摘要：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。

摘要：陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备,对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力,导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷,严重影响泥料表面质量与成形性能。针对以上问题,借鉴蜣螂体表的减黏脱附功能结构,本文分析练泥机机头中泥料的运动状态,研究了陶瓷练泥机机头非光滑凹坑结构的仿生设计方法,利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构,打乱泥料原本的分层秩序,使水膜状态发生变化,建立机头的蜣螂仿生凹坑结构表面模型,通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构进行优化,最后通过试验验证提出方法的有效性。结果表明:影响仿生机头综合性能的几何因素由主到次依序为非光滑体排列方式、相邻非光滑体间距、非光滑体截面半径;在机头内壁表面均匀设置平行排列的半径r为1.5mm、相邻中心距b为4.5mm的凹坑λ_(s)^(2)结构,与光滑表面机头相比,其泥料挤出减阻率λ_(f)达到21.83%,相对角速度方差下降率为3.44%,泥料挤出效率提高11.95%,挤出泥料表面光滑,无明显表面和内部质量缺陷,从而证明了仿生非光滑凹坑结构在保证泥料具备一定挤出效率的同时,可实现减黏降阻。提出的方法对练泥机泥料的高质、高效挤出具有重要理论意义与工程价值。

摘要：针对水稻直播机滑板在扰动饱和水田环境中黏附重和阻力大的问题,显微观测得到泥鳅体表非光滑表面;利用Fluent软件进行仿真分析,揭示了该非光滑表面减黏降阻的原理;采用Box-Behnken响应面法设计试验,得到沟槽非光滑表面总阻力FB与沟宽w、沟深h和来流速度v的回归方程,最优化分析结果表明,当w为4.5 mm、h为4mm、v为1.25 m/s时,最大减阻率达10.052%;基于最优参数试制了水稻直播机仿生滑板,开展了室内水田土槽试验,最终减阻率达10.23%。本研究可为水田触土部件减黏降阻技术开发提供新思路。

摘要：摩擦学行为在煤矿机械中有着重要应用,自然界中一些生物的非光滑体表具有良好的减黏降阻和脱附功能。采煤机滚筒表面经常存在黏煤现象,为了降低采煤机滚筒的黏煤量,提高截割电机工作效率,利用VHX-600超景深三维显微系统研究典型土壤动物蜣螂的非光滑表面形态,发现蜣螂体表的凸包形非光滑体表形态对脱黏附有着重要作用,分析了凸包形非光滑表面脱附的受力状态,建立了凸包形非光滑表面的数学模型,模拟蜣螂体表凸包形非光滑形态设计出具有良好减黏降阻功能的采煤机滚筒。

摘要：针对翻转犁能耗高、易黏附、易遭冲击破坏等问题,研制了高速智能液压翻转犁,优化了整机结构与配置参数。以穿山甲体表的鳞片三角圆弧状结构和蜣螂体表的凸包结构相结合作为仿生原型设计了仿生犁体,并设计了双向犁耕装备的过载保护自动避障机构,平衡状态下对应所需弹簧预紧力9.75 kN,取安全系数1.3,设置初始状态预紧力12.67 kN。建立了犁体耕作过程离散元仿真模型。仿生减黏犁体相对传统犁体土壤减黏性能提升44.15%,减阻7.8%。耕深稳定性变异系数2.86%,土垡破碎率97.1%。研究结果可为高速智能液压翻转犁设计及改进提供参考。

摘要：深松铲是深松机的重要工作部件,深松作业过程中出现的减阻降耗问题和深松作业的质量问题成为近年来的研究热点。在深松过程中,出现深松铲黏土严重的现象,可增加作业过程中的阻力,提高作业的能耗,造成作业成本的提高;另外,在深松作业后,出现的土壤土块较大和土壤的透水性、透气性较差等问题,阻碍了深松技术的推广。针对以上这些问题,结合蚯蚓体表形态特征,提出设计新的仿生深松铲,以期达到降低深松作业阻力、减少能耗、改善深松后土壤质量的目的。