一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板及其机耕船的制作方法

本发明涉及机耕船技术领域，尤其涉及的是一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板及其机耕船。

背景技术：

现有技术中，机耕船采用以底部平坦的船形外壳支撑整个机耕船传动系统的方式实现农田耕作。但是，在水田中含砂量较大的丘陵地区作业的机耕船底板长期在土壤表层工作，船体底部与土壤中的固态颗粒，尤其是带有尖锐棱角的硬质颗粒，给船体底部带来严重的冲蚀磨损和磨料磨损破坏。这种磨损常常表现为船体底板出现狭长的犁沟与切削槽，最终发展成为裂纹，逐渐削穿底板，导致机耕船失效，影响作业。这种对船体底板的冲蚀磨损和磨料磨损给机耕船带来了后期维护与底板替换问题，增大了维修成本。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板及其机耕船，旨在解决现有技术中船体底部容易被冲蚀磨损的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，包括：底板本体以及设置在所述底板本体下表面的若干个凹凸组件，所述若干个凹凸组件沿所述底板本体的行驶方向间隔设置；每个所述凹凸组件包括：凸包阵列和v形槽，所述凸包阵列位于所述v形槽沿所述底板本体的行驶方向一侧。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，所述凸包阵列包括沿所述底板本体的行驶方向排列的若干排凸包，相邻两排所述凸包相互错位排列。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，所述凸包为半球形凸包。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，所述半球形凸包的直径为5-15mm。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，每排凸包中相邻两个凸包之间具有间隙，所述间隙的长度小于或等于所述凸包的直径。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，每排凸包中相邻两个凸包之间的距离小于或等于相邻两排凸包之间的距离。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，所述v形槽的槽宽为2-8mm，槽深为2-5mm。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，每个所述凹凸组件中所述v形槽与所述凸包阵列之间的距离小于相邻两个凹凸组件之间的距离。

所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，其中，每个所述凹凸组件中所述v形槽与所述凸包阵列之间的距离为10-20cm。

一种机耕船，其中，其包括如上述任一项所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板。

有益效果：本发明提供的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，由于利用凸包阵列和v形槽之间的协同作用，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高机耕船的使用寿命。

附图说明

图1是本发明中机耕船的结构示意图。

图2是本发明中底板本体的结构示意图。

图3是图2中a处的放大图。

图4是图2中b处的放大图。

图5是本发明中凸包的结构示意图。

图6是本发明中v形槽的结构示意图。

图7是本发明中凸包抗冲蚀磨损机理示意图。

图8是本发明中v形槽抗冲蚀磨损机理第一示意图。

图9是本发明中v形槽抗冲蚀磨损机理第二示意图。

图10是本发明中凹凸组件抗冲蚀磨损机理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图10，本发明提供的一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板的一些实施例。

如图1-图2所示，本发明提供了一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，包括：底板本体3以及设置在所述底板本体3下表面的若干个凹凸组件33，所述若干个凹凸组件33沿所述底板本体3的行驶方向间隔设置；每个所述凹凸组件33包括：凸包阵列331和v形槽332，所述凸包阵列331位于所述v形槽332沿所述底板本体3的行驶方向一侧，即位于所述v形槽332与机耕船船头相对的一侧。

底板本体33通常位于机耕船的底部，底板本体3采用船形底板。除了底板本体3，机耕船还包括：导向轮1、牵引挂钩2、发动机4、转向装置5、变速杆6、座椅7、遮阳蓬8、液压升降装置9、耕作装置10、制动装置11、后车轮12、变速箱13。其中，机耕船外形船身的设计目的主要是增大机身与工作介质之间的接触面积，减弱机耕船在水田中耕作的前行阻力，提高机耕船在田间作业的稳定性与转向操控能力，实现能耗节约与高效率化作业。

机耕船正常工作时，土壤中复杂液固两相工况对机耕船船形外壳存在很大的影响。首先，田间土壤中的硬质颗粒或硬质突出物接触船形底板时，机身的自重压力将使得硬质颗粒以机耕船前进的速度与船形底板做相对运动。这种相对运动会使得船形底板存在轻微的狭长划痕，在持续工作条件下这些划痕将逐渐壮大并扩散，最终表现为在船形底板表面出现狭长的深犁沟与切削槽，发展成为裂缝，逐渐削穿底板，导致机耕船无法进行田间耕作，耽误农时，增加维修费用。在工程实际应用上，裂纹是造成材料或装置断裂失效的重大原因之一。其次，南方红色土壤中的液态环境多为酸性，也是一种加快划痕延展的主要因素。

值得说明的是，本发明中若干个凹凸组件33沿底板本体3的行驶方向间隔设置。一方面，水冲击凹凸组件33时形成涡流，回旋的涡流增加了水的湍流程度，改变了底板本体3附近水流场中硬质颗粒的运动轨迹，具体地，将硬质颗粒冲击底板本体3的直线运动轨迹变成旋涡型曲线的运动轨迹，不仅减小了硬质颗粒碰撞底板本体3的几率，还降低了硬质颗粒碰撞底板本体3的冲击速度（这里的速度是指硬质颗粒相对于底板本体3的速度，下同）。另一方面，凹凸组件33使得底板本体3表面形成非光滑表面具有防粘降阻功能，减小了底板本体3的前行阻力。

本发明中一个凸包阵列331和一个v形槽332构成一个凹凸组件33，且凸包阵列331位于v形槽332沿底板本体3的行驶方向一侧。在机耕船行驶时，凸包阵列331在前，v形槽332在后。由于水或硬质颗粒先接触凸包阵列331，后接触v形槽332，硬质颗粒在凸包阵列331的影响下降低了速度，即使发生碰撞，也是损坏凸包阵列331，不会损坏底板本体3。

而且在凸包阵列331可以改变硬质颗粒的冲蚀角，大大减小了硬质颗粒对底板本体3的冲击力。如图7所示，硬质颗粒在以速度v冲击凸包3311时，形成冲蚀区i以及冲蚀区ii，冲蚀区i受到较大地冲击，冲蚀区ii受到较小的冲击。对于韧性材料来说，当冲蚀角度为20-30°时，冲蚀率最大。当硬质颗粒以θ（例如为20-30°）的冲蚀角度冲击底板本体3时，凸包3311的弧形表面可以增大冲蚀角度呈θ'或θ''，当然也可以减小冲蚀角度，因此，也减小了硬质颗粒对凸包3311的冲蚀。

在经过了凸包阵列331的一次作用后的硬质颗粒在碰撞v形槽332时，v形槽332对硬质颗粒进行二次作用，由于凸包阵列331和v形槽332之间具有协同作用，在凸包阵列331形成旋涡的基础上，v形槽332更易形成旋涡，更便于改变狭长划痕的轨迹。如图9所示，硬质颗粒在底板上产生的犁沟或切削划痕15不连续，减弱硬质颗粒对底板的磨损作用，同时v形槽332还对硬质颗粒在表面上形成的犁沟或切削划痕15有着拦截、转向的作用，防止犁沟或切削划痕15进一步延伸与扩展，因此有效地减小底板磨损率，从而提高机耕船的使用寿命。此外相比于平面，v形槽332还起到改变硬质颗粒冲蚀角的作用，如图8所示，将冲蚀角度θ增大为θ'''。

此外，凸包阵列331与v形槽332还增大了底板本体3与土壤液相的接触面积，减小了前行阻力，凸包阵列331也增加了底板本体3的强度。

在自然界中，贝壳、沙漠蝎子均是具有抗冲蚀耐磨能力的典型生物。其中，长期生存在海砂冲击环境中的贝壳通常具有复杂的体表形貌，这种形貌表现出良好的抗冲蚀和耐磨特性。如海笋、石蛏、毛蚶等可以凿石、穿木、钻沙，这种优异的抗冲蚀耐磨性能一定程度上得益于其体表的沟槽状结构。而蝎子生存在环境恶劣的沙漠环境中，常伴有沙尘暴天气。但高速运动的沙子冲击对沙漠蝎子的损伤微乎其微。这种结果得益于沙漠蝎子体表背板v形槽、凸包等优异的体表形态。本发明中抗冲蚀耐磨底板多级表面形态包括凸包与v形槽两种形态结构，当然还可以设置正六边形凹坑结构。

本发明提供的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，由于利用凸包阵列331和v形槽332之间的协同作用，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高机耕船的使用寿命。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图2所示，底板本体3采用船形设计，底板本体3包括：船形部32以及与船形部32焊接的矩形部31。底板本体3的总长度m=230cm，矩形部31的长度n=70cm，凹凸组件33根据底板本体3的直焊缝位置确定，本实施例中设置有4个凹凸组件33，依次为第一凹凸组件、第二凹凸组件、第三凹凸组件以及第四凹凸组件。

在本发明的一个具体实施例中，请同时参见图1-图4，每个所述凹凸组件33中所述v形槽332与所述凸包阵列331之间的距离小于相邻两个凹凸组件33之间的距离。具体地，每个所述凹凸组件33中所述v形槽332与所述凸包阵列331之间的距离为10-20cm。根据机耕船不同的应用场景，设置凸包阵列331和v形槽332之间的间距，凸包阵列331和v形槽332之间可以获得较强的协同作用，优选地，v形槽332与凸包阵列331之间的距离为14cm。

第一凹凸组件设置在矩形部31上，具体地，第一凹凸组件中，凸包阵列331与直焊缝的距离d1=30cm（≈n/2），v形槽332与直焊缝的距离l1=45cm（≈2n/3）；第二凹凸组件中，凸包阵列331与直焊缝的距离d2=20cm（≈m/10），v形槽332与直焊缝的距离l2=6cm（≈m/40）；第三凹凸组件与第二凹凸组件之间的距离d3=35cm（≈m/7）；第四凹凸组件与第三凹凸组件之间的距离d4=35cm（≈m/7）。v形槽332、凸包阵列331纵向（垂直于底板本体3行驶方向）长度f=70cm。

船形部32包括：相互连接的平面部321和曲线部322，曲线部322至少设置有一凹凸组件33，请同时参见图1和图2，第四凹凸组件设置在曲线部322。当然，可以在平面部321和曲线部322的连接处设置有凹凸组件33，第三凹凸组件设置在平面部321和曲线部322的连接处。

在本发明的一个具体实施例中，如图2和图3所示，所述凸包阵列331包括沿所述底板本体3的行驶方向排列的若干排凸包，相邻两排所述凸包相互错位排列。本实施例中，每个凸包阵列331中设置有4排凸包，相邻两排凸包相互错位，每排凸包包括依次排列的若干个凸包3311，各排凸包中了，相邻两个凸包3311之间的间距相同。如图10所示，由于硬质颗粒相对于底板本体3的冲击方向有多个方向，采用错位排列的凸包阵列331，可以确保凸包阵列331中至少有2个凸包3311对硬质颗粒起到阻碍作用，形成划痕不连续，梨沟槽隔断。而对于没有错位排列的凸包阵列331，硬质颗粒的冲击方向与各凸包3311之间的间隙排列方向一致时，则不会受到凸包3311的阻碍作用。

在本发明的一个具体实施例中，请同时参见图4-图6，所述凸包3311为半球形凸包，所述半球形凸包的直径2r为5-15mm。优选地，凸包3311直径2r=10mm。所述v形槽332的槽宽d为2-8mm，槽深e为2-5mm。优选地，v形槽332的槽深e=5mm，槽宽d=5mm。当然，凸包3311也可以采用其它形状，例如，椭球形，棱锥形。凸包3311表面形态的设计也增大了船底与工作介质的接触面积，改变了水田泥浆的流变特性，降低了机耕船底板与土壤中硬质颗粒或硬质凸起物接触位置处的单点压力效果。

在本发明的一个具体实施例中，请同时参见图3和图5，每排凸包中相邻两个凸包3311之间具有间隙，所述间隙的长度小于所述凸包3311的直径。每排凸包中相邻两个凸包3311之间的距离小于或等于相邻两排凸包之间的距离。具体地，相邻两排凸包的间距（横向间距）为a，每排凸包中相邻两个凸包3311的间距（纵向间距）为c，相邻两排凸包中两个错位的凸包3311间距（纵向间距）为b，且满足c≤2b，a≥c。凸包3311直径为2r，2r≥b。每排凸包中相邻两个凸包3311之间间隙的长度为g，且g≤2r。在一个具体实施例中，相邻两排凸包的横向间距a=25mm，每排凸包中相邻两个凸包3311的纵向间距c=15mm，相邻两排凸包中两个错位的凸包3311的间距b=8mm。

本发明还提供了一种机耕船的较佳实施例：

如图1所示，本发明实施例所述一种机耕船，其包括如上述任一实施例所述的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，具体如上所述。

综上所述，本发明所提供的一种仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板及其机耕船，所述机耕船底板包括：底板本体以及设置在所述底板本体下表面的若干个凹凸组件，所述若干个凹凸组件沿所述底板本体的行驶方向间隔设置；每个所述凹凸组件包括：凸包阵列和v形槽，所述凸包阵列位于所述v形槽沿所述底板本体的行驶方向一侧。本发明提供的仿生多级形态抗冲蚀耐磨机耕船底板，由于利用凸包阵列和v形槽之间的协同作用，降低了硬质颗粒的冲击速度，改变了硬质颗粒的冲蚀角，改变狭长划痕的轨迹，减小底板的磨损率，可利于提高机耕船的使用寿命。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。