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微耕机因其具有重量轻、体积小、结构简单等特点,广泛适用于平原、山区、丘陵的旱地、水田、果园等。配上旋耕机械,便可由单人操作在山区田块自由使用。但由于旋耕机具耕作阻力大,因此往往需要匹配大功率的发动机,不但增加了微耕机的重量和体积,而且功耗也会增高。本论文从工程仿生学角度出发,通过对微耕机传统耕作部件旋耕刀进行仿生设计和分析,以降低耕作部件的耕作阻力作为研究的重点。
生物经过长期与自然环境进行物质、能量及信息交换,造就了适应生态环境的物质系统和生存木领,许多科学技术难题对生物而言却算不上什么问题。现代测试技术和测试仪器的出现使得对生物结构、生物功能和生命过程的认识得到了惊人的进展,这为其它学科的研究及发展注入了新的活力,提供了全新的科学原理和技术方法。
系统的仿生脱土研究表明,土壤动物的脱土主要受多方面因素的制约,其中土壤动物体表结构特征尤为重要。仿生几何非光滑触土部件减粘降阻的试验研究结果表明,触土部件的几何形状、结构尺寸大小对其减粘降阻的效果有程度不同的影响。
本文选择传统旋耕刀片作为试验研究对象,运用触土部件减粘脱土理论,在仿生结构研究以及传统旋耕刀片结构基础上,首先运用Matlab软件得到北方田鼠爪趾轮廓结构的拟合曲线;继而利用Pro/Engineer软件进行计算机建模,制作了仿生旋耕刀和传统旋耕刀的计算机模型;然后对建立的旋耕刀片模型,运用ANSYS软件进行了模拟田间耕作的动力学分析。通过对仿生旋耕刀和传统旋耕刀的计算机分析结果的比较,得到了仿生旋耕刀片可以比传统旋耕刀片减少土壤阻力的结果。
研究工作及其所取得的成果突破了传统耕作部件形状设计研究思路,提出了计算机建模和模拟仿真分析的方法,为微耕机耕作部件的设计提供了基础。