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一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu)的制作方法

文檔序號(hào):283193閱讀:374來源:國知局
一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),是仿生兩棲類爬行動(dòng)物的腹部表皮紋路,在與水田泥面接觸的船體外表面上分布有相互聯(lián)通的凹槽網(wǎng)絡(luò);在船體低速行走時(shí),可以在船體外表面形成水膜,減小了水田船式機(jī)械在水田里低速行走時(shí)的阻力。船體表面與泥面之間的附著力和摩擦力,船體外側(cè)的水會(huì)沿連通的凹槽不斷補(bǔ)充形成水膜時(shí)的消耗,水膜連續(xù)形成,從而減小了船體行進(jìn)時(shí)的阻力。本實(shí)用新型的成本低,也適用于灘涂、沼澤等環(huán)境的船式機(jī)械。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域,特別涉及一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu)。 一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu)

【背景技術(shù)】
[0002] 目前水田作業(yè)機(jī)械中大量使用水田船式機(jī)械進(jìn)行承載和行走,主要包括單船體和 多船體:單船體如水稻插秧機(jī),插秧機(jī)構(gòu)由一個(gè)船體承載;多船體如步進(jìn)式插秧機(jī),插秧機(jī) 構(gòu)由兩個(gè)船體分擔(dān)重量。水田船式機(jī)械的船體主要起到承載重量的作用,船體外表面一般 比較光滑,以減少行走過程中的阻力。但是,當(dāng)水田船式機(jī)械以較低速度在水田中行走時(shí)會(huì) 出現(xiàn)遠(yuǎn)大于較高速度行走時(shí)的阻力,這是由于船體承重,船體會(huì)將水田中泥面的積水排開, 使得船體光滑外表面與泥面緊密接觸,產(chǎn)生了較大的附著力。在實(shí)際操作中,水田船式機(jī)械 的行走速度一般較慢,從而導(dǎo)致其在水田中行走的阻力問題非常嚴(yán)重。仿生表面減阻技術(shù) 是近年研究的熱點(diǎn),其應(yīng)用主要集中在空氣、水和一般土壤等介質(zhì),由于水田是泥或泥水混 合物,其物理特性復(fù)雜,目前沒有應(yīng)用于水田中仿生表面減阻的相關(guān)研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn),提供一種水田船式機(jī)械仿生 表面減阻結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)減少水田船式機(jī)械在水田里較低速行進(jìn)時(shí)的行走阻力。
[0004] 本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005] -種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),是仿生兩棲類爬行動(dòng)物的腹部表皮紋路, 在與水田泥面接觸的船體外表面上分布有相互聯(lián)通的凹槽網(wǎng)絡(luò)。
[0006] 所述凹槽網(wǎng)絡(luò)中,凹槽1的槽口寬為1?40臟,深度為5?50mm;凹槽1的橫截面 形狀可以為矩形、梯形、倒梯形、三角形、弧形、單邊梯形、單邊三角形,但形狀不限于此,例 如其它多邊形和多端弧形等。
[0007] 所述凹槽網(wǎng)絡(luò)中,單個(gè)網(wǎng)格的形狀優(yōu)選交錯(cuò)矩形、平行四邊形或仿龜紋六邊形; 單個(gè)網(wǎng)格的形狀面積為1?1000cm 2,根據(jù)船體大小、表面材料和水田泥面性質(zhì)不同而采取 不同的網(wǎng)格形狀和面積;整個(gè)凹槽網(wǎng)絡(luò)連通。
[0008] 本實(shí)用新型還設(shè)置有主動(dòng)補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng),即水田船式機(jī)械的船體前端安裝有一 個(gè)或多個(gè)噴水口 2,在水田船式機(jī)械上設(shè)置有水箱和壓力裝置3,水箱和壓力裝置3將水箱 水通過內(nèi)部通道壓送至噴水口 2,船體前進(jìn)時(shí)可補(bǔ)充凹槽水。
[0009] 還可以在水田船式機(jī)械的凹槽1中安裝噴水口 2 ;噴水口 2的下端與凹槽1聯(lián)通, 上端與高壓水管9密閉連接;高壓水管9另一端密閉連接水箱和壓力裝置3。使用時(shí),水箱 和壓力裝置3產(chǎn)生高壓,將水箱水通過高壓水管9輸送到噴水口 2,補(bǔ)充船體10在行進(jìn)時(shí)凹 槽水的消耗,產(chǎn)生連續(xù)的水膜。
[0010] 上述水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),應(yīng)用于水田、灘涂、沼澤的船式機(jī)械的外表 面。
[0011] 本實(shí)用新型的原理是:(1)水田船式機(jī)械在水田中低速行進(jìn)時(shí)阻力較大:船體在 水田中位置關(guān)系如圖1所示,水田的泥層5上有一層較淺的連續(xù)或不連續(xù)的水層4,一般光 滑表面的水田船體機(jī)械在水田的泥層5上靜止或較低速運(yùn)行時(shí),由于船體承載機(jī)身重力, 在船體外表面與泥面之間產(chǎn)生較大壓力,船體將水層4排開,但是船體在水層4排水體積較 小,產(chǎn)生不了足夠的浮力,船體必需依靠泥層5支撐機(jī)身重量,這使得船體表面與泥層5緊 密接觸,產(chǎn)生很大的附著力,導(dǎo)致水田船式機(jī)械由靜止啟動(dòng)或低速運(yùn)行時(shí)阻力較大。(2)本 實(shí)用新型的仿生表面減阻結(jié)構(gòu)可以在船體外表面形成水膜,從而減小船體在低速時(shí)的行進(jìn) 阻力:如圖5所示,當(dāng)船體外表面6與泥層5擠壓時(shí),由于泥層5存在張力,凹槽1內(nèi)會(huì)殘留 一部分凹槽水7,凹槽水7通過凹槽網(wǎng)絡(luò)與船體周圍的水層聯(lián)通;船體低速運(yùn)行時(shí),隨著船 體外表面6與泥層5之間的滑動(dòng),凹槽水7會(huì)被帶出,較為均勻地附著在船體外表面6和泥 層5之間,形成水膜8 ;圖6所示為局部船體表面凹槽網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生水膜原理示意圖,實(shí)線箭頭 為水從船體前方和側(cè)方進(jìn)入凹槽1的方向,虛線箭頭為凹槽水7隨船體外表面6與泥面9 滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水膜8的方向,水膜8均勻的附著在船體外表面6上;由于凹槽網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通,在形 成水膜8的同時(shí),凹槽1內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,船體外側(cè)的水層會(huì)不斷地通過凹槽網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入,補(bǔ)充產(chǎn) 生水膜8時(shí)凹槽水7的消耗,在船體低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的水膜8,從而減小船體的行進(jìn) 阻力。(3)本實(shí)用新型還設(shè)置有主動(dòng)補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng),確保水膜的形成:當(dāng)水田中水層面斷 續(xù)或水量較少時(shí),使得船體外側(cè)不能有效補(bǔ)充凹槽水,會(huì)影響水膜8的連續(xù)形成,造成行進(jìn) 阻力較大的問題,本實(shí)用新型在船體前端或凹槽內(nèi)安裝噴水口 2,進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)水以確保水膜 的形成。
[0012] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0013] (1)本實(shí)用新型的原理與結(jié)構(gòu)不同于目前的水田船式機(jī)械表面,解決了在較低速 運(yùn)行時(shí)行進(jìn)阻力大的問題。
[0014] (2)本實(shí)用新型的成本低,也適用于灘涂、沼澤等環(huán)境的船式機(jī)械。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為船體在水田上水層和泥層位置示意圖
[0016] 圖2為本實(shí)用新型的一種矩形網(wǎng)格的凹槽網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0017] 圖3為本實(shí)用新型的一種平行四邊形網(wǎng)格的凹槽網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0018] 圖4為本實(shí)用新型的一種六邊形網(wǎng)格的凹槽網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0019] 圖5為本實(shí)用新型的仿生表面減阻結(jié)構(gòu)形成水膜原理示意圖。
[0020] 圖6為凹槽網(wǎng)絡(luò)水流方向示意圖。
[0021] 圖7為一種凹槽橫截面為矩形的示意圖。
[0022] 圖8為一種凹槽橫截面為梯形的示意圖。
[0023] 圖9為一種凹槽橫截面為倒梯形的示意圖。
[0024] 圖10為一種凹槽橫截面為三角形的示意圖。
[0025] 圖11為一種凹槽橫截面為弧形的示意圖。
[0026] 圖12為一種凹槽橫截面為單邊梯形的示意圖。
[0027] 圖13為一種凹槽橫截面為單邊三角形的示意圖。
[0028] 圖14為船體底面安裝多個(gè)噴水口的原理示意圖。
[0029] 圖15為主動(dòng)補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng)原理圖。
[0030] 圖16為測(cè)試?yán)?的多船板手扶式插秧機(jī)在試驗(yàn)水田中行進(jìn)阻力和速度關(guān)系圖。
[0031] 圖17為測(cè)試?yán)?中試驗(yàn)船板A和試驗(yàn)船板B在相同條件下的阻力對(duì)比數(shù)據(jù)圖。
[0032] 其中,1、凹槽;2、噴水口;3、水箱和壓力裝置;4、水層;5、泥層;6、船體外表面;7、 凹槽水;8、水膜;9、高壓水管;10、船體。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不 限于此。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),是仿生兩棲類爬行動(dòng)物的腹部表皮紋路,在與 水田泥面接觸的船體外表面上分布有相互聯(lián)通的凹槽網(wǎng)絡(luò)。凹槽網(wǎng)絡(luò)中,凹槽1的槽口寬 為1?40mm,深度為5?50mm;凹槽1的橫截面形狀可以為矩形(如圖7所示)、梯形(如 圖8所示)、倒梯形(如圖9所示)、三角形(如圖10所示)、弧形(如圖11所示)、單邊梯 形(如圖12所示)、單邊三角形(如圖13所示),但形狀不限于此,例如其它多邊形和多端 弧形等。凹槽網(wǎng)絡(luò)中,單個(gè)網(wǎng)格的形狀優(yōu)選交錯(cuò)矩形(如圖2所示)、平行四邊形(如圖3 所示)或仿龜紋六邊形(如圖4所示),單個(gè)網(wǎng)格的形狀面積為1?1000cm 2,根據(jù)船體大 小、表面材料和水田泥面性質(zhì)不同而采取不同的網(wǎng)格形狀和面積。
[0036] 為確保水膜的形成與保持,本實(shí)用新型還設(shè)計(jì)了主動(dòng)補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng)。水田船式 機(jī)械的船體前端安裝有一個(gè)或多個(gè)噴水口 2,在水田船式機(jī)械上設(shè)置有水箱和壓力裝置3, 水箱和壓力裝置3將水箱水通過內(nèi)部通道壓送至噴水口 2,船體前進(jìn)時(shí)可補(bǔ)充凹槽水。還可 以在水田船式機(jī)械的凹槽1中安裝噴水口 2,如圖14所示;噴水口 2的下端與凹槽1聯(lián)通, 上端與高壓水管9密閉連接,如圖15所示;高壓水管9另一端密閉連接水箱和壓力裝置3。 使用時(shí),水箱和壓力裝置3產(chǎn)生高壓,將水箱水通過高壓水管9輸送到噴水口 2,補(bǔ)充船體 10在行進(jìn)時(shí)凹槽水的消耗,產(chǎn)生連續(xù)的水膜。
[0037] 測(cè)試?yán)? :外表面光滑的多船板手扶式插秧機(jī)的阻力實(shí)驗(yàn)
[0038] 采用市場(chǎng)上購買的手扶式四行自動(dòng)插秧機(jī)A,該機(jī)型自重175kg,雙水輪和3塊船 板結(jié)構(gòu),船板的外表面光滑。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行該多船板插秧機(jī)的牽引試驗(yàn),得到不同速度下 的阻力數(shù)據(jù),如圖16所示。在試驗(yàn)速度范圍內(nèi),低速時(shí)該插秧機(jī)的阻力較大,在速度達(dá)到 0.3m/s左右時(shí),阻力陡降,之后阻力隨速度增大而緩慢增大。可見,外表面光滑的水田船式 機(jī)械在泥面上運(yùn)行時(shí),只有當(dāng)速度達(dá)到一定值時(shí),阻力才符合傳統(tǒng)規(guī)律即阻力和速度相關(guān); 但較低速情況下,由于無法形成水膜,船體與水田中泥面的粘附性增大,使得阻力具有特殊 性即變得很大。
[0039] 測(cè)試?yán)? :分布有本實(shí)用新型仿生表面減阻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)船體B和一般表面光滑的 試驗(yàn)船體A的泥面阻力對(duì)比試驗(yàn)。
[0040] (1)水田環(huán)境參數(shù)為:泥腳深20cm,泥面平整,水層2-5cm,粘土泥質(zhì)。
[0041] (2)對(duì)比樣:外表面光滑的試驗(yàn)船體A,配重后為13. 5kg,長寬高為 50cmX 50cmX 2cm。
[0042] 測(cè)試樣:分布有本實(shí)用新型仿生表面減阻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)船體B,配重后為13. 5kg,長 寬高為50cmX5〇CmX 2cm,在其外面表加工有凹槽網(wǎng)絡(luò),凹槽網(wǎng)絡(luò)將底面分割為交錯(cuò)矩形, 單個(gè)網(wǎng)格形狀面積為lOcmX 10cm ;凹槽橫截面為矩形,寬5mm,高10mm。
[0043] (3)試驗(yàn)設(shè)備有:拉力傳感器,量程20kg,精度0. 1kg ;變速牽引裝置,直線速度范 圍0. 02-0. 5m/s ;激光測(cè)速測(cè)距儀;其他輔助工具,如細(xì)鋼纜、固定支架和攝像機(jī)等。
[0044] (4)行進(jìn)速度取0. 05m/s和0. lm/s兩種較低的速度值,以驗(yàn)證水膜是影響船體在 泥面上行進(jìn)阻力的主要因素和凹槽網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際效果。
[0045] (5)每種速度下分別交替測(cè)量3次試驗(yàn)船體A和試驗(yàn)船體B的牽引力值,最后取平 均值做為該速度下船體行進(jìn)阻力值,結(jié)果如圖17所示。
[0046] 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,光滑表面船體在試驗(yàn)速度范圍內(nèi)阻力整體大于凹槽網(wǎng)絡(luò)船板行進(jìn) 阻力,可見,采用本實(shí)用新型的仿生表面減阻結(jié)構(gòu)可以顯著降低船體在水田中低速行進(jìn)時(shí) 的阻力。
【權(quán)利要求】
1. 一種水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:是仿生兩棲類爬行動(dòng)物的腹部 表皮紋路,在與水田泥面接觸的船體外表面上分布有相互聯(lián)通的凹槽網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述凹槽網(wǎng) 絡(luò)中,凹槽的槽口寬為1?40mm,深度為5?50mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述凹槽網(wǎng) 絡(luò)中,凹槽的橫截面形狀為矩形、梯形、倒梯形、三角形、弧形、單邊梯形或單邊三角形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述凹槽網(wǎng) 絡(luò)中,單個(gè)網(wǎng)格的形狀為交錯(cuò)矩形、平行四邊形或仿龜紋六邊形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述凹槽網(wǎng) 絡(luò)中,單個(gè)網(wǎng)格的形狀面積為1?1000cm 2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:設(shè)置有主動(dòng) 補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述主動(dòng)補(bǔ) 充凹槽水系統(tǒng),是在水田船式機(jī)械的船體前端安裝有一個(gè)或多個(gè)噴水口,在水田船式機(jī)械 上設(shè)置有水箱和壓力裝置,水箱和壓力裝置將水箱水通過內(nèi)部通道壓送至噴水口,船體前 進(jìn)時(shí)可補(bǔ)充凹槽水。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的水田船式機(jī)械仿生表面減阻結(jié)構(gòu),其特征在于:所述主 動(dòng)補(bǔ)充凹槽水系統(tǒng),是在凹槽中安裝噴水口;噴水口的下端與凹槽聯(lián)通,上端與高壓水管密 閉連接;高壓水管的另一端密閉連接水箱和壓力裝置。
【文檔編號(hào)】A01C11/02GK203840742SQ201420091619
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】閆國琦, 張鐵民 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
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