【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业机械，涉及微耕机/翻耕机所装备的液压翻转犁，具体涉及液压翻转犁用犁铧及犁大铲的自磨刃涂层结构设计。
技术介绍
1、犁耕对农作物生长有着不可替代的作用，通过深耕可以改善土壤的物理性质，增加土壤的透水、透气性；增加土壤养分含量，提高土壤蓄水保墒、保肥的能力；增加土壤中有利微生物的活力，消除杂草和减轻病虫害等。犁耕为农作物生长创造了良好条件，为农民增产增收提供了保障。近年来，随着城市化发展和农村经济的快速增长，农业耕地逐步朝着农场集中化、规模化发展，农业生产方式开始向着全面机械化发展，这就对农业机械的发展和使用，提出了更高的要求。液压翻转犁也成为主要的土地耕作机械之一。
2、农业机械的耐用性有限，可能导致故障甚至设备停机。就耐用性而言，耕作机械最关键的部件是土壤接合工具。这些工具通过切割、粉碎、松动、翻转土壤以促进作物生长，其边缘是工作过程中最活跃的区域(例如刃口)，因此会受到磨损现象的影响。而磨损可能会损害工具性能，进而影响耕作质量、机器维护成本和燃料消耗。液压翻转犁中的犁铧等农机触土工作部件与土壤接触造成的刃口严重磨损是其损坏失效的主要原因。无论是何种材料制成的犁铧，即使开刃角度很小、刃口很锋利，在进行一段时间的耕作后，由于上下方土壤对犁铧刃口作用力的差距，刃口总会发生磨损而变成圆弧。对于标准犁铧，在磨损后会形成背棱，在背棱形成后会很快发展，特别是在干燥而坚硬的土壤中工作时，由于犁铧刃口一旦磨钝变为圆弧，土壤流动方式、压力分布、滑动速度和工作温度就会发生显著变化，促使背棱发展加剧，且随着圆弧范围增加磨
3、在犁铧刃口的下工作面上制备耐磨涂层，使其上下工作面获得不同的磨损率成为了一种有效限制背棱发展的措施，由于下工作面上耐涂磨层的磨损率明显低于上工作面，根据犁铧磨损稳定化过程，其下层的磨损相较于基体表面无涂层的普通犁铧会变慢，背棱的发展受到抑制。通常耐磨涂层厚度在1～2mm范围内即可满足这一工作需求，即耐磨涂层不会快速磨损失效，同时也不会对入土反作用力产生大的影响(耐磨涂层会增加犁铧入土时的阻力，对犁铧的入土性能会起到反作用)。另外，耐磨涂层不宜过厚、和上层磨损率的差异也不能过大，耐磨涂层过厚及磨损率过低可能会导致犁铧在工作时上层快速磨损而下层的磨损很小，使刃口磨损成下陷型的薄片后崩断。
4、目前，为延长农机产品无故障生产时间和提高整体加工水平，对其切割部件等刃具可以采用经化学热处理、堆焊、喷涂、熔覆等表面强化工艺而获得的表里硬度不同的刃口实现自磨效果，相应的刃口也称为自磨刃。但是农机产品往往仅在刃口边缘覆盖一道很小的耐磨涂层(即耐磨涂层宽度小、厚度也有一定限制，且覆盖区域为标准的长方形)，导致自磨效果都是短暂的。可见对于不同刃具，其工作环境不同，所需耐磨涂层的结构也有所不同，而在犁铧表面制备能使其耐磨减阻和使用寿命、经济性都达到较好的程度的自磨刃涂层是有待研究的问题。
5、另外，中国专利cn205105554u公开了一种锯齿式葡萄埋藤机，其前、后犁铧的犁翼具有锯齿边缘，主要功能是通过与犁壁构成锯齿式的犁体以提高取土和碎土性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于涂层仿生结构设计的自磨刃犁铧，通过模仿鲨鱼牙齿对耐磨涂层的结构进行设计，使犁铧刃口在工作过程中实现自磨效果，并且明显提高犁铧的耐磨减阻性能，延长犁铧的使用寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、第一方面，提供一种自磨刃犁铧，包括犁铧基体和仿生涂层结构，所述仿生涂层结构包括设置于犁铧基体的刃口的下工作面上的一道以上耐磨涂层，耐磨涂层的一侧边缘为锯齿形，且耐磨涂层的该侧边缘(即耐磨涂层的锯齿形边缘)的各锯齿尖端朝向犁铧基体的刃口边缘。
4、优选的，所述耐磨涂层为多层，多层耐磨涂层在耐磨涂层厚度方向上的排列方式为堆叠。
5、优选的，所述多层耐磨涂层中，位于上一层的耐磨涂层的锯齿形边缘按照在远离犁铧基体的刃口边缘的方向间隔一定距离的排列方式与位于下一层的耐磨涂层的锯齿形边缘错开，从而形成具有梯度结构的多层锯齿形涂层。
6、优选的，所述锯齿尖端的角度为30°～60°。该角度选取的过小，则犁铧基体工作中磨出的锯齿形刃口边缘容易崩断；而角度选取的过大，则会影响锯齿形刃口边缘的入土性能，不利于降低入土阻力。
7、优选的，所述仿生涂层结构具体包括多道相互间隔(即相邻的两道之间留有部分空白基体)的耐磨涂层(例如上述多层锯齿形涂层)，第一道耐磨涂层的锯齿形边缘与犁铧基体的刃口边缘平齐(即耐磨涂层的锯齿形边缘的各锯齿尖端靠在犁铧基体的刃口边缘上)。
8、优选的，所述犁铧基体为表面无涂层的梯形犁铧(下工作面呈梯形)、凿型犁铧或三角型犁铧。
9、优选的，所述犁铧基体的磨损量与仿生涂层结构的磨损量之比为2.9～3.4:1。该磨损量之比在接近3的范围内且通过取尽可能高的比值，可以使仿生涂层结构适应不同工作环境，避免因为比值过低而达不到最佳使用需求(包括限制背棱发展)。
10、优选的，所述耐磨涂层的材料为wc-mos2、wc-co、wc-fe、tin-mos2中的一种或多种，其中每种材料的具体成分构成比例依照满足上述磨损量之比确定。
11、第二方面，提供一种采用上述自磨刃犁铧的液压翻转犁。
12、第三方面，提供一种翻耕机，包括液压翻转犁，所述液压翻转犁采用上述自磨刃犁铧。
13、第四方面，提供一种自磨刃涂层仿生结构设计方法，包括以下步骤：
14、以鲨鱼牙齿的锯齿形分布和梯度结构为原型，利用一侧边缘为锯齿形的耐磨涂层在基体上逐道构建用于通过控制磨损量形成相应边缘形状的自磨刃的仿生涂层结构。
15、优选的，所述耐磨涂层在基体上多层交错堆叠。
16、优选的，所述仿生涂层结构通过保留部分空白基体分隔不同道的耐磨涂层。
17、本专利技术的有益效果体现在：
18、本专利技术基于涂层仿生结构设计的自磨刃犁铧，锯齿形的耐磨涂层可使犁铧在工作过程中通过磨损获得特定的刃口形状(即由于磨损量的不同，通过磨损先将无涂层的部分空白基体去除，直至获得锯齿形的刃口形状)，这种自磨刃结构使犁铧的减阻性能大幅度提升，从而提高机具(例如翻耕机)作业质量，降低机具的作业损耗和对能源的消耗。
19、进一步的，本专利技术基于涂层仿生结构设计的自磨刃犁铧，重复的多道耐磨涂层和部分空白基体可使锯齿形的刃口边缘在基体磨损后再次出现，大幅度降低犁铧在使用后期的磨损速度，提高犁铧的使用寿命，同时节约生产成本。
20、进一步的，本专利技术基于涂层仿生结构设计的自磨刃犁铧，通过控制各耐磨涂层与基体磨损量之间的比值，可以获得自磨效果更好的自磨刃犁铧，与普通犁铧相比使基体磨损后所形成背棱更小，犁铧使用寿命更长。
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1.一种自磨刃犁铧，其特征在于：包括犁铧基体(1)和仿生涂层结构，所述仿生涂层结构包括设置于犁铧基体(1)的刃口的下工作面上的一道以上耐磨涂层(2)，耐磨涂层(2)的一侧边缘为锯齿形，且该侧边缘的锯齿尖端朝向犁铧基体(1)的刃口边缘。
2.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述耐磨涂层(2)为多层，多层耐磨涂层在耐磨涂层(2)厚度方向上的排列方式为堆叠。
3.根据权利要求2所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述多层耐磨涂层中，位于上一层的耐磨涂层(2)的锯齿形边缘按照在远离犁铧基体(1)的刃口边缘的方向间隔一定距离的排列方式与位于下一层的耐磨涂层(2)的锯齿形边缘错开。
4.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述锯齿尖端的角度为30°～60°。
5.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述仿生涂层结构具体包括多道相互间隔的耐磨涂层(2)，第一道耐磨涂层(2)的锯齿形边缘与犁铧基体(1)的刃口边缘平齐。
6.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述犁铧基体(1)为表面无涂层的梯形犁
7.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述犁铧基体(1)的磨损量与仿生涂层结构的磨损量之比为2.9～3.4:1。
8.一种采用如权利要求1～7中任意一项所述的自磨刃犁铧的液压翻转犁。
9.一种翻耕机，其特征在于：包括液压翻转犁，所述液压翻转犁采用如权利要求1～7中任意一项所述的自磨刃犁铧。
10.一种自磨刃涂层仿生结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种自磨刃犁铧，其特征在于：包括犁铧基体(1)和仿生涂层结构，所述仿生涂层结构包括设置于犁铧基体(1)的刃口的下工作面上的一道以上耐磨涂层(2)，耐磨涂层(2)的一侧边缘为锯齿形，且该侧边缘的锯齿尖端朝向犁铧基体(1)的刃口边缘。
2.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述耐磨涂层(2)为多层，多层耐磨涂层在耐磨涂层(2)厚度方向上的排列方式为堆叠。
3.根据权利要求2所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述多层耐磨涂层中，位于上一层的耐磨涂层(2)的锯齿形边缘按照在远离犁铧基体(1)的刃口边缘的方向间隔一定距离的排列方式与位于下一层的耐磨涂层(2)的锯齿形边缘错开。
4.根据权利要求1所述一种自磨刃犁铧，其特征在于：所述锯齿尖端的角度为30°～60°。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：朱学卫，南翔，潘飞延，韦小凤，杨山举，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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