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申请/专利权人：中国农业大学

摘要：本发明涉及基于河狸门齿的茎秆仿生切碎刀刀形设计及优化方法，包括以下步骤：对河狸下门齿图像进行矢量化，提取轮廓外缘，进行腐蚀和极坐标化，存储为数据文件；综合退火遗传算法和NURBS样条插值运用Matlab计算并优化图形提取处理后轮廓参考样本；采用退火遗传算法实现NURBS曲线逼近型值点序列拟合和提取，得到10段曲线的拟合值；将获得的拟合曲线引入仿生切碎刀具，并且组合形成刀具；对内主接触面、外主接触面和主切削面进行优化。本发明能产生更多的滑切裂纹，使物料更容易切断，最终增大了切碎区域面积，减小了切削阻力，刀具耐磨性高，一次性切断植株茎秆，减少了茎秆滑移现象，提高了茎秆粉碎、收获的机械化作业效率。

主权项：1.一种基于河狸门齿的茎秆仿生切碎刀刀形设计及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用Matlab将河狸下门齿图像进行腐蚀和极坐标化，提取轮廓外缘，利用Coreltrace执行图片矢量化；S2、综合退火遗传算法和NURBS样条插值运用Matlab计算并优化图形提取处理后轮廓参考样本；S3、采用退火遗传算法实现NURBS曲线逼近型值点序列拟合和提取，得到若干段曲线的拟合值；S4、将步骤S3获得的拟合曲线引入仿生切碎刀具，并且组合形成刀具；刀具包括刀柄、内主接触面、外主接触面和主切削面；S5、对内主接触面、外主接触面和主切削面进行优化；所述S3中，拟合点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J分别形成为仿生切碎刀端部各组成曲线AB圆弧段、BC圆弧段、CD圆弧段、DE圆弧段、EF圆弧段、FG圆弧段、GH圆弧段、HI圆弧段、IJ圆弧段、JA圆弧段；仿生切碎刀主切削面端部AB圆弧段对应的弧度用R1表示，圆心用O1表示，其对应半径用r1表示；仿生切碎刀内主接触面端部BC圆弧段对应的弧度用R2表示，圆心用O2表示，其对应半径用r2表示；仿生切碎刀端部JA圆弧段对应的弧度对应的弧度用R3表示，圆心用O3表示，其对应半径用r3表示；AB圆弧段与BC圆弧段切线夹角用α表示；AB圆弧段与JA圆弧段切线夹角用β表示；圆心O1、O2、O3连线夹角用γ表示；所述S5中包括以下子步骤：S51、通过控制R1的大小控制AB圆弧的弧长和控制圆心O1的位置，进而控制仿生切碎刀的结构不连续性；弧度R1的取值范围为0.2443rad到0.6108rad；S52、控制R2的大小以控制BC圆弧的弧长，使内主接触面与主切削面具有良好过渡状态，减少应力集中，弧度R2的取值范围为0.2251rad到0.5672rad；S53、控制R3的大小以控制BC圆弧的弧长，并调整圆心O3位置，使O3、O2处于同一直线，保证圆弧BC、JA同心，以保证滑切效果；弧度R3的取值范围为0.0872rad到0.3228rad；S54、调整圆心O1、O2、O3位置，使O1O2和O2O3间保持夹角γ；夹角γ的取值范围为115°到162°；S55、将BC、JA圆弧段的圆心O2、O3处于同一直线上；S56、调整AB圆弧段的弧度R1和圆心O1位置，调整BC圆弧段的弧度R2和圆心O2位置使AB圆弧和BC圆弧切线保持夹角α，保持O1A与速度V方向夹角为θ；夹角α的取值范围为到9.8°到36.6°，夹角θ即滑切角的取值范围为18°到55°；S57、调整JA圆弧段的弧度R3和圆心O3位置使AB圆弧和JA圆弧切线保持夹角β，夹角β的取值范围为10.2°到34.9°；所述S51弧度R1的R1最优值为0.3926rad；所述S52弧度R2的最优值为0.3857rad；所述S53弧度R3的最优值为0.1361rad；所述S54夹角γ的最优值为125°；所述S56夹角α的最优值为21.7°；所述S56夹角θ即滑切角的最优值为48°；所述S57夹角β的最优值为22.9°。

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