[发明专利]基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型电磁阀式仿生犁壁

说明书

本发明是依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，与现有技术相比：（1）本发明能够解决的技术问题是铧式犁的黏土、磨损、减阻问题；（2）本发明是依据自然生物界的神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计出来的一种不黏土且磨损小的可主动变形的铧式犁，其更贴近生物模型，符合自然长期选择的原则及其优越性。（3）本发明的仿生凸包结构采用的弹性材料，在铧式犁面的迎土方向，仿生凸包的部分前端与铧式犁面缝合，整个仿生凸包形成一个悬臂梁的结构，使仿生凸包本身具有主动调节升降和自动回位的效果。

技术领域

本发明提供一种利用农业的仿生技术，依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，涉及一种不黏土且磨损小的可主动变形的铧式犁，属于仿生脱附减阻技术领域。

背景技术

经过长期的演化和自然选择，生物系统通过优化其组织结构及界面性质等方法，最终进化出了能够响应外界刺激、适应环境变化的优异性能。“生物非光滑”是自然界普遍存在的典型现象，昆虫、植物、鱼类、鸟类、贝类等表现出各种类型的非光滑表面，已知的生物非光滑表面具有脱附、减阻、自洁、降噪、伪装、耐磨、抗氧化等多种功能。

生物非光滑脱附、自洁现象足以引发人类开展仿生研究和工程应用，而利用蜣螂等土壤生物表皮非光滑微观结构设计仿生犁壁便是一种重要的生物仿生应用领域。传统铧式犁犁壁多为光滑表面，与土壤接触容易粘附从而增加能耗、降低工作效率。将神农洁蜣螂用高倍镜放大后，发现其的背后的壳并不是完全光滑的，而是有许多小小的凸起。经过自然选择，微小的凸起利于这些昆虫在土里爬行，所以微小的凸起所具有的作用是利于开土，不沾土。因而设想在仿生犁壁上设有凸包，可有效减少土壤接触阻力、降低粘附，对提高耕作机具工作效率、减少能耗具有重要意义。例如专利号为CN201010531289.1的中国专利介绍了一种鼠道犁仿生防粘减阻耐磨犁铲，该犁铲采用了一种凸包高度与包底圆直径之比处于一定数值范围的球冠形凸包；再比如专利号为CN201520234000.8的中国专利公开了一种双圆盘开沟器耦合仿生圆盘结构，亦采用了一种球冠形凸包，并限定了球冠高度与球冠直径的比值范围。

可以看出，目前已知的利用蜣螂等土壤生物表皮微观结构设计凸包型仿生犁壁的方法，出于制造便利性、经济性等方面考虑，多在仿生犁壁表面简化设计出一种球冠形的各向同性型凸包结构，而有些蜣螂品种如神农洁蜣螂（洁蜣螂属常见粪食性甲虫），其迎土面体表上长有各向异性型、类似沙漠中稳定沙丘状的非匀称型凸包结构。显然，生物历经长时间进化所衍生出的这种结构是一种“自然选择”的理想结构，必然有其重要研究、利用价值。利用神农洁蜣螂迎土面表皮上的沙丘状各向异性凸包设计凸包型新型仿生脱附减阻犁壁，对于拓展仿生犁壁的功能及品种范围具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于依据神农洁蜣螂等土壤生物及沙丘的形状的特异性和自然性，设计一种带有仿神农洁蜣螂等土壤生物头部凹凸形状的凸包的犁面，以解决上述的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：铧式犁，弹性仿生凸包结构，仿生凸包与犁面缝合，小型电磁阀系统。所述弹性仿生凸包，是利用弹性钢材根据土壤生物头部凸包形状制造成的仿生凸包。

所述的仿生凸包与犁面缝合，是弹性仿生凸包在迎土方向的部分前端与铧式犁面缝合在一起的。所述的缝合处固定，整个仿生凸包形成一个悬臂梁的结构，缝合处是支点。

所述的仿生凸包除了在迎土方向的部分前端与铧式犁面焊接在一起，其余部分不与铧式犁面接触，并有一定的间隙，间隙大约为2~3mm。

所述的小型电磁阀系统包括圆形永久磁性衔铁和小型电磁阀。所述的圆形永久磁性衔铁固定在仿生凸包的下面，并靠近仿生凸包背面的一端。所述的小型电磁阀安装在仿生凸包结构下面的圆形空间里，并在圆形永久磁性衔铁的正下方。