一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁

技术领域

本发明涉及铧式犁技术领域，特别是涉及一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁。

背景技术

铧式犁能够打破地层，将上层的根茬、杂草等翻到下层，将下层肥力高的土壤翻到上层，而且翻耕上来的土壤在太阳暴晒下可以杀死潜伏的病菌，这有利于作物的生长。

犁铧是主要的触土部件，在工作过程可以切土，铲尖起入土作用，铧刃起水平切土作用，胫刃起垂直切土作用。传统犁铧入土阻力较大，约占总阻力的50％左右，而且在作业过程中犁铧会和土壤、砂石、作物根茬等接触产生热量，从而加剧犁铧的磨损，降低犁铧的工作效率和寿命，增加作业机组的能耗。如何让降低犁铧入土阻力，减少磨损，降低能耗已成为当前农业机械耕作领域研究的重点。

毛细血管依据自身结构从微动脉到微静脉之间形成血液循环回路，完成物质交换。血液循环可以输送热量，维持温度的平衡。基于此原理，可将其应用到犁铧上，形成一个水循环冷却系统，可以实现热量的输送，将犁铧在作业过程中产生的热量带走，从而减少磨损，提高寿命。

因此，如何提供一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，通过在犁铧上构建水循环冷却系统，以实现犁铧在作业过程中产生热量的转移输送，从而减少磨损，提高使用寿命是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，旨在解决上述技术问题。本发明提出的一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，通过在犁铧上构建的水循环冷却系统，实现了犁铧在作业过程中产生热量的转移输送，减少了磨损，延长了使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，包括：

犁架、犁柱、犁壁、犁铧和水泵；

所述犁架内部具有可装冷却水的容置腔，所述犁柱顶部与所述犁架固定；所述犁壁顶部与所述犁柱底部固定；

所述犁铧设置在所述犁壁的底部；所述犁铧内部设有仿生毛细血管结构且可转移输送犁铧工作所产生热量的仿生水循环管道；所述仿生水循环管道与所述容置腔之间设置有可将二者连通以进行水交换的连接管，所述连接管上设置有可控制水循环流量和流速的所述水泵；

所述犁铧底部前端具有以旱獭爪趾结构为原型的仿生犁尖。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，通过水泵可实现将犁架内部容置腔中的冷却水不断泵入仿生水循环管道中进行循环流动，冷却水流经仿生水循环管道可转移输送犁铧工作所产生的摩擦热量，达到犁铧降温的效果，从而减少磨损、降低能耗和延长犁铧使用寿命。

作为上述技术方案的进一步改进，所述犁铧底部前端具有以旱獭爪趾结构为原型的仿生犁尖。

作为上述技术方案的进一步改进，所述犁铧为条形结构；所述仿生犁尖为多个，多个所述仿生犁尖沿所述犁铧底部长度方向间隔布置形成齿形结构以降低切土阻力；多个所述仿生犁尖中均分布有所述仿生水循环管道。

多个仿生犁尖呈齿形结构分布在犁铧底部，解决了现有技术中犁铧只具有一个铧尖而不能适应较硬或砂石较多土壤的问题，可大大降低入土和切土阻力，提升工作效率。

作为上述技术方案的进一步改进，所述犁架由多根金属管固定连接构成，多根所述金属管之间相互连通形成所述容置腔；所述犁架外壁设有连通所述容置腔的冷却水进口与冷却水出口；

所述犁铧上设置有对应连通所述仿生水循环管道两端的犁铧出水口和犁铧进水口；所述犁铧进水口与所述冷却水出口通过连接管一相连通，所述犁铧出水口与所述冷却水进口通过连接管二相连通，所述水泵设置在所述连接管一或所述连接管二上，以在所述仿生水循环管道与所述容置腔之间形成水循环冷却系统。

利用构成犁架的金属管内部中空的空间结构构建容置腔；实现了结构的优化，且不影响犁架的整体结构；犁铧中吸收了热量的冷却水通过连接管一或连接管二进入金属管内部进行降温，从而形成水循环冷却系统。

作为上述技术方案的进一步改进，以旱獭爪趾的爪趾内轮廓结构为基础拟合得到的所述仿生犁尖上端面的拟合曲线为Y

以旱獭爪趾的爪趾尖轮廓结构为基础拟合得到的所述仿生犁尖前端面的拟合曲线为Y

以旱獭爪趾的爪趾外轮廓结构为基础拟合得到的所述仿生犁尖下端面的拟合曲线为Y

旱獭前爪发达，挖掘能力强，不仅能够挖掘坚硬的土壤，还能够挖掘岩屑层和煤层；本发明技术方案仿生设计选取的是旱獭前爪挖掘时首先入土的第二趾为原型，铧尖结构根据旱獭爪趾的结构仿生设计，能够更好地以较小的阻力实现水平切土。

作为上述技术方案的进一步改进，所述犁架前端设置有翻转机构；所述犁架的一个侧壁相对其行进方向倾斜设置；所述犁柱、所述犁壁、所述犁铧构成铧式犁组件；所述铧式犁组件为多组，每组所述铧式犁组件为两个，两个所述铧式犁组件相对所述犁架平面对称布置，多组所述铧式犁组件沿所述侧壁长度方向间隔布置，每个所述铧式犁组件中的所述犁柱均与所述侧壁固定，以构成组合式翻转铧式犁结构；

所述水泵为多个，多个所述水泵一一对应多组所述铧式犁组件布置且固定在所述侧壁上，并均与相应的每组所述铧式犁组件中的所述连接管一或所述连接管二连通，以驱动水循环并控制水循环的流速和流量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述犁架另一个侧壁上设置有限深轮。

作为上述技术方案的进一步改进，所述仿生水循环管道的横截面为圆形，且弯折盘绕分布在所述犁铧中。

作为上述技术方案的进一步改进，所述仿生水循环管道的圆形横截面半径为4mm。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，具有以下优点及有益效果：

1、本发明利用构成犁架的金属管内部空间构建容置腔，实现了结构的优化设计；且金属管利于容置腔散热以实现循环冷却水的自然降温。

2、本发明犁铧结构基于旱獭爪趾的结构为原型，通过爪趾内、趾尖、爪趾外轮廓拟合曲线设计而成，且多个仿生犁尖呈齿形结构设置在犁铧底部，能够实现滑切入土，以及以较小的阻力实现水平切土，大大降低了入土阻力，提高了工作效率。

3、本发明内部有仿生毛细血管的仿生水循环管道，通过冷却水在犁铧内盘绕流动可充分带走犁铧工作的摩擦热量，从而有效降低犁铧的温度，使犁铧的工作温度始终维持在一个适宜水平，减少犁铧磨损，提高了耐磨性及使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1本发明一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁整体结构示意图；

图2本发明一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁犁铧结构示意图；

图3本发明一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁仿生铧尖结构示意图；

图中：1、犁架；11、金属管；12、冷却水进口；13、冷却水出口；14、侧壁；2、犁柱；3、犁壁；4、犁铧；41、仿生水循环管道；42、仿生犁尖；421、上端面；422、前端面；423、下端面；43、犁铧出水口；44、犁铧进水口；5、水泵；6、翻转机构；7、限深轮；8、连接件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，一种基于毛细血管的水循环仿生铧式犁，包括：

犁架1、犁柱2、犁壁3、犁铧4、水泵5、翻转机构6、限深轮7和连接件8；

犁架1内部具有可装冷却水的容置腔，犁柱2顶部通过螺栓与连接件8固定；连接件8与犁架1通过螺栓固定；犁壁3顶部与犁柱2底部焊接固定或用螺栓固定；

犁铧4设置在犁壁3的底部，犁铧4可与犁壁3焊接固定在一起或亦可将犁铧4通过螺栓固定在犁柱2底部；犁铧4内部设有仿生毛细血管结构且可转移输送犁铧工作所产生热量的仿生水循环管道41；仿生水循环管道41与容置腔之间设置有可将二者连通以进行水交换的连接管，连接管上设置有可控制水循环流量和流速的水泵5；

犁铧4底部前端具有以旱獭爪趾结构为原型的仿生犁尖42。

通过水泵5可实现将犁架1内部容置腔中的冷却水不断泵入仿生水循环管道41中进行循环流动，冷却水流经仿生水循环管道41可转移输送犁铧工作所产生的摩擦热量，达到犁铧4降温的效果，从而减少磨损、降低能耗和延长犁铧使用寿命。

优选的，犁铧4为条形结构；仿生犁尖42为五个(具体数量可根据需要设置)，五个仿生犁尖42沿犁铧4底部长度方向间隔布置形成齿形结构以降低切土阻力；五个仿生犁尖42中均分布有仿生水循环管道41。

五个仿生犁尖42呈齿形结构分布在犁铧4底部，解决了现有技术中犁铧只具有一个铧尖而不能适应较硬或砂石较多土壤的问题，可大大降低入土和切土阻力，提升工作效率。

优选的，犁架1由多根金属管11相连接焊接固定构成，金属管11的具体尺寸和数量可根据犁的整体结构大小进行设置，多根金属管11之间相互连通形成密闭的容置腔；犁架1外壁设有连通容置腔的冷却水进口12与冷却水出口13；

犁铧4上设置有对应连通仿生水循环管道41两端的犁铧出水口43和犁铧进水口44；犁铧进水口44与冷却水出口13通过连接管一相连通，犁铧出水口43与冷却水进口12通过连接管二相连通，将水泵5安装在连接管一或连接管二上均可，水泵5用螺钉固定在犁架1上或用螺钉固定在犁柱2上均可，以在仿生水循环管道41与容置腔之间形成水循环冷却系统。

利用构成犁架1的金属管11内部中空的空间结构构建容置腔；实现了结构的优化，且不影响犁架1的整体结构；犁铧4中吸收了热量的冷却水通过连接管一或连接管二进入金属管11内部进行降温，从而形成水循环冷却系统。

优选的，以旱獭爪趾的爪趾内轮廓结构为基础拟合得到的仿生犁尖42的上端面421的拟合曲线为Y

以旱獭爪趾的爪趾尖轮廓结构为基础拟合得到的仿生犁尖42的前端面422的拟合曲线为Y

以旱獭爪趾的爪趾外轮廓结构为基础拟合得到的仿生犁尖42的下端面423的拟合曲线为Y

旱獭前爪发达，挖掘能力强，不仅能够挖掘坚硬的土壤，还能够挖掘岩屑层和煤层；本发明技术方案仿生设计选取的是旱獭前爪挖掘时首先入土的第二趾为原型，铧尖结构根据旱獭爪趾的结构仿生设计，能够更好地以较小的阻力实现水平切土。

优选的，犁架1前端设置有翻转机构6；犁架1的一个侧壁14相对犁的行进方向倾斜设置；犁柱2、犁壁3、犁铧4构成铧式犁组件；铧式犁组件为四组，每组铧式犁组件为两个，两个铧式犁组件相对犁架1平面对称布置，四组铧式犁组件沿侧壁14长度方向间隔布置，每个铧式犁组件中的犁柱2均通过连接件8与侧壁14固定，以构成组合式翻转铧式犁结构；

水泵5为四个，四个水泵5一一对应四组铧式犁组件布置且用螺栓固定在侧壁14上，水泵5的入水口端通过管路连通冷却水出口13；水泵5的出水口端通过三通接头分别与相应的每组铧式犁组件中的两个连接管一或两个连接管二连通，以驱动水循环并控制水循环的流速和流量。

具体的，连接管一、连接管二以及其它用于输送循环水的连接管路均采用金属管；避免犁地耕作时被土垡或作物根茬挂断。

具体的，为了达到更好的循环冷却效果，将犁架1外壁的冷却水进口12与冷却水出口13相互远离地布置在犁架1的前后端部，以增加循环冷却水在金属管11内的流动降温效果。

优选的，犁架1另一个侧壁上设置有限深轮7。

优选的，仿生水循环管道41的横截面为圆形，且弯折盘绕分布在犁铧4中。

优选的，仿生水循环管道41的圆形横截面半径为4mm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。