姚久元:基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究论文

姚久元:基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究论文

本文主要研究内容

作者姚久元(2019)在《基于蚯蚓波纹润滑体表的仿生开沟器优化研究》一文中研究指出:土壤粘附现象普遍存在于地面机械与土壤相互作用过程中,对地面机械的工作性能和质量有着不容忽视的影响。土壤动物如蚯蚓能够在不同的土壤环境中自由运动而始终保持自身没有土壤粘附,这是蚯蚓非光滑体表、动态蠕动、体表润滑、电渗等耦合作用的结果。这为解决触土部件的粘附提供了仿生思路。为了提高触土部件的脱附减阻性能,运用仿生学原理,以蚯蚓为仿生原型,对芯铧式开沟器进行了仿生优化研究,以期为触土部件减粘降阻提供参考和依据。以参环毛蚓(Pheretima aspergillum)作为生物原型,基于蚯蚓的非光滑波纹形态体表和生物润滑功能,仿生设计了四种仿生开沟器。首先,提取蚯蚓头部收缩态曲线,将曲线前部的入土部分用到芯铧脊线上,设计仿生脊线开沟器;其次,将曲线中后部的波纹结构应用到芯铧侧线上,设计仿生波纹开沟器;最后,两种开沟器特征结合,设计仿生复合开沟器。对仿生复合开沟器进行润滑设计,完成自润滑功能,命名为自润滑仿生开沟器。利用离散元方法对开沟器减阻性能和触土界面进行仿真分析。结果表明:开沟阻力由大到小依次为传统开沟器、仿生波纹开沟器、仿生脊线开沟器、仿生复合开沟器。三种仿生开沟器的减阻率随开沟深度的增加而增大。仿生复合开沟器在深度60mm、速度100mm/s时达到了最大减阻率为9.08%。三种仿生开沟器的开沟宽度均小于传统开沟器,对土壤扰动小,回土效果均比传统开沟器要好。仿生脊线开沟器由于入土角沿着脊线由小逐渐平缓增大,具有更好的入土性能。仿蚯蚓脊线的芯铧面表面积较圆弧形脊线开沟器小,在整体尺寸相同的情况下,具有更少的颗粒接触。波纹结构能够引导颗粒向垂直方向运行,提高开沟高度,减小开沟宽度,并使颗粒施加给芯铧表面的力从芯铧的尖端缓解到整个芯铧面上,波纹芯铧表面与颗粒之间产生间隙,减少了颗粒接触个数和接触面积。仿生复合开沟器的力场最小,芯铧表面对土壤的扰动小且沿芯铧面均匀分布。对开沟阻力进行单因素试验探究:开沟阻力随着土壤含水量、土壤硬度、开沟深度以及开沟速度的增加均呈增加趋势。对仿生复合开沟器的减阻率进行多元正交多项式回归试验探究,主次因素最优水平依次为:土壤硬度3、开沟深度为60mm、开沟速度为500 cm/min、土壤含水量为20%时,达到最大减阻率20.5%。建立了因素与减阻率的回归方程,减阻率随着土壤硬度和开沟深度的增加而增加,随着开沟速度的增加先增加后减小。蚯蚓在前进过程中分泌的体表粘液在土壤与蚯蚓体表之间形成一个弱剪切层。这一弱剪切层具有良好的流动性,起到流体润滑作用,从而降低了土壤粘附力和阻力。对润滑试验的土壤含水量条件进行探究,土壤含水量较小时,开沟器润滑会促进土壤颗粒与水分子吸附,加大土壤粘附;土壤含水量较大时,土壤颗粒呈整体塑性状态,润滑会使水分子游离,土壤在水的润滑下降低粘附和阻力。通过土壤含水量试验得到,土壤含水量为30%时,润滑减阻效果最好,减阻率均值为21.15%。对润滑孔的最优孔排布进行试验,得出下层孔与外侧孔具有最小的开沟阻力。润滑试验方案采用多元正交多项式回归试验,得到影响仿生开沟器减阻率的主次因素最优水平依次为:润滑液流速为0.1,土壤含水量为30%。建立了因素与仿生开沟器减阻率的回归方程,并得出各单因素与减阻率的关系,减阻率随着润滑液流速的增加而增加,随着土壤含水量的增加,减阻率先增加后减小。

Abstract

tu rang nian fu xian xiang pu bian cun zai yu de mian ji xie yu tu rang xiang hu zuo yong guo cheng zhong ,dui de mian ji xie de gong zuo xing neng he zhi liang you zhao bu rong hu shi de ying xiang 。tu rang dong wu ru qiu yin neng gou zai bu tong de tu rang huan jing zhong zi you yun dong er shi zhong bao chi zi shen mei you tu rang nian fu ,zhe shi qiu yin fei guang hua ti biao 、dong tai ru dong 、ti biao run hua 、dian shen deng ou ge zuo yong de jie guo 。zhe wei jie jue chu tu bu jian de nian fu di gong le fang sheng sai lu 。wei le di gao chu tu bu jian de tuo fu jian zu xing neng ,yun yong fang sheng xue yuan li ,yi qiu yin wei fang sheng yuan xing ,dui xin hua shi kai gou qi jin hang le fang sheng you hua yan jiu ,yi ji wei chu tu bu jian jian nian jiang zu di gong can kao he yi ju 。yi can huan mao yin (Pheretima aspergillum)zuo wei sheng wu yuan xing ,ji yu qiu yin de fei guang hua bo wen xing tai ti biao he sheng wu run hua gong neng ,fang sheng she ji le si chong fang sheng kai gou qi 。shou xian ,di qu qiu yin tou bu shou su tai qu xian ,jiang qu xian qian bu de ru tu bu fen yong dao xin hua ji xian shang ,she ji fang sheng ji xian kai gou qi ;ji ci ,jiang qu xian zhong hou bu de bo wen jie gou ying yong dao xin hua ce xian shang ,she ji fang sheng bo wen kai gou qi ;zui hou ,liang chong kai gou qi te zheng jie ge ,she ji fang sheng fu ge kai gou qi 。dui fang sheng fu ge kai gou qi jin hang run hua she ji ,wan cheng zi run hua gong neng ,ming ming wei zi run hua fang sheng kai gou qi 。li yong li san yuan fang fa dui kai gou qi jian zu xing neng he chu tu jie mian jin hang fang zhen fen xi 。jie guo biao ming :kai gou zu li you da dao xiao yi ci wei chuan tong kai gou qi 、fang sheng bo wen kai gou qi 、fang sheng ji xian kai gou qi 、fang sheng fu ge kai gou qi 。san chong fang sheng kai gou qi de jian zu lv sui kai gou shen du de zeng jia er zeng da 。fang sheng fu ge kai gou qi zai shen du 60mm、su du 100mm/sshi da dao le zui da jian zu lv wei 9.08%。san chong fang sheng kai gou qi de kai gou kuan du jun xiao yu chuan tong kai gou qi ,dui tu rang rao dong xiao ,hui tu xiao guo jun bi chuan tong kai gou qi yao hao 。fang sheng ji xian kai gou qi you yu ru tu jiao yan zhao ji xian you xiao zhu jian ping huan zeng da ,ju you geng hao de ru tu xing neng 。fang qiu yin ji xian de xin hua mian biao mian ji jiao yuan hu xing ji xian kai gou qi xiao ,zai zheng ti che cun xiang tong de qing kuang xia ,ju you geng shao de ke li jie chu 。bo wen jie gou neng gou yin dao ke li xiang chui zhi fang xiang yun hang ,di gao kai gou gao du ,jian xiao kai gou kuan du ,bing shi ke li shi jia gei xin hua biao mian de li cong xin hua de jian duan huan jie dao zheng ge xin hua mian shang ,bo wen xin hua biao mian yu ke li zhi jian chan sheng jian xi ,jian shao le ke li jie chu ge shu he jie chu mian ji 。fang sheng fu ge kai gou qi de li chang zui xiao ,xin hua biao mian dui tu rang de rao dong xiao ju yan xin hua mian jun yun fen bu 。dui kai gou zu li jin hang chan yin su shi yan tan jiu :kai gou zu li sui zhao tu rang han shui liang 、tu rang ying du 、kai gou shen du yi ji kai gou su du de zeng jia jun cheng zeng jia qu shi 。dui fang sheng fu ge kai gou qi de jian zu lv jin hang duo yuan zheng jiao duo xiang shi hui gui shi yan tan jiu ,zhu ci yin su zui you shui ping yi ci wei :tu rang ying du 3、kai gou shen du wei 60mm、kai gou su du wei 500 cm/min、tu rang han shui liang wei 20%shi ,da dao zui da jian zu lv 20.5%。jian li le yin su yu jian zu lv de hui gui fang cheng ,jian zu lv sui zhao tu rang ying du he kai gou shen du de zeng jia er zeng jia ,sui zhao kai gou su du de zeng jia xian zeng jia hou jian xiao 。qiu yin zai qian jin guo cheng zhong fen bi de ti biao nian ye zai tu rang yu qiu yin ti biao zhi jian xing cheng yi ge ruo jian qie ceng 。zhe yi ruo jian qie ceng ju you liang hao de liu dong xing ,qi dao liu ti run hua zuo yong ,cong er jiang di le tu rang nian fu li he zu li 。dui run hua shi yan de tu rang han shui liang tiao jian jin hang tan jiu ,tu rang han shui liang jiao xiao shi ,kai gou qi run hua hui cu jin tu rang ke li yu shui fen zi xi fu ,jia da tu rang nian fu ;tu rang han shui liang jiao da shi ,tu rang ke li cheng zheng ti su xing zhuang tai ,run hua hui shi shui fen zi you li ,tu rang zai shui de run hua xia jiang di nian fu he zu li 。tong guo tu rang han shui liang shi yan de dao ,tu rang han shui liang wei 30%shi ,run hua jian zu xiao guo zui hao ,jian zu lv jun zhi wei 21.15%。dui run hua kong de zui you kong pai bu jin hang shi yan ,de chu xia ceng kong yu wai ce kong ju you zui xiao de kai gou zu li 。run hua shi yan fang an cai yong duo yuan zheng jiao duo xiang shi hui gui shi yan ,de dao ying xiang fang sheng kai gou qi jian zu lv de zhu ci yin su zui you shui ping yi ci wei :run hua ye liu su wei 0.1,tu rang han shui liang wei 30%。jian li le yin su yu fang sheng kai gou qi jian zu lv de hui gui fang cheng ,bing de chu ge chan yin su yu jian zu lv de guan ji ,jian zu lv sui zhao run hua ye liu su de zeng jia er zeng jia ,sui zhao tu rang han shui liang de zeng jia ,jian zu lv xian zeng jia hou jian xiao 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自吉林大学的姚久元,发表于刊物吉林大学2019-06-25论文,是一篇关于开沟器论文,蚯蚓体表论文,形态仿生论文,体表润滑论文,减粘降阻论文,离散单元法论文,吉林大学2019-06-25论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自吉林大学2019-06-25论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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