【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于農業機械，具體為一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀及設計方法。
技術介紹
1、眾所周知，農業是一個國家的支柱產業，但由于農機惡劣、不穩定的工作環境，農業機械存在整機工作可靠性不高，穩定性差，作業質量不理想的問題。其中一個重要原因就是關鍵零部件質量不過關。
2、旋耕刀作為土壤耕整聯合機械的關鍵觸土部件之一，旋耕刀工作阻力大、工作壽命短的問題嚴重制約我國農業的高質量發展。針對這一問題，本專利技術特提出一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀及設計方法。
技術實現思路
1、針對以上問題，本專利技術提供一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀及設計方法，對旋耕刀進行仿生結構設計，減小工作阻力，降低纏草堵塞概率，提高壽命具有重要的現實意義。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀，所述旋耕刀包括：
4、刀柄以及與刀柄相連的刀身；
5、所述刀身具有仿生設計，所述刀身的側切刃曲線由家兔爪趾背面脊線仿生而來，鋸齒刀刃由家兔爪趾前端輪廓線仿生而來。
6、本旋耕刀的有益效果：
7、采用仿生學原理，通過模仿家兔爪趾的自然形態來設計旋耕刀的刀身結構，可以獲得更好的土壤耕作性能。仿生設計的旋耕刀能夠更有效地切割土壤，減少土壤對刀身的阻力，提高耕作效率和降低能耗。
8、一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀的設計方法，包括以下步驟：
9、(a)利用激光三維掃描技術對家兔爪趾試樣進行掃描
10、(b)對獲取的三維數據進行點云擬合曲面，構建爪趾的初步三維模型；
11、(c)通過曲率分析和偏差分析，提取用于仿生設計的曲線；
12、(d)利用提取的曲線進行交線構造曲面，形成旋耕刀的初步設計；
13、(e)在軟件中，根據提取的曲線重構爪趾曲面；
14、(f)在重構的曲面基礎上，設計仿生旋耕刀，確保其側切刃曲線和鋸齒刀刃符合仿生設計要求；
15、(g)建立旋耕刀模型，確定旋耕刀尺寸；
16、(h)在軟件中，建立刀具-土壤的有限元模型，包括旋耕刀和土壤的相互作用；
17、(i)利用軟件進行切削過程的仿真計算，分析仿生旋耕刀在切削過程中的切削阻力和扭矩；(j)根據仿真結果，對仿生旋耕刀設計進行優化，以達到減阻效果。
18、本方法產生的意義效果為：
19、采用現代數字化設計與仿真技術，結合家兔爪趾的生物特征，通過一系列設計步驟來實現旋耕刀的仿生設計。提供了一種科學、系統的方法來設計仿生旋耕刀，確保了設計的精確性和實用性，并通過仿真優化提高了旋耕刀的性能。
20、較佳實施情況下，所述激光三維掃描的參數設置為單幅掃描速度3秒，掃描范圍200×150毫米。通過高速激光掃描獲得家兔爪趾的精確三維形態數據。確保了后續仿生設計的數據基礎的準確性和可靠性。
21、較佳實施情況下，所述點云擬合曲面的過程中，使用顯影劑dpt-5對爪趾進行噴涂著色處理，以提高掃描數據的質量和完整性。顯影劑噴涂技術，通過在爪趾表面噴涂顯影劑提高三維掃描的數據質量。提高了三維掃描的精度，使得仿生設計更加精確。
22、較佳實施情況下，在曲率分析中，計算并分析重構曲面的曲率分布，以確定最佳的擬合曲線，具體包括以下步驟：
23、a.使用數學軟件計算重構曲面上各點的曲率值；
24、b.根據曲率值分布圖，選擇曲率變化平緩的區域作為擬合曲線的基準；
25、c.確定擬合曲線的控制點，確保曲線與基準區域的曲率值匹配度超過90％。
26、較佳實施產生的有益效果為：
27、通過計算重構曲面的曲率值來確定擬合曲線。確保了仿生旋耕刀設計中曲線的精確擬合，提高了旋耕刀與土壤接觸的適應性。
28、較佳實施情況下，在交線構造曲面的過程中，采用數學優化方法確定交線，以提高旋耕刀設計的精確度，具體包括以下步驟：
29、a.定義交線與曲面的接觸誤差閾值，設定為不大于0.2毫米；
30、b.采用遺傳算法優化交線位置，迭代次數不少于100次；
31、c.通過迭代結果，選取誤差最小的交線作為最終設計。
32、較佳實施產生的有益效果為：數學優化算法用于優化旋耕刀設計中的交線位置。通過優化交線位置，提高了旋耕刀設計的精確度和性能。
33、較佳實施情況下，在軟件中，根據擬合曲線方程重構爪趾曲面，具體包括以下步驟：
34、a.利用軟件的曲線擬合工具，輸入擬合曲線方程；
35、b.調整擬合參數，直至重構曲面與原始點云數據的偏差小于0.1毫米；
36、c.對重構曲面進行光滑處理，確保旋耕刀設計的流暢性。
37、較佳實施產生的有益效果為：利用軟件的曲線擬合工具來重構爪趾曲面。提高了旋耕刀設計的精確度和設計效率。
38、較佳實施情況下，在軟件中，對旋耕刀和土壤的有限元模型進行網格劃分，以進行仿真計算，具體包括以下步驟：
39、a.對旋耕刀模型采用結構化網格劃分，網格尺寸設置為2毫米；
40、b.對土壤模型采用非結構化網格劃分，網格尺寸設置為5毫米；
41、c.確保網格劃分后的模型整體質量滿足有限元分析的要求。
42、較佳實施產生的有益效果為：為旋耕刀的有限元分析提供了高質量的網格模型，確保了仿真計算的準確性。
43、較佳實施情況下，利用軟件進行仿真計算時，考慮旋耕刀和土壤的物理特性，包括密度、泊松比和剪切模量，具體包括以下步驟：
44、a.輸入旋耕刀材料的物理參數，包括密度、泊松比、剪切模量；
45、b.輸入土壤的物理參數，包括密度、泊松比、剪切模量；
46、c.設置仿真計算的邊界條件，包括旋耕刀的前進速度和耕深。
47、較佳實施產生的有益效果為：仿真計算考慮了實際物理特性，使得仿真結果更加真實可靠。
48、較佳實施情況下，根據仿真計算結果，調整旋耕刀設計參數，以優化其在實際應用中的性能，具體包括以下步驟：
49、a.分析仿真結果中的應力集中區域，確定需要優化的設計參數；
50、b.調整側切刃曲線和鋸齒刀刃的形狀，以降低應力集中；
51、c.重復仿真計算，直至旋耕刀的切削阻力降低10％以上。
52、較佳實施產生的有益效果為：通過仿真優化，減少了旋耕刀的切削阻力，提高了旋耕刀的工作效率和耐用性。
53、與現有技術相比，本專利技術的有益效果：
54、本專利技術通過綜合運用仿生學原理、三維掃描技術、數學建模與優化算法、計算機輔助設計(cad)和有限元分析(fea)等現代技術，實現了一種新型的基于家兔爪趾的仿生旋耕刀設計方法。該方法不僅提高了旋耕刀的設計精度和工作效率，而且通過仿真優化顯著降低了旋耕刀在實際本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀，其特征在于，所述旋耕刀包括：
2.一種如權利要求1所述的仿生旋耕刀的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述激光三維掃描的參數設置為單幅掃描速度3秒，掃描范圍200×150毫米。
4.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述點云擬合曲面的過程中，使用顯影劑DPT-5對爪趾進行噴涂著色處理，以提高掃描數據的質量和完整性。
5.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，在曲率分析中，計算并分析重構曲面的曲率分布，以確定最佳的擬合曲線，具體包括以下步驟：
6.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，在交線構造曲面的過程中，采用數學優化方法確定交線，以提高旋耕刀設計的精確度，具體包括以下步驟：
7.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，根據擬合曲線方程重構爪趾曲面，具體包括以下步驟：
8.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，對旋耕刀和土壤的有限元模型進行網格劃分，以進行仿真計算，具體包括以下步驟：
<...【技術特征摘要】
1.一種基于家兔爪趾的仿生旋耕刀，其特征在于，所述旋耕刀包括：
2.一種如權利要求1所述的仿生旋耕刀的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述激光三維掃描的參數設置為單幅掃描速度3秒，掃描范圍200×150毫米。
4.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述點云擬合曲面的過程中，使用顯影劑dpt-5對爪趾進行噴涂著色處理，以提高掃描數據的質量和完整性。
5.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，在曲率分析中，計算并分析重構曲面的曲率分布，以確定最佳的擬合曲線，具體包括以下步驟：
6.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王榮吉，馬俊偉，俞杰，厲天佑，
申請(專利權)人：中南林業科技大學，
類型：發明
國別省市：
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