本發(fā)明屬于疏浚工程技術領域，具體涉及一種仿生疏浚絞刀。

背景技術：

疏浚絞刀處于水下生產作業(yè)環(huán)境，疏浚土壤都是水下土壤，具有很大的切削阻力。傳統(tǒng)疏浚機具所受阻力大、易粘附土壤而使疏浚效率低，使用壽命不長，因此，研發(fā)具有減粘減阻性能的疏浚絞刀，已成為一種趨勢，而仿生疏浚絞刀近年來更是得到快速的發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理，思路新穎的仿生疏浚絞刀，能夠有效減少刀具表面土壤粘附現(xiàn)象，減小表面阻力，提高疏浚效率。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種仿生疏浚絞刀，包括輪轂、大環(huán)和多個刀臂，所述刀臂的一端固定在輪轂上，另一端固定在大環(huán)上，每個刀臂的一側設有多個齒座，每個齒座上均設有刀齒，所述刀齒呈楔形，所述輪轂與絞刀傳動軸連接，工作時整個仿生疏浚絞刀在絞刀傳動軸的帶動下旋轉，所述刀臂在絞刀旋轉時，切削土壤使之變形破碎，破碎的土壤與水相混合，進入吸口。

作為優(yōu)選，所述刀臂橫截面的內輪廓線的曲線方程為y_in=0.000005x⁴－0.0005x³＋0.022x²－0.6813x－16.841，其中，x的取值范圍是-25≤x≤15 。

作為優(yōu)選，所述刀臂橫截面的外輪廓線的曲線方程為y_out=0.00001x⁴－0.0009x³＋0.0289x²－0.9509x－39.539，其中x的取值范圍是-20≤x≤20。

上述刀臂橫截面的內輪廓曲線方程和外輪廓曲線方程是通過以下方法測得： 建立直角坐標系，將黃鼠爪趾樣品放到所建立的直角坐標系中，測得黃鼠爪趾樣品內、外輪廓線各點的坐標值，用最小二乘法分別對內外輪廓線進行擬合，分別的到內輪廓和外輪廓的曲線方程。

作為優(yōu)選，所述刀臂的個數(shù)為4-6個。

作為優(yōu)選，所述刀齒包括底面、后側面和前側面，刀齒的底面與齒座連接，刀齒的前側面上設有多個凹坑。

作為優(yōu)選，刀齒的后側面與前側面之間的夾角呈20-25度。刀齒參照穿山甲等土壤動物的爪趾，此類仿生設計可緩解土壤壓實聚集粘附于刀齒的現(xiàn)象。

作為優(yōu)選，多個凹坑在所述刀齒的前側面上呈形狀大小均勻的矩形分布。

作為優(yōu)選，所述凹坑為球冠形。

作為進一步優(yōu)選，所述刀齒的后側面與前側面之間的夾角呈20度。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所設計的凹坑形刀齒仿生疏浚絞刀從仿生學的角度出發(fā)，參照黃鼠、穿山甲等土壤動物的爪趾進行設計，優(yōu)化了絞刀的幾何形狀以及力學性能，減少了土壤對絞刀的粘附，降低了工作阻力，具有很高的實用價值。

附圖說明

圖1 是實施例1的結構示意圖；

圖2是刀臂的結構示意圖；

圖3是圖2中A-A向的剖視圖；

圖4是刀齒的結構示意圖；

圖5是實施例2的結構示意圖；

圖6是實施例3的結構示意圖。

附圖標記列表：

其中， 1- 輪轂；2-刀臂；3-大環(huán)；4-齒座；5-刀齒；21-內輪廓；22-外輪廓；51-前側面；52-后側面；53-底面；54-凹坑。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步描述：

實施例1

如圖1所示，一種仿生疏浚絞刀，包括輪轂1、刀臂2、齒座4、大環(huán)3以及刀齒5，輪轂1與絞刀傳動軸相連，具有傳動作用，輪轂1與絞刀傳動軸的連接方式一般為反牙梯形螺紋連接。刀臂2有多個，刀臂2的一端固定在輪轂1的外側，另一端固定在大環(huán)3的上表面，多個刀臂2均勻分布在大環(huán)3外圍圓周上，每個刀臂2的一側設有多個齒座4，每個齒座4上均設有刀齒5，刀齒5呈楔形，齒座4為平面，由于在曲面安裝刀齒5不合適，因此設置齒座4，用于裝配刀齒5。刀臂2在絞刀旋轉時，切削土壤使之變形破碎，破碎的土壤與水相混合，進入吸口。

達烏爾黃鼠爪趾具有優(yōu)良的挖掘和脫土降阻功能，經研究發(fā)現(xiàn)，爪趾輪廓曲線的曲率呈現(xiàn)波動特征，使得土壤內部壓力發(fā)生波動，抗剪強度降低，從而易于破碎、切削。因此本發(fā)明的刀臂2根據達烏爾黃鼠的爪趾進行仿生設計。

刀臂2的結構如圖2、圖3所示，圖3中21是內輪廓，22是外輪廓，刀臂2橫截面的內輪廓21的曲線方程為：y_in=0.000005x⁴－0.0005x³＋0.022x²－0.6813x－16.841 ，其中，x 的取值范圍是-25≤x≤15，刀臂2橫截面外輪廓22的曲線方程為y_out=0.00001x⁴－0.0009x³＋0.0289x²－0.9509x－39.539，其中，x的取值范圍是-20≤x≤20 。

上述內輪廓曲線方程和外輪廓曲線方程是通過以下方法測得的： 建立直角坐標系，將黃鼠爪趾樣品放到所建立的直角坐標系中，測得黃鼠爪趾樣品內、外輪廓線各點的坐標值，用最小二乘法分別對內外輪廓線進行擬合，分別的到內輪廓和外輪廓的曲線方程。

上述曲線方程在應用到刀臂2的制作時，先根據內輪廓和外輪廓的曲線方程繪制出內輪廓曲線和外輪廓曲線，分別將內輪廓曲線和外輪廓曲線的兩端相連接即可得到刀臂2橫截面的形狀，得到內輪廓曲線形狀和外輪廓曲線形狀后，按照絞刀實際尺寸的需求按照一定的比例進行放大，從而得到刀臂2的內輪廓曲線和外輪廓曲線。

如圖4所示，刀齒5包括前側面51、后側面52和底面53，刀齒5的底面53與齒座4連接，刀齒5的前側面51上設有多個球冠形的凹坑54，呈形狀大小均勻的矩形分布，刀齒5的后側面52與前側面51之間的夾角呈20-25度，本實施例中優(yōu)選為20度。刀齒5的非光滑表面設計可減小土壤對刀具的粘附和摩擦，提高刀具使用壽命，并且，刀齒5參照穿山甲等土壤動物的爪趾，此類仿生設計可緩解土壤壓實聚集粘附于刀齒5的現(xiàn)象。

本實施例中的刀齒5為凹坑54形設計，在刀臂2切削土壤過程中，減小土壤對刀具的負壓粘附作用，減小阻力，提高絞刀的使用壽命，提高疏浚效率。

本實施例中刀臂2為6片，每個刀臂2上設有7個齒座4和刀齒5，刀齒5的前側面51共設有16個凹坑54，并且呈4×4的矩形分布。本實施例為最佳實施方案，實際中齒座4和刀齒5的數(shù)量可以根據刀臂2的尺寸進行調整。凹坑54的數(shù)量和排布方式可以根據刀齒5的尺寸進行調整。

實施例2

如圖5所示，本實施例與實施例1基本相同，區(qū)別在于刀臂2為5片，每個刀臂2上設有6個齒座4和刀齒5，刀齒5的前側面51設有12個凹坑54，并且呈3×4的矩形分布。

實施例3

如圖6所示，本實施例與實施例1基本相同，區(qū)別在于刀臂2為4片，每個刀臂2上設有5個齒座4和刀齒5，刀齒5的后側面52與前側面51之間的夾角呈25度，刀齒5的前側面51設有9個凹坑54，并且呈3×3的矩形分布。

本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。