【摘要】：土壤粘附現(xiàn)象普遍存在于地面機械與土壤相互作用過程中,對地面機械的工作性能和質(zhì)量有著不容忽視的影響。土壤動物如蚯蚓能夠在不同的土壤環(huán)境中自由運動而始終保持自身沒有土壤粘附,這是蚯蚓非光滑體表、動態(tài)蠕動、體表潤滑、電滲等耦合作用的結(jié)果。這為解決觸土部件的粘附提供了仿生思路。為了提高觸土部件的脫附減阻性能,運用仿生學原理,以蚯蚓為仿生原型,對芯鏵式開溝器進行了仿生優(yōu)化研究,以期為觸土部件減粘降阻提供參考和依據(jù)。以參環(huán)毛蚓(Pheretima aspergillum)作為生物原型,基于蚯蚓的非光滑波紋形態(tài)體表和生物潤滑功能,仿生設計了四種仿生開溝器。首先,提取蚯蚓頭部收縮態(tài)曲線,將曲線前部的入土部分用到芯鏵脊線上,設計仿生脊線開溝器;其次,將曲線中后部的波紋結(jié)構(gòu)應用到芯鏵側(cè)線上,設計仿生波紋開溝器;最后,兩種開溝器特征結(jié)合,設計仿生復合開溝器。對仿生復合開溝器進行潤滑設計,完成自潤滑功能,命名為自潤滑仿生開溝器。利用離散元方法對開溝器減阻性能和觸土界面進行仿真分析。結(jié)果表明:開溝阻力由大到小依次為傳統(tǒng)開溝器、仿生波紋開溝器、仿生脊線開溝器、仿生復合開溝器。三種仿生開溝器的減阻率隨開溝深度的增加而增大。仿生復合開溝器在深度60mm、速度100mm/s時達到了最大減阻率為9.08%。三種仿生開溝器的開溝寬度均小于傳統(tǒng)開溝器,對土壤擾動小,回土效果均比傳統(tǒng)開溝器要好。仿生脊線開溝器由于入土角沿著脊線由小逐漸平緩增大,具有更好的入土性能。仿蚯蚓脊線的芯鏵面表面積較圓弧形脊線開溝器小,在整體尺寸相同的情況下,具有更少的顆粒接觸。波紋結(jié)構(gòu)能夠引導顆粒向垂直方向運行,提高開溝高度,減小開溝寬度,并使顆粒施加給芯鏵表面的力從芯鏵的尖端緩解到整個芯鏵面上,波紋芯鏵表面與顆粒之間產(chǎn)生間隙,減少了顆粒接觸個數(shù)和接觸面積。仿生復合開溝器的力場最小,芯鏵表面對土壤的擾動小且沿芯鏵面均勻分布。對開溝阻力進行單因素試驗探究:開溝阻力隨著土壤含水量、土壤硬度、開溝深度以及開溝速度的增加均呈增加趨勢。對仿生復合開溝器的減阻率進行多元正交多項式回歸試驗探究,主次因素最優(yōu)水平依次為:土壤硬度3、開溝深度為60mm、開溝速度為500 cm/min、土壤含水量為20%時,達到最大減阻率20.5%。建立了因素與減阻率的回歸方程,減阻率隨著土壤硬度和開溝深度的增加而增加,隨著開溝速度的增加先增加后減小。蚯蚓在前進過程中分泌的體表粘液在土壤與蚯蚓體表之間形成一個弱剪切層。這一弱剪切層具有良好的流動性,起到流體潤滑作用,從而降低了土壤粘附力和阻力。對潤滑試驗的土壤含水量條件進行探究,土壤含水量較小時,開溝器潤滑會促進土壤顆粒與水分子吸附,加大土壤粘附;土壤含水量較大時,土壤顆粒呈整體塑性狀態(tài),潤滑會使水分子游離,土壤在水的潤滑下降低粘附和阻力。通過土壤含水量試驗得到,土壤含水量為30%時,潤滑減阻效果最好,減阻率均值為21.15%。對潤滑孔的最優(yōu)孔排布進行試驗,得出下層孔與外側(cè)孔具有最小的開溝阻力。潤滑試驗方案采用多元正交多項式回歸試驗,得到影響仿生開溝器減阻率的主次因素最優(yōu)水平依次為:潤滑液流速為0.1,土壤含水量為30%。建立了因素與仿生開溝器減阻率的回歸方程,并得出各單因素與減阻率的關系,減阻率隨著潤滑液流速的增加而增加,隨著土壤含水量的增加,減阻率先增加后減小。
【圖文】：

常見的幾種開溝器簡圖

c 螻蛄背板（剛毛形） d 穿山甲鱗片（鱗片形）圖 1.3 土壤動物非光滑體表形態(tài)潤滑仿生：蚯蚓和泥鰍等動物在土壤中行走時通過分泌體表液達到脫附用。體表液提供了一個弱剪切層，，在土壤與體表之間形成潤滑界面，降動物體表的粘附。通過分析蚯蚓的體表自潤滑現(xiàn)象，設計仿生潤滑試樣
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S223.19

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 韓東亮;;新型開溝器過載保護裝置[J];農(nóng)機科技推廣;2018年09期

2 李軍宇;張淑娟;王曙光;;小麥寬幅播種機種肥開溝裝置的設計與研究[J];農(nóng)機化研究;2018年06期

3 趙淑紅;劉宏俊;譚賀文;曹秀振;張先民;楊悅乾;;仿旗魚頭部曲線型開溝器設計與性能試驗[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2017年05期

4 王玨;侯為康;楊欣;王建合;;2BFGM-4棉花旋播機開溝器的設計與仿真[J];河北農(nóng)機;2017年04期

5 蔡東明;梁朱財;;一種新型人力開溝器及其使用介紹[J];農(nóng)業(yè)機械;2015年07期

6 馮小鹿;;春耕播種奪全苗播種機使用要點[J];農(nóng)機導購;2017年02期

7 姚宗路;高煥文;李洪文;王曉燕;;不同結(jié)構(gòu)免耕開溝器對土壤阻力的影響[J];農(nóng)機化研究;2009年07期

8 劉昱程;劉立晶;狄明利;;兩種免耕開溝器的對比分析[J];農(nóng)機化研究;2009年07期

9 陸欣;寬幅密植開溝器的設計介紹[J];農(nóng)村牧區(qū)機械化;2005年01期

10 李愈,鄒躍斌;用單園盤施肥開溝器進行棉花苗期中耕追肥[J];新疆農(nóng)機化;1996年01期

相關會議論文 前9條

1 姚宗路;高煥文;李洪文;王曉燕;;楔刀型免耕開溝器的試驗研究[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學會學術年會論文摘要集[C];2007年

2 呂金慶;馮雪;于佳鈺;李紫輝;劉志峰;王鵬榕;;馬鈴薯播種機施肥開溝器的設計與試驗[A];馬鈴薯產(chǎn)業(yè)與脫貧攻堅（2018）[C];2018年

3 柴躍進;毛立紅;;一年兩熟地區(qū)保護性耕作配套機具試驗與研究[A];農(nóng)業(yè)機械化與全面建設小康社會——中國農(nóng)業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

4 任文濤;劉涌;;開溝器長度設計方法的研究[A];農(nóng)業(yè)機械化與全面建設小康社會——中國農(nóng)業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

5 任文濤;劉涌;;開溝器長度設計方法的研究[A];中國農(nóng)業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

6 鄭月男;尚書旗;楊然兵;王延耀;連政國;;柔性精密播種技術的研究[A];紀念中國農(nóng)業(yè)工程學會成立30周年暨中國農(nóng)業(yè)工程學會2009年學術年會（CSAE 2009）論文集[C];2009年

7 吳仕宏;李寶筏;;免耕播種機的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[A];全面建設小康社會：中國科技工作者的歷史責任——中國科協(xié)2003年學術年會論文集（上）[C];2003年

8 王慶杰;李洪文;何進;張旭東;;壟作免耕播種機并列式種肥分施機構(gòu)的研究與試驗[A];走中國特色農(nóng)業(yè)機械化道路——中國農(nóng)業(yè)機械學會2008年學術年會論文集（上冊）[C];2008年

9 李郁仁;;秸稈粉碎覆蓋免耕施肥播種機的研究與設計[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國農(nóng)業(yè)工程學會學術年會論文集第一分冊[C];2005年

相關重要報紙文章 前10條

1 新業(yè);播種施肥機開溝器故障排除法[N];江蘇科技報;2004年

2 陳漢明;農(nóng)機春播前該做什么[N];湖北科技報;2006年

3 李賢偉;機械春播注意啥？[N];山東科技報;2006年

4 吳楓;機械春播應該注意啥[N];山西科技報;2005年

5 威信;玉米旱作節(jié)水技術(二)[N];吉林日報;2013年

6 劉欣;休閑農(nóng)機縣要慎重“五防”[N];中國特產(chǎn)報;2005年

7 ;農(nóng)閑農(nóng)機做好“四防”[N];吉林農(nóng)村報;2009年

8 韓紅運 陳清林 李曉雪;一片綠色潤心田[N];北大荒日報;2015年

9 陳漢明;農(nóng)機春播前該做啥[N];吉林農(nóng)村報;2007年

10 董佑福 宋慧欣;春天來了 您準備好播種了嗎?[N];中國農(nóng)機化導報;2013年

相關博士學位論文 前6條

1 潘世強;基于離散元法的芯鏵式開溝器優(yōu)化設計與試驗研究[D];吉林大學;2015年

2 巴勒爾·賽義德·毛亞德;土壤機具系統(tǒng)仿生減摩表面設計與試驗研究[D];吉林大學;2005年

3 袁銳;精密播種機開溝器對種子觸土后位移的控制及部件的研究[D];吉林大學;2006年

4 張祥彩;免耕播種機偏轉(zhuǎn)側(cè)滑式防堵開溝器研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2016年

5 王振華;氣流分配式牧草播種機關鍵部件優(yōu)化與試驗[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2014年

6 王徐建;甘草傾斜移栽關鍵部件設計與試驗研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 鄭健;仿蚯蚓運動多功能開溝器設計與試驗研究[D];吉林大學;2019年

2 姚久元;基于蚯蚓波紋潤滑體表的仿生開溝器優(yōu)化研究[D];吉林大學;2019年

3 楊薇;基于離散元法的巨菌草開溝器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與試驗研究[D];福建農(nóng)林大學;2019年

4 譚賀文;一種組合式播種開溝器的設計與試驗[D];東北農(nóng)業(yè)大學;2018年

5 王永;秸稈反應堆作業(yè)一體機的設計與研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2018年

6 羅佳;水稻精量直播機結(jié)構(gòu)設計及其開溝性能研究[D];青島理工大學;2018年

7 馬延武;播種機開溝器參數(shù)優(yōu)化與試驗研究[D];河南科技大學;2018年

8 曹曉東;芯鏵式開溝器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及試驗研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2018年

9 李國華;十字槽開溝器結(jié)構(gòu)設計及試驗研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2018年

10 薛維良;仿生減阻雙圓盤開溝器設計與研究[D];吉林大學;2017年

本文編號：2705211