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。     

仿生镇压辊压实性能的有限元分析与试验验证

前期土槽试验结果表明,与传统镇压辊相比,采用Q235制成的正12面体仿生镇压辊的防壅土效果显著,但无法起到减粘降阻的效果。为此,采用有限元方法,从Mises应力云图、接触面积和位移云图3方面对比了正12面体仿生镇压辊和传统镇压辊的压实效果。结果表明:正12面体仿生镇压辊作用于土壤的Mises应力比传统镇压辊增加了40.07%,有利于种子与土壤紧密接触;正12面体仿生镇压辊与土壤的接触面积比传统镇压辊高3.10%,意味着正12面体仿生镇压辊起不到防粘的作用;正12面体仿生镇压辊对应土壤模型节点在X方向的位移比传统镇压辊降低5.88%,证实正12面体仿生镇压辊能起到一定的防壅土作用;两种镇压辊对土壤造成的Y方向的扰动范围及位移变化量相差不大,表明两种镇压辊压后土壤容重接近;正12面体仿生镇压辊造成土壤Z方向位移变化的最大值比传统镇压辊高出5.04%,意味着正12面体仿生镇压辊消耗的功要略高于传统镇压辊,与土槽试验结果吻合。研究结果可为农业机械触土部件压实性能的有限元分析提供数值模拟方法。     

仿形弹性镇压辊设计与试验

针对保护性耕作条件下与大豆耕播机配套的镇压辊压实土壤不均匀、相关耕播机具纵向尺寸过长的问题,设计了一种仿形弹性镇压辊,采用弹性辐条结构,通过理论分析确定了镇压辊的主要结构参数:直径D=450 mm,宽度B=210 mm,弹性辐条数量n=12。利用ADAMS软件对镇压辊进行运动仿真,同时进行土槽试验,采用L9(34)正交试验,在土壤干基含水率为20%时,考察了仿形弹性镇压辊的弹簧刚度k、载荷F、作业速度v和土壤坚实度P对其镇压力波动的影响。通过ADAMS运动仿真,找到了各因素的最佳取值范围;通过正交试验,得到了各因素的主次顺序:载荷、弹簧刚度、土壤坚实度、作业速度,最优组合为载荷800 N,弹簧刚度5 N/mm,土壤坚实度15 k Pa,作业速度0.5 m/s,模拟仿真的结果与试验结果吻合很好。通过对比试验,得到仿形弹性镇压辊在垄台表面有一定倾角的情况下能更好地保证镇压的均匀性。     

仿生镇压辊减粘降阻的有限元分析与试验验证

利用ABAQUS软件建立了传统镇压辊和仿生镇压辊与土壤相互作用的三维有限元模型。模拟结果中伪应变能约占内能的0.1%,传统镇压辊和仿生镇压辊的牵引阻力的模拟值和试验值相对误差分别为11.47%和2.38%,模拟值和试验值吻合较好,验证了模型的可靠性。从Mises应力云图、镇压辊与土壤接触面积和位移云图3方面对2种镇压辊的模拟结果进行了对比。结果表明:仿生镇压辊与土壤的接触应力显著大于传统镇压辊,更利于将土壤表层的土块压碎;仿生镇压辊与土壤的接触面积比传统镇压辊降低了79.05%,有利于降低土壤与仿生镇压辊表面的粘附力,且土槽试验结果得到仿生镇压辊的粘附土壤量比传统镇压辊降低52.78%;仿生镇压辊表面的肋条结构能在一定程度上约束土壤流动,避免了壅土现象的产生;2种镇压辊的下陷量相差很小,压实阻力基本相同,但仿生镇压辊更利于压实表层土壤;传统镇压辊造成土壤沿镇压辊宽度方向的位移扰动量大于仿生镇压辊,需要消耗更多的功。土槽试验结果表明:与传统镇压辊相比,仿生镇压辊的阻力降低了28.66%。     

东北垄作区耦合仿生镇压轮设计与试验

针对东北垄作地区春播时风大、雨少、温度高等造成的土壤水分蒸发快、缺苗严重等现象,借鉴现有镇压方式对种子周围土壤的压实研究,以蜗牛和扇贝触土外凸曲面为仿生对象,设计了耦合仿生镇压轮.耦合仿生镇压轮可以从两侧挤压土壤,使湿润的土壤压缩,保持土壤含水率和土壤温度,促进种子生长.采用耦合仿生方法,提取了蜗牛触土横面外凸曲线与扇...     

仿生几何结构表面深松铲铲尖设计与试验

深松铲在西南红壤坡耕地作业过程中,由于土壤黏附性强且板结严重,造成土壤过度扰动和耕作阻力过大的问题.采用工程仿生的技术方法,将具有减阻优异特性的克氏原螯虾和砂鱼蜥体表作为仿生原型,以深松铲铲尖为研究对象,设计仿生凸包、微刺—凸包、仿生鳞片、微刺—鳞片和微刺—凸包—鳞片混合表面5种仿生几何结构表面.通过室内土槽试验,考察...     

铺膜机镇压辊轴承的结构改进

文中对地膜铺膜机镇压辊轴承结构进行了研究,开发出一种新型的铺膜机镇压辊密封轴承。该轴承改进了密封结构,优化了润滑结构,避免了轴承早期损坏,延长了轴承使用寿命,更好地满足轴承在恶劣条件下工作的要求。     

仿形弹性镇压辊减粘防滑结构设计与试验

针对仿形弹性镇压辊粘附土壤和滑移率较大的问题,基于典型土壤动物蚯蚓的体表柔性几何特征,设计了一种适用于仿形弹性镇压辊的减粘防滑结构,其主体是橡胶凸起,同时采用肋条结构对其进行固定。这种结构具有粘附土壤少、滑移率低、镇压力分布均匀、碎土效果好等优点。通过理论计算和运动学分析对减粘防滑结构的运动过程进行研究,得出橡胶凸起的特征方程,以及凸起高度和肋条高度的取值范围。通过三因素三水平正交组合试验得出影响镇压辊粘附土壤量因素的显著性顺序依次为:凸起高度、肋条高度、载荷;影响镇压辊滑移率因素的显著性顺序依次为:肋条高度、凸起高度、载荷;得到减粘防滑结构的最佳参数组合为:载荷450.0 N、凸起高度13.9 mm、肋条高度15.1 mm,并找到各因素对粘附土壤质量和滑移率的影响。田间验证试验和对比试验得到镇压辊的粘附土壤质量为39.2 g,滑移率为3.89%,分别比没有减粘防滑结构的镇压辊降低60.1%和54.3%。     

蔬菜精整地机镇压部件设计与试验

为有效改善土壤细碎程度和平整度较低等问题,对蔬菜精整地机的镇压器、镇压高度调节装置进行设计及优化。设计两套镇压器高低调节装置,一种镇压高度调节装置是由双作用液压缸、控制阀、液压管路、液压操作机构、监测轮、压力传感器等部件组成,可以实现压深反馈自动调节;另一种镇压高度调节装置是通过转动手柄来改变镇压辊与土壤的间距,可调节的最大距离为10 cm,结构简单紧凑,便于维修。阐述蔬菜整地机具的镇压部件工作原理,重新设计镇压辊轴等部件,并进行田间试验研究。田间试验结果表明：土壤含水率在20.5%的相同情况下,牵引速度为1.2 m/s、碎土辊转速为439 r/min时,土壤平整度效果最佳,牵引速度和碎土辊转速对土壤平整度的影响是极显著;牵引速度为1.1 m/s,动力输出轴转速为720 r/min,土壤含水率相同时,双轴机具土壤平整度明显优于单轴机具。试验结果符合优化参数,且能够达到目前蔬菜整地机的作业质量标准。     

新型仿生摘穗辊的设计

根据人工摘穗中的仿生学原理,建立了玉米摘穗过程受力情况的力学模型;运用软件对摘穗辊进行三维建模和运动学仿真分析,模拟出主要部件的运动过程,得出不同摘穗辊材料以及不同摘穗辊倾角的摘穗特征,并对摘穗过程中摘穗辊的受力情况进行了理论计算,基于以上分析结果设计制造新型玉米摘穗辊。该摘穗辊在实验室模拟摘穗过程中成功应用表明受力分析及设计是科学合理的。     

玉米种子仿生脱粒机设计与试验

为解决玉米种子脱粒过程中籽粒损伤严重的问题,根据鸡喙优良的切入籽粒间隙无损伤离散大片籽粒的能力,以及裸手差速低损伤脱粒的特性,设计了新型玉米种子仿生脱粒机,主要包括离散辊、脱粒辊、差速辊等。并对仿生脱粒机与TY-4.5型玉米脱粒机进行对比试验,结果显示:对郑单958玉米果穗,仿生脱粒机未脱净率为0.30%,破损率为0.31%,且玉米芯完整无破损;TY-4.5型脱粒机未脱净率为0.29%,破损率为0.90%,玉米芯破损严重。对先玉335玉米果穗,仿生脱粒机未脱净率为0.05%,破损率为0.35%,玉米芯完整无破损;TY-4.5型脱粒机未脱净率为0.09%,破损率为0.95%,玉米芯破损严重。在两机未脱净率相近情况下,玉米仿生脱粒机籽粒破损率较TY-4.5型脱粒机明显偏低,玉米芯无破损,含杂少,可用于种子玉米果穗脱粒。     

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.     

丘陵地区双向仿形镇压装置设计与试验

针对镇压装置在丘陵地区作业时镇压不均匀、镇压强度不足等问题,借鉴丘陵山地农业机械结构特点,设计了一种能实现双向仿形和镇压强度可调的镇压装置。该装置主要由仿形调节机构、镇压强度调节机构和镇压轮组成。建立了丘陵地形下镇压轮与土壤相互作用模型,对镇压轮进行受力分析,确定镇压轮工作过程,同时对镇压装置进行受力分析,确定弹簧变形量(镇压强度)的合理范围。进行对比试验和田间性能试验,采用L9(34)正交试验,考察镇压轮类型、镇压强度、作业速度对镇压装置作业性能的影响,得到了各因素的主次顺序:镇压轮类型、弹簧变形量(镇压强度)、作业速度,最优组合:橡胶镇压轮、弹簧变形量20 mm、作业速度1 m/s,此时牵引阻力为22.3 N,根冠比为0.271。通过对比试验,证明仿形镇压装置更能保证镇压均匀性。     

玉米苗带重镇压试验与推广

玉米苗带重镇压试验与推广吉林省梨树县郭家店乡农机站张玉华，王玉华吉林省梨树县，春季风大干旱，玉米田经常受到干旱的威胁。为解决这一难题，梨树县从１９９３年开始进行了玉米苗带镇压技术的试验研究，推广面积达到１６０万亩。通过该项技术实施，春播保苗率大幅度提...     

小麦播种机镇压辊去除粘土的研究

正小麦播种机一个重要的部件就是镇压辊,其主要功能是对播种后的土壤进行镇压,以增加土壤的密度和坚实度,从而防止土壤水分流失过快,保护土壤墒情、保持地温,为种子发芽和出苗创造一个适宜的种床环境;在目前大面积稻秸秆还田的情况下进行机械播种作业,更需要做好播种后镇压密实,有利于种子出苗和扎根。但目前使用的小麦播种机镇压辊在镇压作业时都会或多或少粘连泥土,随着粘连的泥土越来越多,不但镇压的面高低不     

集成式除椰衣机设计及仿生钢丝辊刷验证试验

针对剥除椰子外衣纤维时效率低等问题,设计一种基于仿生钢丝辊刷的集成式除椰衣机。该椰子除衣机工作时,先利用划皮辊子结构将椰子外层纤维斩断,随后利用仿生钢丝辊刷勾除椰衣纤维,最后利用磨砂辊轮对椰壳做打磨处理,实现椰衣去除机械化。为了验证仿生钢丝辊刷勾刷椰衣方案的可行性,设计仿生钢丝辊刷除衣试验装置进行试验。由试验可得,在合理的参数组合下,除椰衣厚度R_Δ25 mm,满足椰子加工工艺要求,为集成式椰子除衣机设计提供试验支撑。     

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。     

宁前胡仿生挖掘铲设计与试验

针对宁前胡采挖过程中挖掘阻力大的问题,以鲨鱼背鳍为研究对象,并结合农艺要求,设计了一款宁前胡仿生挖掘铲;根据摩尔-库仑理论中土体应力分析,当选用鲨鱼背鳍结构作为仿生铲的凸起结构时,土壤更易达到破裂状态;通过三维扫描仪扫描鲨鱼标本,获取鲨鱼背鳍三维模型,根据背鳍三维模型确定仿生铲的凸起结构,并通过NX12.0创建仿生挖掘铲三维模型;利用三维扫描仪获得宁前胡根茎外形轮廓特征,创建宁前胡根茎的离散元模型,并选用Hertz-Mindlin with JKR建立宁前胡根茎-土壤离散元复合模型;通过离散元仿真对比试验,得出X、Y、Z方向颗粒位移和挖掘阻力的平均值,分析挖掘铲的减阻机理,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小14.37%;通过开展土槽试验,对比根茎挖掘效果,与仿真试验中得出的宁前胡根茎在仿生挖掘铲挖掘后,根茎在X、Y、Z方向上有更好的位移表现,仿生铲和平面铲的挖掘阻力平均值分别为1 342.28、1 622.73 N,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小17.28%,与仿真试验得出的减阻率十分接近,满足宁前胡采挖过程中的减阻要求。     

水面矢量推进器仿生设计与试验

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,基于蛇怪蜥蜴股骨旋转带动两脚踏水的高速运动行为,设计了水面仿生矢量推进器,增加了驱动力输出维数,实现了可控的托举力、推进力和转矩输出。结合RNG k-ε湍流方程和PISO算法,构建推进器的流体动力学模型,获得了叶片径向和轴向的最优设计形状,推导了驱动力与叶片长度和宽度的数学函数。最后,搭建矢量推进器试验系统,验证了数值计算模型的正确性;进行两栖车辆样机试验,矢量推进器驱动车体实现了10.6°仰角状态的滑水航行,为水面装置减阻提速提供了一种新思路。