蝼蛄前足爪趾三维几何构形的减阻机理

摘要

触土部件的阻力直接影响耕作机械和工程机械的作业效率,该研究利用工程仿生设计方法,基于蝼蛄前足爪趾优异的地下掘进能力,提取前足爪趾的三维几何构形特征用于仿生试件设计,通过土槽切削阻力试验和有限元模拟,分析蝼蛄前足爪趾几何构形的减阻性能和机理.研究结果表明,前足爪趾的构形特征对切削阻力有显著影响(P<0.05),仿生试件的切削阻力较楔状体试件最高可降低56.96％,三维仿生构形的减阻性能优于一维和二维构形.蝼蛄前足爪趾构形能使被切削土壤沿挖掘面顺畅移动,避免了土壤在仿生试件尖部的堆积和对中后部的挤压,实现切削阻力的减小.该基于蝼蛄前足爪趾的工程仿生研究可为耕作和工程机械触土部件的减阻设计提供理论基础.