基于鼹鼠多趾结构特征的仿生切土刀片设计与试验

为降低土壤耕作阻力，分析了鼹鼠前肢手掌的多趾组合结构特征，得到鼹鼠多趾组合结构是一种多窄齿组合结构，且相邻齿间间距可调整，最终确定了多趾组合结构的数学模型。基于该模型，设计了具有仿生结构特征的切土刀片。通过土槽试验，采用四因素三水平的二次正交回归试验方法，分析仿生结构元素m和n、土壤含水率和切土倾角对水平阻力的影响，得到土壤含水率和切土倾角对水平阻力的影响更显著，最优仿生结构元素m为5、n为1.75。通过比较传统和仿生刀片在切土倾角10°~90°和土壤含水率10%~30%下的水平阻力，得到仿生几何结构对刀片切土的临界倾角无显著影响，但土壤含水率对其有显著影响：当土壤含水率为10%和20%时，临界倾角均为30°左右；当土壤含水率为30%时，临界倾角均在40°~50°之间。然而，仿生几何结构对刀片所受的水平阻力有显著影响，在相同的土壤含水率下，仿生刀片的水平阻力总小于传统刀片的水平阻力：当土壤含水率为10%、20%、30%时，仿生刀片的水平阻力分别减小11.48%~39.16%、17.81%~28.00%和11.19%~33.26%。此外，水平阻力的变化与土壤内聚力具有极大的相关性，研究表明土壤含水率为10%~20%时，仿生刀片具有更好的切土性能。     

基于有限元方法的凸齿镇压器运动学和动力学分析

为探索凸齿镇压器在作业过程中的运动学和动力学特性,基于验证有效性后的有限元模型,求解了凸齿镇压器外缘点运动轨迹和速度以及加速度随时间的变化规律曲线。结果表明:轮缘点所在凸齿冲击土壤的行为并未在轮缘点竖直方向速度最大时完成;凸齿镇压器轮缘外一点的绝对运动轨迹呈波动状态的余摆线形式;凸齿镇压器轮缘点在接地位置有与前进方向相反的相对滑动。     

凸齿镇压器作业过程的运动学与动力学分析

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能定理和冲量定理,建立凸齿镇压器工作状态中所需牵引力、凸齿与地面作用瞬间产生的冲击力和冲击能的参数模型。[结果]凸齿镇压器作业过程中所需的牵引力随着凸齿镇压器的自身质量和滚动阻力系数的增加而增大,而凸齿镇压器转动惯量的增加会降低凸齿镇压器所需牵引力;冲击过程中,凸齿镇压器的牵引速度越大、质量和转动惯量越大、冲击时间越短,则冲击力越大;凸齿镇压器冲击土壤时的冲击能随着凸齿的转动惯量、质量和质心竖直向下移动距离的提高而增加,而随土壤的弹性系数与土壤的塑性变形量的增加而减小。[结论]建立了凸齿镇压器在不同工作状态下运动学及动力学模型,分析并揭示了凸齿镇压器结构参数与运动参数间的相互联系,探索了凸齿镇压器冲击土壤的特征规律,为设计和优化其结构参数和运动参数提供了理论依据。     

东方蝼蛄膜翅表面形态与润湿性

利用扫描电镜分析了东方蝼蛄膜翅的表面形态.在OCA20型接触角测量仪上测量了水与东方蝼蛄膜翅展开表面各部位的接触角,分析了东方蝼蛄膜翅表面几何微结构与润湿性的关系.研究表明,东方蝼蛄膜翅展开后各部位的几何微结构各不相同,水与东方蝼蛄膜翅展开表面各部位的接触角平均值为94.4°～118.6°,表现出疏水性能.东方蝼蛄膜翅表面几何微结构与疏水性能的综合作用是其折叠后表面不沾土壤和水的重要机理.     

减粘脱附柔性内衬的设计与应用

针对挖掘、装卸及运输机械的与物料接触部件,在以粘性物料为工作对象时明显存在物料粘附积留问题,依据典型脱土动物功能防粘机制所提供的信息,设计了具有明显减粘脱附效果的柔性内衬,并进行了柔性内衬用于滚轮堆取料机轮斗、挖掘机挖斗及装载机铲斗的实际试验。文中介绍了柔性内衬结构特点、设计方法及实际试验结果。     

土壤颗粒尺寸分布分维及对粘附行为的影响

依据Tyler和Wheatcraft推导的土壤颗粒累积质量—尺寸标度关系,计算了我国主要土壤的颗粒尺寸分布(PSD)分维,结果表明:淡栗钙土、黄绵土、黑垆土、褐土((土娄)土)、潮土、灰漠土、黑土、黄棕壤、黄壤、红壤及赤红壤(砖红壤)的PSD分维依次增大,土壤粘粒含量增加使其PSD分维增大。结合上壤颗粒表面分形特性及土壤粘附的基本原理,探讨了土壤PSD分维对土壤—固体表面粘附行为的影响。PSD分维高的土壤与固体表面粘附力大,与固体表面发生明显粘附的起始含水量提高,发生明显粘附的含水量区间增宽。     

狗猪鹿牙齿的高耐磨特性对比

为解决土壤工作部件磨损严重的问题,该文以狗牙、猪牙、鹿牙为研究对象,采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了狗牙、猪牙、鹿牙的摩擦学性能,通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度,利用扫描电子显微镜观察狗牙、猪牙、鹿牙的磨损形貌,利用纳米压痕仪分别对狗牙、猪牙、鹿牙进行力学性能试验,测试其纳米硬度和弹性模量。试验表明：狗牙釉质磨斑表面磨屑剥落严重、附着大量的细小磨粒、有明显的龟裂现象,磨损体积为1.91×107 μm3,猪牙釉质磨斑表面主要是磨屑剥落,磨损体积为1.56×107 μm3,鹿牙釉质磨斑表面也表现为磨屑剥落,磨损程度比猪牙齿的轻,磨损体积为1.39×107 μm3;牙齿的耐磨性与其硬度密切相关;鹿牙釉质的耐磨性、纳米硬度和弹性模量最大,狗牙釉质的最小。该文以动物牙齿为仿生原型,为耐磨触土部件的研发提供新的参考方向和理论依据。     

界面粘附中非光滑表面基本特性的研究

某些非光滑表面比光滑表面更能减小运动阻力,这是有悖于传统认识的最新发现。本文从界面粘附角度提出了光滑与非光滑表面的基本概念,分析了非光滑表面的种类及其特性,阐述了非光滑表面仿生研究及其应用的现代发展,并展望了非光滑表面仿生降阻的前景。     

硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯基复合材料干滑动摩擦磨损的BP神经网络分析

超高分子量聚乙烯及其复合材料由于其优良的自润滑和防黏性能可用于农业工程装备中的滑动接触部件和触土部件。基于人工神经网络在复杂系统建模问题上的优越性，考察了几种因素对硅灰石纤维增强复合材料的摩擦和磨损性能影响的模型。考虑到输入、输出数据个数，调试设计了一个3×10×2的BP神经网络，其输入层由3个神经元构成，分别为硅灰石纤维的处理方法、硅灰石纤维的加入量和试验过程中的法向载荷。隐含层有10个神经元。输出层2个神经元分别为材料的摩擦系数和磨损量。基于上述BP神经网络对硅灰石纤维增强超高分子量聚乙烯基复合材料的干滑动摩擦磨损性能进行了模拟和预测。对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对复合材料的干滑动摩擦和磨损的作用，大部分数据的预测值与试验值的误差在10%以内，其仿真精度能够满足实际的摩擦磨损预测要求。     

鸡肉的力学参数与其新鲜度关系的数学模型

根据连续多天对鸡胸脯肉挥发性盐基氮和力学参数的测量结果,分析了挥发性盐基氮与鸡胸脯肉力学参数的相关性,发现回弹量和功耗比与挥发性盐基氮的相关性较大。通过分析各力学参数间的关系,建立了鸡肉的力学参数与其新鲜度的数学模型,为建立快速而准确地检验肉品新鲜度提供了一种简单有效的方法。