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仿生技术在深松减阻技术上的研究与应用

刘润杰  
【摘要】:我国是一个农业大国,有可耕地将近0.95亿公顷,而其中的的干旱、半干旱以及湿润偏干旱的面积占了近52.5%。这就导致了我国在进行农业生产时需要大量的水来进行灌溉,同时我国又是一个比较缺水,灌溉水平又落后的国家。同时传统的翻耕又造成了犁底层的产生,导致水土的流失甚至土壤沙化等危害。这就要求我们改变传统的耕作方式,发展保护性耕作技术。保护性耕作一般对土壤进行少耕甚至不耕,而深松是保护性耕作的一项重要措施,并且越来越受到了人们的介绍与重视。深松机可以打破犁底层,增加土壤的蓄水能力,减少下雨时产生的径流从而减少了土壤的水土流失,利于增加土壤的肥力,使植物可以生长的更加茁壮。深松可以在不同程度上提高作物的产量以及作物的品质。但是深松机械现在存在着很大的问题,例如耕作阻力大,深松铲磨损严重,适应性不强等问题。针对上述问题,本文设计了多种仿生深松铲。这些深松铲分别仿家鼠鼠趾的外形结构、达乌尔黄鼠的爪趾外形结构、蝼蛄爪趾的外形结构以及蜣螂的头部非光滑面来设计深松铲。在设计之初,对深松铲的受力进行了分析。在进行设计的时候采用了UG9.0中的光栅图像功能,将图像插入软件中进行仿形设计。设计完成后将其用CAXA进行编程,然后进行数控加工。根据家鼠鼠趾、达乌尔黄鼠鼠趾以及蝼蛄爪趾的外形分别设计了不同形状的深松铲柄。根据蜣螂头部的非光滑面设计了带有凸包的深松铲尖。在进行试验时,以JB/T 9788-1999标准的圆弧形型深松铲以及农哈哈现有的深松铲作为比较对象。采用贴应变片的方式进行阻力的测量,在测量过程中采用了半桥差动电路进行测量。同时为了测量更加准确,对深松铲进行分别标定,标定完成后进行测量试验。在测量过程中分别对25cm耕深和30cm耕阻力进行测量。测量完阻力后,对试验数据进行了处理。处理完后发现深松铲受到耕深和行进速度的影响非常明显,当耕深加深和行进速度增大时,阻力急剧增加。研究表明仿生深松铲比国标的圆弧形深松铲以及农哈哈现有的深松铲耕作阻力要小。但是也存在着设计不合理的深松铲无法达到了减阻效果。上述研究工作为新型深松铲的设计提供一定的理论依据,同时也为深松铲的设计开拓一定的思路。


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