微型土壤动力学试验土槽装置的研制

土壤动力学试验是研究机器-土壤相互作用特性的基本试验。为了研究土壤在外界机械作用下的破碎和土块的运动规律,研制一套微型土槽试验装置。该装置利用可编程控制器(Programmable logic controller,PLC)发送脉冲指令到步进电动机驱动器,驱动与之相连的步进电动机正反转,再带动与丝杠螺母相连接的切土零件前进后退,实现往复直线运动。基于电阻应变计法和压力传感器的原理,同时采用称重传感器和人工电桥贴片两套完全独立的方案动态实时采集切土零件水平前进的土壤正面阻力和侧向土壤阻力等受力数据。为了验证该微型土槽装置的精确性和稳定性,还使用推土机铲板、三面楔和铧式犁三种切土零件模型进行土壤动力学切土试验。试验的研究结果显示,两套数据比较吻合。

臭蜣螂唇基切土减阻的力学分析

对臭蜣螂头部的激光三维扫描点云进行简化处理,在三维坐标系中建立垂直平面截取部分唇基实体,并将其简化为三面楔模型,进行不同运动方向的受力分析。结果表明,在臭蜣螂挖土打洞过程中唇基有利的挖土切割方式主要为滑移切割,这种切割方式基于唇基天然的优化形状,即半圆形的刃口形状和特定的曲面变化。并发现唇基曲面形状对减小挖掘阻力具有重要作用。最后分析了臭蜣螂唇基潜在的仿生应用,其天然优化的形状和切割角的自动调节可指导地面机械的仿生设计。