波纹型推土板推土阻力的有限元分析

采用有限元法对波纹型几何非光滑推土板推土阻力进行了分析。计算结果与室内试验结果具有良好的一致性。为几何非光滑触土部件与土壤相互作用的理论分析及其减粘降阻机理和优化的研究,提供了一个可行途径。     

地面机械触土部件仿生涂层的减粘降阻特性

对研制的11种地面机械触土部件仿生涂层的减粘降阻特性进行了试验研究,探讨了触土部件表面形态、仿生涂层的固有接触角、土壤含水量及推土板切削速度对减粘降阻特性的影响,并测试了部分典型涂层与土壤的滑动阻力,分析了仿生涂层固有接触角对滑动阻力的粘附分量及涂层与土壤摩擦角的影响。     

土壤动物非光滑体表几何单元的统计分析及模拟

为科学地利用生物减粘降阻的进化优化成果,对蜣螂非光滑体表几何单元的特征参数、分布特性及其数量关系进行数理统计分析,提出了较真实描述非光滑几何单元分布规律定量关系式。在此基础上,建立了仿蜣螂触土部位几何单元均匀分布、特征尺寸高斯分布的非光滑表面的统计数学模型,并编制出计算机模拟软件,为触土部件更合理地仿生改形研究打下了基础。     

仿生推土板减粘降阻机理初探

试验证明,仿蜣螂头前部“推土板”形状而设计的仿生推土板,具有较明显的减粘降阻效果。为了进一步研究、优化和开发仿生推土板,本文建立了推土板的力学模型,对土壤与推土板接触界面进行了动态分析,并初步探讨了其减粘降阻的机理。     

波纹型推土板减粘降阻的有限元分析

对波纹型几何非光滑推土板与土壤相互作用进行了二维有限元分析，并通过表面应力、位移及土体中的应力场分析了其减粘降阻原因。为非光滑表面的减粘降阻机理的研究提供定量依据。     

非光滑表面电渗减粘脱土原理的试验研究

在土壤动物减粘脱土机理研究的基础上,提出了一种有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的新方法—非光滑表面电渗减粘降阻技术,并对其减粘脱土效应及规律作了基础性研究,同时设计并优化了非光滑表面电渗极板面积。     

非光滑表面对推土板的土壤粘附与阻力的影响

土壤对机械和机具的粘附是一个亟待解决的重要问题。本研究根据典型土壤动物蜣螂头部非光滑表面形貌设计了非光滑推土板。这种非光滑推土板的推土阻力随着推土板表面贴敷的小凸包的分布、凸包材料、切削速度、切削角、切削深度及土壤含水量的不同而变化。含水量由30.38％增加到35.50％,推土阻力随之减小。精选推土板之平均最大降阻可达30％。研究结果还表明超高分子量聚乙烯(UHMW—PF)能够明显地减粘降阻。     

仿生波纹形开沟器减黏降阻性能测试与分析

针对现有普通开沟器在工作过程中易粘土、阻力大等问题,提出一种仿生波纹形开沟器。该仿生开沟器依据土壤动物与生俱来的减黏脱土特性和超高分子量聚乙烯优异的减黏性能,在原有普通开沟器基础上进行设计制造。该文通过田间试验,将牵引阻力设为试验指标,使用正交设计检验仿生开沟器相对于普通开沟器减黏降阻的效果和探究仿生开沟器非光滑表面形态的减黏降阻机理。试验表明,仿生开沟器减黏降阻的效果高于普通开沟器9%左右;入土深度是影响开沟器牵引阻力的主要因素,其次是土壤湿度,工作速度影响最小;通过3因素4水平正交组合试验得出使用仿生开沟器的最优条件:土壤湿度达到16.3%,入土深度有6 cm,工作速度为1.8 km/h。仿生波纹形开沟器具有良好的减黏降阻效果,为后续的仿生开沟器或其他触土部件研究提供参考。     

非光滑表面电渗减粘降阻应用研究

非光滑表面电渗是有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的理想方法之一,该文进行了非光滑表面电渗推土板动态试验,同时还创造性地设计、试制了非光滑表面电渗的装载机模型铲斗。试验证明,非光滑表面电渗铲斗具有良好的脱土性能,可提高作业生产率30％以上。     

非光滑表面电渗轮脚减粘脱土的试验研究

非光滑表面电渗方法是有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的较好方法之一。应用这一方法,研制了非光滑表面电渗轮脚,并进行了减粘脱土试验。试验表明,非光滑表面电渗轮脚具有良好的减粘脱土效果,并可提高牵引力和驱动效率。     

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。     

几何非光滑生物体表形态的分类学研究

生物体表几何非光滑的实地观察分析和分类,是非光滑表面减粘降阻仿生研究的基础环节之一。本文在实地观察、采集大量粘湿环境土壤动物的基础上,利用电镜分析技术,根据表面几何形态的不同,全面地进行了典型生物体表非光滑形态的分类研究,并以生态学的观点初步探讨了其形成机理。     

基于遗传算法的波纹形仿生推土板表面的数学建模与优化设计

该文根据典型土壤动物波纹形几何非光滑体表的特征，给出了两种波纹形仿生推土板表面的数学描述式，利用地面机械仿生学及地面车辆理论的研究结果，建立波纹形仿生推土板表面的非凸优化模型，并借助于演化计算构建了求解算法，通过数值计算，针对不同类型的土壤给出了波纹形仿生推土板的优化设计方案。     

推土板表面形态对土壤动态行为影响的离散元模拟

土壤行为的变化过程直接受触土部件结构的影响，研究不同表面推土板作用下土壤动态行为的变化规律和影响因素对于触土部件的优化设计具有重要意义。根据液桥对土壤微观力学结构的影响，在传统离散单元法理论的基础上，建立了土壤颗粒接触非线性力学模型，并对光滑和波纹形表面形态推土板前端土壤的动态行为进行了离散元模拟。结果表明：离散元模拟不仅准确再现了实验中表面形态对板面前端土壤动态行为影响的定性和定量结果，而且通过离散元细观分析从土壤内部土壤颗粒运动合理解释了土壤宏观形态的变化规律以及推土板表面形态对土壤动态行为的影响，即波纹形表面使板面前端土壤波动频率变大，而波动幅度变小。该研究为土壤－机械相互作用分析提供了新的研究思路和手段。