一种深松铲柄结构以及深松铲柄的制作方法

本发明涉及农业耕作机械技术领域，具体而言，涉及一种深松铲柄结构以及深松铲柄。

背景技术

深松铲是进行深松作业的重要工具，然而，深松铲特别是深松铲柄在工作过程中普遍存在工作阻力大的问题，因此，研究者一直设法降低深松铲柄的工作阻力。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种深松铲柄结构，该深松铲柄结构能有效地降低深松铲柄在工作过程中的阻力。

本发明的第二个目的在于提供一种深松铲柄，该深松铲柄在工作过程中能减少土壤粘附，有效地降低在工作过程中的阻力。

本发明的实施例是这样实现的：

一种深松铲柄结构，其特征在于：

深松铲柄结构沿其延伸方向具有相对的第一端和第二端，第一端被构造为用于向沿垂直于水平线的方向延伸并构成机架连接结构，第二端被构造为向预设方向延伸并构成铲尖连接结构；

深松铲柄结构具有刃口前轮廓线以及内准线，刃口前轮廓线与内准线平行，刃口前轮廓线与内准线之间的曲面构成刃口曲面；

刃口曲面的横剖面轮廓曲线限定刃口元线，刃口元线由镜像对称的两条刃口仿生曲线构成，刃口仿生曲线对应第一仿生曲线，第一仿生曲线对应的方程为：

y＝-0.0006916x⁵+0.02214x⁴-0.2497x³+1.053x²+0.1036x；

式中，0≤x≤11.11。

发明人发现：深松铲柄的外形是影响深松铲工作阻力的重要因素。而深松铲柄工作段的元线形式和准线形式决定了深松铲柄的外形，因此，若对深松铲柄的元线和准线均采用构形仿生的方法进行优化设计，减阻效果会大幅提升。

发明人设计了上述深松铲柄结构，该深松铲柄结构能有效地降低深松铲柄在工作过程中的阻力。深松铲柄结构沿其延伸方向具有相对的第一端和第二，第一端用于延伸出机架连接结构，第二端用于延伸出铲尖连接结构，即，该深松铲柄结构仅为深松铲柄的一部分。为降低深松铲柄工作中的工作阻力，深松铲柄结构中的元线和准线均采用构形仿生的方法进行优化设计，具体地，深松铲柄结构的刃口前轮廓线平行于内准线，并且刃口前轮廓线与内准线之间构成的刃口曲面是符合仿生设计的，需要说明的是，该仿生设计是仿造优良挖掘性能的动物爪趾内轮廓曲线设计而成，具体地，刃口曲面的横剖面轮廓曲线限定刃口元线，刃口元线由镜像对称的两条刃口仿生曲线构成，经过发明人的多次研究，该刃口仿生曲线对应第一仿生曲线方程：

y＝-0.0006916x⁵+0.02214x⁴-0.2497x³+1.053x²+0.1036x，0≤x≤11.11。当土壤沿着深松铲柄滑动时，受到这种仿生曲面的作用而得到有效疏松，从而获得较低的工作阻力，达到减阻的目的。

在本发明的一种实施例中：

在第一仿生曲线方程中，0mm≤x≤11.11mm。

在本发明的一种实施例中：

在第一仿生曲线方程中，0mm≤x≤10.55mm。

在本发明的一种实施例中：

刃口前轮廓线限定了前轮廓仿生曲线，前轮廓仿生曲线对应第二仿生曲线，第二仿生曲线对应的方程为：

y1＝5.276*10^-7x1⁴+0.00031x1³+0.06415x1²+5.892x1；

式中，-161.017≤x1≤0。

在本发明的一种实施例中：

在第二仿生曲线方程中，-161.017mm≤x1≤0mm。

在本发明的一种实施例中：

在第二仿生曲线方程中，-159.023mm≤x1≤0mm。

在本发明的一种实施例中：

深松铲柄结构还具有外准线，外准线限定了外轮廓仿生曲线，外轮廓仿生曲线对应第三仿生曲线，第三仿生曲线对应的方程为：

y2＝4.904*10^-7x2⁴+0.0001482x2³+0.0192x2²+1.578x2-191.2；

式中，-117.774≤x2≤58。

在本发明的一种实施例中：

在第三仿生曲线方程中，-117.774mm≤x2≤58mm。

在本发明的一种实施例中：

在第三仿生曲线方程中，-115.714mm≤x2≤49mm。

一种深松铲柄，该深松铲柄包括机架连接结构、铲尖连接结构以及上述任意一项的深松铲柄结构；

机架连接结构由第一端向垂直于水平线的方向上延伸；

铲尖连接结构由第二端延伸。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种深松铲柄结构，该深松铲柄结构能有效地降低深松铲柄在工作过程中的阻力。

本发明提供的一种深松铲柄，该深松铲柄在工作过程中能减少土壤粘附，有效地降低在工作过程中的阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中深松铲柄在第一视角下的结构示意图；

图2为本发明实施例1中深松铲柄在第二视角下的结构示意图；

图3为图2中a-a处的剖视图；

图4为图3中bd段曲线的示意图；

图5为图3中的bd段曲线曲率的示意图；

图6为图1中op段曲线的示意图；

图7为图1中op段曲线曲率的示意图；

图8为图1中mn段曲线示意图；

图9为图1中mn段曲线曲率的示意图；

图10为本发明实施例中深松铲柄与无刃口圆弧形深松铲柄的阻力水平力分量对比的示意图；

图11为本发明实施例中深松铲柄与无刃口圆弧形深松铲柄的阻力合力对比的示意图。

图标：4-刃口前轮廓线；5-内准线；6-外准线；7-刃口元线；10-深松铲柄；11-深松铲柄结构；12-机架连接结构；13-铲尖连接结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种深松铲柄10，该深松铲柄10在工作过程中能减少土壤粘附，有效地降低在工作工程中存在的工作阻力。

请参考图1、图2和图3，图1示出了本实施例中深松铲柄10在第一视角下的具体结构，图2示出了本实施例中深松铲柄10在第二视角下的具体结构，图3为图2中a-a处的剖视图。

其中，深松铲柄10包括深松铲柄结构11、机架连接结构12以及铲尖连接结构13，其中，需要说明的是，深松铲柄结构11沿其延伸方向具有相对的第一端和第二端，第一端被构造向沿垂直于水平线的方向延伸构成了机架连接结构12，第二端向预设方向延伸并构成铲尖连接结构13，其中，预设方向是指人为设定的方向。

在图1中，深松铲柄结构11具有刃口前轮廓线4以及内准线5，刃口前轮廓线4平行于内准线5，刃口前轮廓线4与内准线5之间的曲面构成刃口曲面，刃口曲面的横剖面轮廓曲线限定刃口元线7(请参考图3)，其中，在图中标识了字母b、c以及d，刃口元线7由镜像对称的两条刃口仿生曲线(在图中为bd和bc段)构成，其中，刃口仿生曲线对应第一仿生曲线，第一仿生曲线对应的方程为：

y＝-0.0006916x⁵+0.02214x⁴-0.2497x³+1.053x²+0.1036x，0≤x≤11.11。

具体地，请参考图3，图3中，刃口元线7位于图3中xby坐标系中，其中，两条刃口仿生曲线相交与b点处。经发明人多次检测，发现0≤x≤11.11中能降低阻力，在本实施例中，0mm≤x≤11.11mm。在其他具体实施方案中，其取值范围：0mm≤x≤10.55mm。

进一步地，刃口前轮廓线4限定了前轮廓仿生曲线，前轮廓仿生曲线对应第二仿生曲线，第二仿生曲线对应方程为：

y1＝5.276*10^-7x1⁴+0.00031x1³+0.06415x1²+5.892x1；

式中，-161.017≤x1≤0，在图1中，标识了字母p和o，po段即前轮廓仿生曲线，前轮廓仿生曲线落于图1中xoy的坐标系中。其中，经发明人多次检测，在第二仿生曲线方程中，-161.017≤x1≤0能有效地降低阻力，在本实施例中，-161.017mm≤x1≤0mm。在其他具体实施方案中，其取值范围：-159.023mm≤x1≤0mm。

需要说明的是，由于刃口前轮廓线4以及内准线5相互平行，则，内准线5的特性这里不再赘述。

进一步地，深松铲柄结构11还具有外准线6，外准线6限定了外轮廓仿生曲线，外轮廓仿生曲线对应第三仿生曲线，第三仿生曲线对应的方程为：

y2＝4.904*10^-7x2⁴+0.0001482x2³+0.0192x2²+1.578x2-191.2；

式中，-117.774≤x2≤58。

在图1中，标识了字母m和n，mn段即外轮廓仿生曲线，外轮廓仿生曲线落于图1中xoy的坐标系中。其中，经发明人多次检测，在第三仿生曲线方程中，-117.774≤x2≤58能有效地降低阻力，在本实施例中，-117.774mm≤x2≤58mm。在其他具体实施方案中，其取值范围：-115.714mm≤x2≤49mm。

进一步地，在深松铲柄10中，铲尖连接结构13靠近外准线6的一点定义为k点，其中，kn段为直线。

进一步地，请参考图4至图9，图4为图3中bd段曲线的示意图，图5为图3中的bd段曲线曲率的示意图，图6为图1中op段曲线的示意图，图7为图1中op段曲线曲率的示意图，图8为图1中mn段曲线示意图，图9为图1中mn段曲线曲率的示意图。

由图4至图9可知，刃口仿生曲线、前轮廓仿生曲线以及外轮廓仿生曲线均具有典型的复杂变曲率特征，曲率沿着x轴正方向依次出现若干个极大值和极小值。进行深松作业时，刃口元线7、刃口前轮廓线4、内准线5以及外准线6所具有的复杂变曲率的特征，有利于土壤的疏松，并能降低深松铲柄10的工作阻力。同时，刃口前轮廓线4以及内准线5平行，使得所设计的深松铲柄刃部形式介于楔形刃和无刃口之间，在降低阻力的同时保证铲柄刃部的强度。此外，铲柄刃部形状与刃部土核堆积的形状相似，可以减小土壤粘附，进一步降低阻力。

在相同土壤条件、相同作业深度及作业速度的情况下，本实施例中的深松铲柄10和同规格无刃口圆弧形深松铲柄的阻力水平分量和阻力合力的对比如图10和图11所示，图10为本实施例中深松铲柄10与无刃口圆弧形深松铲柄在相同条件下，有限元仿真中阻力水平力分量对比的示意图，图11为本实施例中深松铲柄10与无刃口圆弧形深松铲柄在相同条件下，有限元仿真中阻力合力对比的示意图。

在图10和图11中，分别示出了无刃口圆弧形深松铲柄与深松铲柄10(图中标识为元线准线仿生曲线深松铲)。

从图中可看出本实施例中的深松铲柄10比同规格无刃口圆弧形深松铲柄工作阻力低12％左右。

发明人发现：深松铲柄的外形是影响深松铲工作阻力的重要因素。而深松铲柄的元线形式和准线形式决定了深松铲柄的外形，因此，若对深松铲柄的元线和准线均采用构形仿生的方法进行优化设计，减阻效果会大幅提升。

发明人设计了上述深松铲柄10，该深松铲柄10能有效地降低深松铲柄10在工作过程中的阻力。其中，深松铲柄10包括深松铲柄结构11、机架连接结构12以及铲尖连接结构13。为降低深松铲柄10工作中的工作阻力，深松铲柄结构11中的元线和准线均采用构形仿生的方法进行优化设计，具体地，深松铲柄结构11的刃口前轮廓线4以及内准线5相互平行，并且刃口前轮廓线4与内准线5之间构成的刃口曲面是符合仿生设计的，需要说明的是，该仿生设计是仿造优良挖掘性能的动物爪趾内轮廓曲线设计而成，具体地，刃口曲面的横剖面轮廓曲线限定刃口元线7，刃口元线7由镜像对称的两条刃口仿生曲线构成，经过发明人的多次研究，该刃口仿生曲线对应第一仿生曲线方程：

y＝-0.0006916x⁵+0.02214x⁴-0.2497x³+1.053x²+0.1036x，0≤x≤11.11。当土壤沿着深松铲柄10滑动时，受到这种仿生曲面的作用而得到有效疏松，从而获得较低的工作阻力，达到减阻的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。