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。

Design and Experiment of Bionic Soil-cutting Blade Based on Multi-claw Combination of Mole Rat