干式非开挖钻具减黏脱附的新技术研究综述

针对钻掘技术的发展趋势,介绍了常用的螺旋干式钻进及土壤黏附的机理。分析了典型土壤动物非光滑体表特征及其非光滑脱附现象,结合减黏脱附技术的发展状况,探讨了开发减黏脱附仿生钻具的理论基础,阐明了其现实意义。从工程仿生学的角度出发,提出了开发仿生钻具的技术途径。

干式非开挖钻具减黏脱附的新技术研究综述

针对钻掘技术的发展趋势,介绍了常用的螺旋干式钻进及土壤黏附的机理。分析了典型土壤动物非光滑体表特征及其非光滑脱附现象,结合减黏脱附技术的发展状况,探讨了开发减黏脱附仿生钻具的理论基础,阐明了其现实意义。从工程仿生学的角度出发,提出了开发仿生钻具的技术途径。

铝合金仿生非光滑MAO-HDTM复合膜的构建及减黏脱附研究

铝合金是农业机械潜在的主要轻量化材料之一,但是硬度低,耐磨、耐蚀性差,土壤黏附现象严重等问题限制了其在现代农业机具中的应用.该文以6061铝合金为研究对象,首先采用微弧氧化(MAO)技术对其进行表面处理,构建硬度、耐磨和耐蚀性能较好的非光滑膜层,然后借鉴仿生理论,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTM)水浴法对其疏水改性,获得了MAO-HDTM复合膜.对复合膜微观形貌、显微硬度、疏水性及土壤黏附进行了测试与分析.形貌检测结果显示:MAO-HDTM复合膜与MAO膜表面形貌相似,均存在类似荷叶表面的仿生凹凸结构.元素分析结果和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图谱显示:HDTM改性剂负载至MAO膜表面及孔隙之中,完成了疏水改性处理.硬度测试结果显示:铝合金基体硬度值为59.94 HV50,而MAO膜和MAO-HDTM复合膜硬度值分别为893.4 HV50和914.4 HV50,硬度得到较大提升.静态接触角测量结果显示:MAO膜为68°,而MAO-HDTM复合膜为147.3°,接近超疏水状态.土壤黏附测试结果显示:在20%,25%和30%含水率的土壤中MAO-HDTM复合膜黏附力值分别低于MAO膜测试值的5%,8%和4%.采用微弧氧化技术与HDTM疏水改性技术相结合构建的仿生非光滑MAO-HDTM复合膜,不但具有高硬度的力学特性,还具有减黏脱附的功能特性,可以为铝合金运用于农业机械轻量化设计提供一种新思路.

触土类施工作业装置减黏脱附技术研究概况

触土类机械设备在面向土类介质作业时易发生机具黏附问题,特别是以旋挖钻机为典型代表的密闭空间施工作业装置,其作业具有介质含水量大、成分复杂和高压力等特征,导致土类介质对机具黏附尤为严重。介绍了触土类机械设备作业机具土壤黏附机理及影响因素,详细描述了国内外触土类机械设备作业装置减黏脱附的研究进展,并对触土类机械设备减黏脱附研究进行了展望。

利用逆向制造系统集成技术开发仿生防粘鞋底

利用扫描电镜观察土壤动物的典型体表形态,并提取其仿生信息。利用逆向制造技术和仿生改形技术探索了鞋底的黏附问题,并设计了试验系统。以球冠高度h、球冠底面圆半径r、球冠间距d、球冠分布形态σ为试验因素,采用L9(34)正交试验测试了土壤黏附力。对比试验表明:在同等试验条件下,某些仿生改形表面的鞋底具有十分明显的减黏脱附效果,当h=3.0 mm,r=4.0 mm,d=10.0 mm和σ为递增分布形态时,最多可降低黏附力8.27%。

轮式牵引器耦合仿生驱动轮摩擦特性分析

针对现有水平井轮式牵引器存在的牵引力不足、齿顶磨屑排出不及时易加剧磨损、齿面残留磨屑容易划伤齿面及越障性能差等问题,创新性提出一种仿生耦合驱动轮。根据黏着理论建立了轮式牵引器的轮壁接触模型,推导出犁沟摩擦因数计算表达式;利用数值模拟分析了耦元体直径、嵌入深度与犁沟摩擦因数之间的关系,并在有限元软件Workbench中设定轮壁接触条件为摩擦接触进行动态分析;研究了仿生耦合驱动轮的牵引特性,并与常规驱动轮进行了模拟对比。模拟结果表明:均布的球体结构最大犁沟摩擦因数为0.424,柱体结构的犁沟摩擦因数恒大于方形结构;且当楔深为0.2 mm时,仿生耦合驱动轮犁沟摩擦因数为2.5,传统驱动轮的最大犁沟摩擦因数为1.6,仿生耦合驱动轮相比传统驱动轮牵引能力可提高89%;在相同正压力条件下,仿生驱动轮既不会对管壁造成破坏,也不会影响套管的后续使用,并且比常规驱动轮更易获得较大驱动力。研究结果可为后续轮式牵引器牵引力的提高及驱动轮的优化设计提供一定的理论支持。