形体减阻类型、减阻机理与仿生

形体减阻在气体，流体和固体系统中有着良好的应用前景，对3种介质中运动物体的减阻类型与减阻机理进行归纳和分析。将形体减阻分为几何非光滑与柔性非光滑两种形式。从能量角度，通过建立界面能量平衡方程。将3种介质中减阻的实质统一为系统能量的转移量与转移速率，从仿生学角度，对一些人造物与自然生物的减阻效果做了对比分析。对刚性与柔性结构单元组合形式进行了分类归纳并举例，得出一些有益于工程仿生减阻设计的结论。     

毛蚶壳形态/材料耦合仿生表面耐冲蚀性能试验

基于毛蚶壳的表面形态特征、软硬相间的硬度分布特征,设计了形态/材料二元耦合仿生模型,试验研究了影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素和最优组合。试验磨料选用80~140目的石英砂与水的混合物,磨损时间为30h,倾斜角度为30°,试样转速为1400r/min。试验结果表明,经激光合金化、激光相变硬化处理的光滑试样、单元形态仿生试样和形态/材料耦合仿生试样的耐冲蚀磨损性能与光滑试样相比均有提高,形态/材料耦合仿生试样的耐磨性最好。影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素依次为激光表面强化技术、振幅、周期和条纹方向,耦合试样经激光合金化处理、振幅为3mm、周期为10mm、条纹方向为法向时具有最优的耐冲蚀磨损性能。     

挖掘机斗齿力设计与试验研究

农用液压挖掘机反铲斗的斗齿力变化规律、最大值发生的位置是单斗液压挖掘机的重要性能参数,是挖掘能力的主要标志。 一、铲斗挖掘时斗齿力设计曲线与试验曲线的研究 铲斗挖掘时,设计斗齿力的大小主要取决于机组稳定性、工作装置的平衡能力,液压系     

土壤触变性与垂直振动切削土壤试验

通过试验,验证了采用垂直振动刀具进行耕作可明显减小土壤切削比阻。并提出了是振动波使待耕区土壤流变稀释,土壤流动性增加,使比阻明显降低的原理。这对于农田耕作机械,特别是深耕机械及土建工程机械的设计具有实际意义。     

仿生非光滑表面滑动摩擦磨损试验研究

采用激光处理技术加工了几种具有非光滑特征的圆形45号钢试件，以正交试验方法设计耐磨性试验方案。在国产MM200型摩擦磨损试验机上研究具有不同非光滑表面特征的试件耐磨性规律。试验结果表明，在相同试验条件下，时间、负荷、速度、形态和分布对耐磨性均有影响，耐磨性按照凹坑、凸包、波纹、鳞片形态递减。     

基于振动机理的马铃薯挖掘机的试验研究

为解决西南地区、部分北方及中原地区马铃薯机械化收获问题,结合国内马铃薯的种植模式和农艺要求,对单行振动式马铃薯挖掘机进行了试验研究。以马铃薯挖掘机的前进速度、挖掘深度、振动频率为试验因素,以机具的牵引阻力为试验指标,进行正交试验。结果表明:牵引阻力最小时的参数组合为挖掘深度139~1 5 5 mm,振动频率1 3~1 4 Hz,前进速度2.5~3 km/h;在此条件下进行验证试验,此时平均牵引阻力为9 5 6.6 N,该机具在有振动条件下的牵引阻力较无振动时降低36.2%;田间收获试验的明薯率和伤薯率分别为97.20%和3.5 2%,符合相关标准要求。该研究为小地块和复杂耕地条件的马铃薯机械化收获问题提供了解决方案,为小型马铃薯挖掘机的深入研究提供了参考。     

4UNF—80Z型根茎作物挖掘机研制与试验

针对南方粘重板结土壤、多雨潮湿气候、挖掘时易缠草壅土等问题,设计了一款带复合挖掘铲和辅助输送装置的根茎作物挖掘机,可用于马铃薯、红薯、花生等根茎作物的挖掘作业.介绍了工作原理、主要零部件的设计思路及特点等.     

4UX-800型马铃薯挖掘机试验研究

4UX-800型马铃薯挖掘机,是甘肃省张掖市农机综合服务中心为解决马铃薯收获作业费工费时、生产效率低的问题,在4UX-600型基础上改进的新产品。采用犁铲掘土、链条抖动分离式,筛链动力由配套拖拉机提供。     

小型振铲式马铃薯挖掘机的设计与减阻性能研究

针对丘陵山区马铃薯收获过程中大型机械不适用、小型拖拉机功率不足的问题,设计了振铲式马铃薯收获机,目的是减小挖掘阻力,提高薯土分离效率。为了研究振动参数对挖掘阻力以及土壤破碎量的影响,基于离散元法（DEM）,利用Hertz Mindlin无滑动接触模型和粘结接触模型建立了土壤模型,对振动挖掘过程进行了模拟,并通过模拟试验得到了挖掘过程中挖掘铲受到的阻力。     

仿生咀嚼装置设计与试验

模仿人类咀嚼系统,利用仿生技术设计了一种用于粉碎食物的仿生咀嚼装置.采用逆向工程方法设计制作了仿生牙齿、仿生颞下颌关节等零部件,并组装成咀嚼装置,实现了三维咀嚼运动,确定了运动参数.咀嚼功能测试结果表明,本装置的咬合力可达到咀嚼食物的力量,并且可根据食物的不同而改变;本装置的咀嚼效率和受试者无显著差异,最大值可达92.3％;重复试验无显著差异,本装置稳定可靠.     

肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验

基于臭蜣螂腹侧面的几何结构,设计了9种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子量聚乙烯材料。采用L9(34)正交表,考察了土壤干基含水率为20%时,肋条结构底面宽度W、高宽比R、镇压辊载荷F和面积比K对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明:在试验条件下,与普通镇压辊相比,仿生镇压辊在保证适宜玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果,减粘率最高可达41.08%;合理的肋条结构尺寸可使仿生镇压辊的减阻率达11.75%~39.40%。采用极差法对试验结果进行分析,得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵引阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。     

滑切型自激振动减阻深松装置设计与试验

针对长江中下游地区黏重土壤深松作业阻力大的问题,基于滑切和自激振动减阻的原理,设计了滑切型自激振动深松装置。对滑切型铲柄的滑切角及刃口角进行了分析及参数设计,通过有限元分析,表明铲柄强度符合设计要求,自激振动弹簧采用内外双弹簧以减小自激振动装置的结构尺寸。土槽对比试验表明,固定连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻7. 79%～8. 81%,自激振动连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻15. 45%～20. 05%。田间性能试验表明,深松后各深度下土壤坚实度下降显著,0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm深度下土壤坚实度分别减小78. 18%、56. 08%和62. 72%;深松后各深度下土壤容重下降14. 66%～20. 81%,土壤含水率在0～10 cm略有下降,在10～20 cm和20～30 cm略有上升;土壤扰动系数均值为60. 8%,土壤蓬松度均值为11. 9%;深松深度及其稳定性系数符合行业标准,滑切型自激振动深松装置作业质量总体满足作业要求。     

西兰花切块去芯机构设计与试验

为了解决西兰花均匀、高效切块问题,在分析西兰花切块去芯理想轨迹基础上提出西兰花切块去芯机构,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助优化软件,并得到一组满足轨迹要求的机构参数。进行了机构的动力学仿真,仿真轨迹与理论优化轨迹基本一致,机构运动平稳,无受力过载现象。设计了西兰花切块去芯生产线,并进行高速摄像试验,试验结果与理想轨迹、仿真轨迹基本一致,刀具可适应满足出口要求的所有尺寸的西兰花切块,验证了西兰花切块去芯机构设计的合理性和优化的正确性;同时进行切块、去芯试验,切块成功率达91%,去芯成功率为100%,满足市场上西兰花小块的加工要求。     

仿生食品质构仪设计与试验

利用仿生技术设计了仿生咀嚼装置、仿生牙周膜,搭建了二级信号放大电路,使用Visual C++语言开发了测试软件,组建成仿生食品质构仪。使用该质构仪对苹果、胡萝卜进行了质地测量试验,并与感官评价、通用质构仪测量进行对比。Pearson相关性分析表明,仿生食品质构仪测量结果与感官评分达到了极显著的相关性,与苹果硬度、脆性的相关系数为0.970、0.904,与胡萝卜硬度、脆性的相关系数为0.961、0.971,均大于通用食品质构仪测量与感官评分的相关系数。     

触土曲面形式对推土板减阻性能影响的正交试验

结合经典推土板设计理论和研究成果,对推土板触土曲面结构进行准线形式和切削角的组合设计,采用缩尺模型设计与制作了9个推土板模型。通过室内土槽正交试验研究了触土曲面准线分别为圆弧、抛物线和仿生曲线,切削角分别为50°,55°和60°的9种推土板模型的阻力特性。结果表明准线形式和切削角的交互作用,以及准线形式对工作阻力具有显著影响,显著性水平都达到了0.25。与传统的圆弧曲面推土板相比,抛物面可相对降低工作阻力4.6%,仿生曲面降低16.0%(垂直阻力分别降低4.8%和51.4%)。研究成果对推土板及相关宽齿土壤切削部件的高效节能设计具有较重要的参考价值。     

谷子茎秆切割力学特性试验与分析

为减小谷子茎秆切割力、降低切割功耗,设计了茎秆往复式切割试验台,对谷子茎秆进行不同收获时间、茎秆部位、切割器组合形式、切割倾角、刀片斜角、平均切割速度和茎秆喂入速度的单因素切割试验,并在单因素试验基础上对平均切割速度、切割倾角和刀片斜角3个因素进行响应面试验。单因素试验结果表明:收获期茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随含水率的增大而减小;基部起茎秆极限切应力、单位面积切割功耗总体上随茎秆高度的增加而减小,茎秆茎节极限切应力、单位面积切割功耗较茎秆节间大;茎秆双支撑切割形式较单支撑切割形式极限切应力、单位面积切割功耗小;切割倾角0°～20°时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随切割倾角的增大先减小后增大;刀片斜角0°～48°时,茎秆极限切应力随刀片斜角的增大而减小,而单位面积切割功耗先减小后增大;平均切割速度0. 5～1. 5 m/s时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随平均切割速度的增大呈先减小后平稳变化的趋势;茎秆喂入速度对切割力学特性无显著影响。响应面试验结果表明:试验因素对茎秆极限切应力、单位面积切割功耗影响的主次顺序为平均切割速度、刀片斜角、切割倾角,且最优切割参数为:平均切割速度1. 19 m/s、切割倾角7. 2°、刀片斜角36. 4°,最优参数下茎秆极限切应力和单位面积切割功耗分别为2. 88 MPa、22. 38 m J/mm~2,验证试验值与预测值相对误差不超过3. 5%。刀片斜角对比试验表明:刀片斜角36. 4°较30°(标准Ⅱ型动刀)切割谷子茎秆时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗分别减小了6. 6%、3. 9%。     

基于黄牛舌尖丝状乳突结构的仿生脱粒齿形设计与试验

为解决小麦机械脱粒过程中脱净率低的问题,以牛舌舌尖表面丝状乳突结构为仿生原型,开展了小麦仿生脱粒齿形设计与试验。对牛舌舌尖表面进行形貌特征观测,发现舌尖表面丝状乳突分布密度大,结构特征明显,丝状乳突的轮廓呈圆锥状,下粗上细,整体相对粗壮,尖部呈半球形,与牛舌表面呈35°～40°夹角,向口腔方向倾斜。构建乳突-物料接触工作界面,包括完全分离、初始接触、乳突插入物料及完全接触4个过程。基于丝状乳突结构特征参数,构建仿生齿形模型,进行单仿生齿形脱粒仿真试验,得到单仿生齿形脱粒最优参数组合:放大比例为2. 5、行进速度为15 mm/s、倾角为38°、接触位置为齿形全高度的0. 2倍处、材料为Q345碳钢。设计了仿生脱粒齿形试验部件及台架,进行仿生脱粒齿形正交试验,并对脱粒过程进行摄像分析。结果表明,仿生脱粒齿形试验部件的脱粒性能良好,脱净率介于97. 5%～99. 5%之间;最优结构参数组合为:放大比例2. 565、倾角39. 8°、脱粒间隙9. 11 mm。     

探出开孔式高速水稻膜上插秧机分插机构设计与试验

针对水稻覆膜栽培机械作业过程中存在分插机构直接插秧造成秧苗根系损伤或开孔装置结构复杂造成同步性差、漏插等问题,设计了一种切膜开孔、分秧栽植配合精准的一体式高速水稻膜上插秧机分插机构。通过分析其结构特点和工作原理,建立分插机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0软件编写了计算机辅助分析与优化软件,优化得到满足水稻覆膜栽培农艺要求的结构参数和秧针尖点和切膜开孔刀尖点轨迹,优化结果为:取秧角16.01°、推秧角62.43°、膜上开孔长度44.31 mm、膜孔与穴口偏差5.02 mm、栽植位置21.63 mm;将三维建模仿真与高速摄像试验相结合,对比分析可知,仿真轨迹、试验轨迹与理论轨迹基本一致,验证了分插机构设计的正确性和合理性;土槽试验结果表明,在速比特征系数λ=1.57时,分插机构能够依次完成切膜开孔与栽植动作,膜上穴口长度和栽植位置的实测值与理论值偏差均小于4 mm,符合水稻膜上探出开孔式分插机构设计要求。     

花生联合收获机弹齿式去土装置设计与性能试验

针对花生联合收获机上下摆拍式和横向摆拍式去土装置去土性能差的问题,设计了弹齿式去土装置。通过去土机理分析,确定了影响去土性能的影响因素。通过田间去土试验,建立了去土装置偏心轮转速、偏心距、弹齿臂长度与去土率和掉果率的回归方程,分析了弹齿式去土装置的去土性能。通过优化计算得出,偏心轮转速为23 r/min、偏心距为38 mm、弹齿臂长度为125 mm,去土装置的综合性能达到最优,符合设计要求。     

链齿式耕层残膜回收机捡拾机构设计与试验

地膜覆盖技术不仅加快了农业科学的发展,而且改善了农业生产方式、提高了农业生产力,但在自然条件下土壤中残留的地膜极难降解,对农业的可持续发展造成巨大危害。为此,通过对国内外残膜回收机的研究和借鉴,设计了一种链齿式的残膜回收机,主要介绍了该机的整体结构与工作原理,并对捡拾装置进行了运动分析。试验结果表明:动力由泰鸿-300、功率为22.06kW提供时,捡拾率约为88%,生产效率为0.6hm^2/h。