦力，从而造成较大的阻力，对摩擦研究关注两个不同的目标，一个是增大表面摩擦力，一个是减小表面摩擦力，在特定的情况下需要使摩擦力满足特定的要求。

在现代旱田农业机具仿生研究中，发现土壤动物体表呈现粗糙形态和多种特征的几何结构。其中体表的几何结构的特点是：一定形状的几何单元体规则地或随机地分布在体表触土部位。将土壤动物体表凸包结构放大到毫米和厘米尺度，设计的仿生非光滑结构表面农业机具触土部件，实具有良好的防粘性能，从而减少了土壤对机具触土部件造成的阻力，在现代农业生产中得到良好的推广。

尽管在旱田农业机具仿生研究中，土壤动物体表凸包结构在触土部件上得到了较好的运用，对防粘减阻起到了较好的效果。但当农业机具在水田中使用时，土壤行为的复杂性使防粘减阻难以得到较好的控制，凸包在触土部件上的使用对防粘减阻有一定的范围限制。对于粘湿严重的土壤，土壤粘附严重降低地面机械的作业效率和作业质量、增大能耗，甚至使机械无法作业。

然而，目前公知的具有仿生几何结构的旱田农机具触土部件往往采用单一的表面凸包形式，尽管在旱作地区有优异的作业效果，在水田作业区实际推广中发现，对土壤的防粘减阻有一定的制约作用，我国广大水田地域，土壤物理特性不同，对于防粘减阻的需求也不同。针对上述问题，需要最大程度的优化农机具触土部件表面仿生几何结构形式，使其防粘减阻能力更强，从而使性能更加优异的仿生农机具触土部件在我国各个地区实现推广。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种具有微刺的凸包仿生几何结构，用于克服水田土壤触土部件粘附力大、阻力大、能耗高的问题，本实用新型以具有高效挖掘能力的克氏原螯虾螯部为仿生原型，进行抽象和简化，对克氏原螯虾螯部凸包进行仿生几何结构设计，用于水田作业，以达到防粘减阻的目标。

本实用新型采用的技术方案是：一种带微刺的凸包仿生几何结构，包括若干个分布在机具触土部件表面上的半球体凸包，每个凸包表面分布有2个以上的仿生微刺几何结构，两个仿生微刺几何结构之间的夹角α为0°～90°，α为OA₁边与OA₂边夹角，点O为凸包半球体的球心，点A为微刺几何结构顶角的顶点，点B为微刺几何结构顶角顶点投影至凸包半球体上的点，点A₁为其中一个微刺几何结构顶角的顶点，点A₂为相邻微刺几何结构顶角的顶点；仿生微刺几何结构与凸包底平面夹角β为30°～90°，β为AB边与OB边的夹角；凸包的直径为D，微刺突出球面开始到微刺尖端的距离为微刺长度L，L=1/4D；微刺尖端距离凸包底面的高度为H，H为AB边到OC₁边的距离，H为0 mm至1/2D；相邻两凸包之间距离为L₀，L₀为17.5 mm～22.5 mm；点C₁为凸包半球体底面圆上的一点，点C₂为凸包半球体圆弧上的一点。

优选地，所述的微刺几何结构在凸包球面呈周期性依次排列。

优选地，所述的若干个凸包在机具触土部件表面上呈阵列排布。

优选地，所述的每个凸包表面分布有2～4个仿生微刺几何结构。

优选地，所述的D=20 mm。

优选地，所述的L₀=20 mm。

所述两微刺之间夹角α为OA₁边与OA₂边夹角，微刺间夹角α是反映防粘能力的角度，微刺间夹角较小，则防粘能力较强，土壤粘附在触土部件表面能力差。但如果微刺间夹角过小，则无法起到防粘作用，触土部件工作时若遇到粘性较强土壤，无法凸显出微刺在凸包上的作用；若微刺间夹角增大，防粘能力加强，但若过大，微刺在凸包上的分布距离较远，两微刺无法起到防粘互补作用，防粘效果反而减弱。综合考虑以上因素，具有仿生微刺几何机构的凸包结构两微刺夹角设置为0°至90°。