圆盘犁刀仿生设计应用研究

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圆盘犁刀优化参数
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Ｃ Ｄ 何造 型及 设 计 Ａ 几
圆 盘 犁 刀 仿 生 优 化设 计 流 程 图
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１ ３ 确定理论 分析 方法 ．
的分 布 。几 何 非光滑 结构 单元 的分布 总体上 可分 为
合 圆盘 犁 刀与土壤 接触 的物理化学 状态 ，确定 圆盘
犁 刀的仿生材 料 ，增强表 面憎水 性， 减小粘 附力 。
１ ２ 建 立 数 学模 型 ． 对 满 足 仿 生 设 计 的 圆 盘 犁 建 立 在 工 作 条 件 下 的
生 圆盘 犁刀 的仿 真和 试验研究 奠定基 础， 以减少 圆 盘 犁 刀耕 作过程 中的粘 附积 土量和 降低工作 阻力与 动力 消耗 。
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计算机仿真
触状 态 、阻力特性 及松碎 性能 ，确定 圆盘 犁 刀表面 结 构单元 的类型 、形状尺 寸及分布 状态 和数量 ，从
而 通 过 减 小 圆 盘 犁 刀 与 土壤 接 触 面 积 ， 使 界 面 水 膜
基 金 项 目 ：河 南科 技 大 学基 金 项 目 （ ２ｌ ０ ０ ５ ０ ５ ８） 图 ｌ
这 些 因 素 都 对 减 粘 脱 土 有 利 。 本 文 依 据 研 究 目的 和
２ １ 圆盘犁刀表面仿生改 形设计 ． 首 先确定 圆盘 犁刀表面 非光滑结 构单元 的类型 。 典型 土壤动 物体 表存在 凸包形 等多种 几何 非光 滑 形
态 。从 几 何 形 状 上 看 ， 平 面 最 易 粘 附 ， 圆柱 面 次 之 ，
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相 应的仿 生减粘 脱土 的技术 和方法 。
１ 表面 仿生改形 ：利用最 优生物减粘 降阻的结 ）
构 ， 结 合 圆 盘 犁 刀 与 土 壤 相 互 作 用 过 程 中的 界 面 接
边 和ｌ 网 法 几形 有 元 人 神 Ｉ 坌法 界 限 分 析模型 ，并进行 模拟 加载和 计算机仿 真 ，见
图 ｌ 。
ｌ 圆盘 犁 刀仿生 优化 设计 思路
从上世纪 ９ ０年代开始，吉林大学开展 了基于 土 壤 动物体 表构成 、柔性 、几何 非光滑及 综合仿 生等
圆盘 犁 刀
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仿生类比
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脱 土减 阻原理和 技术 的研 究 。基于 上述 仿生 脱土研
工 艺实 现 的难 易程 度 ，圆盘 犁刀 表面几 何 非光 滑结 构 单元 分别 采用 规则 和不规 则两 种分布 。
２． 圆盘犁 刀表面仿生改性设计 ２
有研 究 表 明，要 降低 耕地机 具触 土部 件表 面 的 粘 附阻力，必须提高材料的耐蚀性 、 憎水性 和硬度 。 此外 ，基于 仿生 圆盘犁 刀 的制造 工艺 和经济 性等 因
件 之 一 ， 本 文基 于 仿 生 研 究 的 基 础 理 论 和 技 术 ， 对 圆 盘 犁 刀 的 仿 生 优 化 设 计 方 法 进 行 研 究 ， 从 而 为 仿
不连续 或造 成应力 集 中来 降低粘 附力，最 终达到减
少粘 附和 阻力 的 目的 。
２） 表面仿生 改性 ：利 用最优生物 减粘物质 ，结
究 成 果 的 启 发 ， 本 文提 出 合 理 优 化 圆盘 犁 刀 形 状 及 表 面 物 理 特 性 的 仿 生 优 化 设 计 新 思 路 ， 见 图 ｌ 。
结构形状 ｉ 表面材料 ｉ ｌ 功能
类比 ｌ
Ｉ
类 比 Ｉ ｌ 类比
１
数 学 模 型
１ １ 确定仿生圆盘犁 刀优化设计的技术和方法 ． 根据 圆盘犁 刀 的用途及 具体 的工作环 境 ，选择
关 键 词 圆盘犁 刀 仿生设 计 应 用研究
耕作 部件在 与 土壤 的接触过程 中， 由于 接触 界 面水膜 的毛细 引力 、粘 滞力 等，产生 粘附现 象 。土 壤 动物粘 附 问题 的研究 ，为耕 作部件 减粘降 阻技术 提 供 了新的思 路和方法 。圆盘 犁 刀是重要 的耕作部
规则 分布 和随 机分布 。从 实用 角度上 看， 随机分 布
编 制计算 机程 序求 解 ，确定 优化 设 计方 案 。
使犁 刀壁 横截 面不存 在 有序 的壁厚差 ，其 强度分 配
２ 仿 生 圈盘 犁 刀设 计
圆盘 犁 刀是 一球 面 圆盘 ，综合 分析 和对 比以往 减粘脱土技术 和方法， 结合 圆盘犁结 构和耕作 特点， 本文 以 山东 天成机 械 集 团有 限公司生 产 的标准 型普
为非规则分布非规则分布最后要确定圆盘犁刀表面几何非光滑结构单元图2仿生圆盘犁犁体现农韭装modemicjequipments备55agalequip丽冈试析磨削加工中砂轮堵塞的原因陈亚生阳江市粤豪机械制造有限公司广东阳江529500磨削加工是一种历史悠久应用广泛的金属切2砂轮堵塞的原因削方法在国内目前主要应用在传统刀具难以切21嵌入型和依附堵塞的原因削的硬质材料以及精确度表面质量要求高的零件嵌入型和依附型堵塞属于磨屑机械性地填充在的加工
通 圆盘 犁 刀 作 为 仿 生 设 计 对 象 。
合理 ，无 薄弱环 节， 加工 制造 时产生 变形开 裂倾 向 明 显减 小 。 而且 土垡 在仿 生 非光 滑 表 面上 运动 时 ， 由于 几何 单元 没有 规则 的排列 方 向与次序 ，不 产生 摆动及 附加阻力 ，故土垡与 底平面接触 的几 率也小，
摘 要
河南
洛 阳 ４ １０ ） ７０ ３
本 文 基 于 仿 生研 究 的基 础 理 论 和 技术 ，对 圆盘 犁 刀 的 仿 生优 化 设 计 方 法 进 行研 究 ， 从 而 为 仿 生 圆盘 犁 刀 的仿 真 和 试 验研 究 奠 定基 础 ， 以减 少 圆 盘 犁 刀耕 作 过 程 中的 粘 附 积 土量 和 降 低 工 作 阻 力 与动 力消 耗 。
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圆盘犁刀仿生设计应用研究
● 梁显升 李鲁杰 张 毅
（ ． 东新 会 农 业 机 械 厂 股 份 有 限 公 司 广 东 江 门 ５ ９ ０ ； １广 ２０ ０ ２ 河 南科 技 大学 车 辆 与动 力 工 程 学 院 ．
球面 最不 易粘 附 。本文设 计选 择球 形作 为 圆盘 犁 刀 表面仿 生几何 形状 类 比， 将半径 为 高度为 五的球