仿生几何结构表面深松铲铲尖设计与试验

摘要

深松铲在西南红壤坡耕地作业过程中,由于土壤黏附性强且板结严重,造成土壤过度扰动和耕作阻力过大的问题。采用工程仿生的技术方法,将具有减阻优异特性的克氏原螯虾和砂鱼蜥体表作为仿生原型,以深松铲铲尖为研究对象,设计仿生凸包、微刺—凸包、仿生鳞片、微刺—鳞片和微刺—凸包—鳞片混合表面5种仿生几何结构表面。通过室内土槽试验,考察深松过程中铲尖在含水率18.11%和12.57%,深松速度为0.2 m/s,0.4 m/s,0.6 m/s的牵引阻力与降阻率变化趋势,并与传统铲尖对比。试验结果表明:含水率一定的情况下,随着深松速度的增加,牵引力逐渐减小;含水率18.11%时,具有微刺—凸包几何结构表面的铲尖减阻能力最优,降阻率达20%以上;含水率12.57%时,具有微刺—凸包—鳞片混合表面的铲尖减阻能力最优,降阻率达15%以上。该研究提出西南地区红壤黏性土深松过程减阻的仿生设计思路,为在西南地区红壤土工作环境下设计和研发新装备提供参考。