仿生布利冈结构农机耐磨触土部件设计与试验

针对农机触土部件易磨损失效这一难题,该研究设计了一种仿生布利冈结构件,并对其磨损特性进行评价,进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量,以磨损量为响应值,在EDEM中进行仿真磨损试验,根据自变量与响应值之间的关系,优化布利冈结构的组成参数,得到最优的组成参数为:结构单元直径1.0mm、层间螺旋角度16°、层间重叠间距0.13mm,在此参数下经仿真磨损试验得到布利冈结构件的磨损量为2.13×10^(-6)g。对光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的耐磨效果,进行仿真磨损对比试验,结果表明,布利冈结构件较单层棱纹件磨损量减少了90.6%,较光滑件减少了92.2%。运用离散元法(digital elevation model,DEM)与有限单元法(finite element method,FEM)联合仿真,得到样件内部形变和应变,光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的平均变形量分别为1.62×10^(-9)、7.97×10^(-9)和1.82×10^(-8)mm;平均等效应力为1.16×10^(-6)、6.36×10^(-6)和1.01×10^(-5)MPa。布利冈结构件内部形变和所受应力较大,这一变化有助于吸收颗粒冲击能量,减小磨损。利用光固化打印技术加工样件,利用旋转式试验机和扫描电子显微镜分析3种样件的耐磨性能,结果表明,布利冈结构件的磨损量最小为0.12 g,且标准差最小,为0.012,耐磨性能较为稳定。研究结果可为农机具触土部件的耐磨增效提供设计依据和理论基础。