一种仿生疏浚绞刀的制作方法

本发明属于疏浚工程技术领域，具体涉及一种仿生疏浚绞刀。

背景技术：

疏浚绞刀处于水下生产作业环境，疏浚土壤都是水下土壤，具有很大的切削阻力。传统疏浚机具所受阻力大、易粘附土壤而使疏浚效率低，使用寿命不长，因此，研发具有减粘减阻性能的疏浚绞刀，已成为一种趋势，而仿生疏浚绞刀近年来更是得到快速的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，思路新颖的仿生疏浚绞刀，能够有效减少刀具表面土壤粘附现象，减小表面阻力，提高疏浚效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种仿生疏浚绞刀，包括轮毂、大环和多个刀臂，所述刀臂的一端固定在轮毂上，另一端固定在大环上，每个刀臂的一侧设有多个齿座，每个齿座上均设有刀齿，所述刀齿呈楔形，所述轮毂与绞刀传动轴连接，工作时整个仿生疏浚绞刀在绞刀传动轴的带动下旋转，所述刀臂在绞刀旋转时，切削土壤使之变形破碎，破碎的土壤与水相混合，进入吸口。

作为优选，所述刀臂横截面的内轮廓线的曲线方程为y_in=0.000005x⁴－0.0005x³＋0.022x²－0.6813x－16.841，其中，x的取值范围是-25≤x≤15 。

作为优选，所述刀臂横截面的外轮廓线的曲线方程为y_out=0.00001x⁴－0.0009x³＋0.0289x²－0.9509x－39.539，其中x的取值范围是-20≤x≤20。

上述刀臂横截面的内轮廓曲线方程和外轮廓曲线方程是通过以下方法测得： 建立直角坐标系，将黄鼠爪趾样品放到所建立的直角坐标系中，测得黄鼠爪趾样品内、外轮廓线各点的坐标值，用最小二乘法分别对内外轮廓线进行拟合，分别的到内轮廓和外轮廓的曲线方程。

作为优选，所述刀臂的个数为4-6个。

作为优选，所述刀齿包括底面、后侧面和前侧面，刀齿的底面与齿座连接，刀齿的前侧面上设有多个凹坑。

作为优选，刀齿的后侧面与前侧面之间的夹角呈20-25度。刀齿参照穿山甲等土壤动物的爪趾，此类仿生设计可缓解土壤压实聚集粘附于刀齿的现象。

作为优选，多个凹坑在所述刀齿的前侧面上呈形状大小均匀的矩形分布。

作为优选，所述凹坑为球冠形。

作为进一步优选，所述刀齿的后侧面与前侧面之间的夹角呈20度。

本发明的有益效果是：

本发明所设计的凹坑形刀齿仿生疏浚绞刀从仿生学的角度出发，参照黄鼠、穿山甲等土壤动物的爪趾进行设计，优化了绞刀的几何形状以及力学性能，减少了土壤对绞刀的粘附，降低了工作阻力，具有很高的实用价值。

附图说明

图1 是实施例1的结构示意图；

图2是刀臂的结构示意图；

图3是图2中A-A向的剖视图；

图4是刀齿的结构示意图；

图5是实施例2的结构示意图；

图6是实施例3的结构示意图。

附图标记列表：

其中， 1- 轮毂；2-刀臂；3-大环；4-齿座；5-刀齿；21-内轮廓；22-外轮廓；51-前侧面；52-后侧面；53-底面；54-凹坑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

实施例1

如图1所示，一种仿生疏浚绞刀，包括轮毂1、刀臂2、齿座4、大环3以及刀齿5，轮毂1与绞刀传动轴相连，具有传动作用，轮毂1与绞刀传动轴的连接方式一般为反牙梯形螺纹连接。刀臂2有多个，刀臂2的一端固定在轮毂1的外侧，另一端固定在大环3的上表面，多个刀臂2均匀分布在大环3外围圆周上，每个刀臂2的一侧设有多个齿座4，每个齿座4上均设有刀齿5，刀齿5呈楔形，齿座4为平面，由于在曲面安装刀齿5不合适，因此设置齿座4，用于装配刀齿5。刀臂2在绞刀旋转时，切削土壤使之变形破碎，破碎的土壤与水相混合，进入吸口。

达乌尔黄鼠爪趾具有优良的挖掘和脱土降阻功能，经研究发现，爪趾轮廓曲线的曲率呈现波动特征，使得土壤内部压力发生波动，抗剪强度降低，从而易于破碎、切削。因此本发明的刀臂2根据达乌尔黄鼠的爪趾进行仿生设计。

刀臂2的结构如图2、图3所示，图3中21是内轮廓，22是外轮廓，刀臂2横截面的内轮廓21的曲线方程为：y_in=0.000005x⁴－0.0005x³＋0.022x²－0.6813x－16.841 ，其中，x 的取值范围是-25≤x≤15，刀臂2横截面外轮廓22的曲线方程为y_out=0.00001x⁴－0.0009x³＋0.0289x²－0.9509x－39.539，其中，x的取值范围是-20≤x≤20 。

上述内轮廓曲线方程和外轮廓曲线方程是通过以下方法测得的： 建立直角坐标系，将黄鼠爪趾样品放到所建立的直角坐标系中，测得黄鼠爪趾样品内、外轮廓线各点的坐标值，用最小二乘法分别对内外轮廓线进行拟合，分别的到内轮廓和外轮廓的曲线方程。

上述曲线方程在应用到刀臂2的制作时，先根据内轮廓和外轮廓的曲线方程绘制出内轮廓曲线和外轮廓曲线，分别将内轮廓曲线和外轮廓曲线的两端相连接即可得到刀臂2横截面的形状，得到内轮廓曲线形状和外轮廓曲线形状后，按照绞刀实际尺寸的需求按照一定的比例进行放大，从而得到刀臂2的内轮廓曲线和外轮廓曲线。

如图4所示，刀齿5包括前侧面51、后侧面52和底面53，刀齿5的底面53与齿座4连接，刀齿5的前侧面51上设有多个球冠形的凹坑54，呈形状大小均匀的矩形分布，刀齿5的后侧面52与前侧面51之间的夹角呈20-25度，本实施例中优选为20度。刀齿5的非光滑表面设计可减小土壤对刀具的粘附和摩擦，提高刀具使用寿命，并且，刀齿5参照穿山甲等土壤动物的爪趾，此类仿生设计可缓解土壤压实聚集粘附于刀齿5的现象。

本实施例中的刀齿5为凹坑54形设计，在刀臂2切削土壤过程中，减小土壤对刀具的负压粘附作用，减小阻力，提高绞刀的使用寿命，提高疏浚效率。

本实施例中刀臂2为6片，每个刀臂2上设有7个齿座4和刀齿5，刀齿5的前侧面51共设有16个凹坑54，并且呈4×4的矩形分布。本实施例为最佳实施方案，实际中齿座4和刀齿5的数量可以根据刀臂2的尺寸进行调整。凹坑54的数量和排布方式可以根据刀齿5的尺寸进行调整。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1基本相同，区别在于刀臂2为5片，每个刀臂2上设有6个齿座4和刀齿5，刀齿5的前侧面51设有12个凹坑54，并且呈3×4的矩形分布。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1基本相同，区别在于刀臂2为4片，每个刀臂2上设有5个齿座4和刀齿5，刀齿5的后侧面52与前侧面51之间的夹角呈25度，刀齿5的前侧面51设有9个凹坑54，并且呈3×3的矩形分布。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。