不同材质仿生凸齿镇压器滚动件的模态分析.pdf

第28卷第13期
农业工.程学报
Vol 28 No.1
年7月
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
Jul.2012
快业装备三程与悅化
不同材质仿生凸齿镇压器滚动件的模态分析
张智12,佟金2,陈东辉2,孙零字12,马云海2
(1.吉林大学生物与农业工程学院,长春130022:2.吉林大学工程仿生教育部重点实验室,长春130022
摘要:为了探讨由不同材质组成的仿生凸齿滚动件,在镇压作业时对脱土和土壙表面微形貌加工性能的影响,利用
Autodesk Algor Simulation软件,对铸铁材料和 UHMWPE一铸铁组合材料仿生结构滚动部件进行了模态分析。取前8阶
模态,对2种滚动部件的固有颊率和最大振幅做出对比,并考察滚动部件不同位置处的振幅。结果表明, UHMWPE一铸
铁组合材料滚动部件在前8阶模态下各阶模态的最大振幅均大于铸铁材料滚动部件,增幅为5.716~30.077mm: UHMWPE
一铸铁组合材料滚动部件更容易在对较低的频率下获得更大振幅;在靠近辋板圏中部,即传递到引机构件处,
UHMWPE一铸铁材料滚动部件平均振幅比铸铁材料滚动部件小0.213mm。由此可得出以下结论:相对于铸铁材料滚动
部件, UHMWPE铸铁组合材料滚动部件可在更好地保证牵引稳定性的前提下,在镇压作业时,能增强其仿生凸齿尖端
处的脱士潜力,并保障对土壤表面所加工微形貌的强度。这为仿生凸齿镇压器材料的选择、牽引装置行驶速度的设定以
及滚动部件上激励装置的设置提供了参考。
关键词:仿生学,振动,模态分析, Algor,微形貌加工
doi:10.39695is.1002-6819,20I2.13.002
中图分类号:S22.2:,1B53.1
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2012)-13-0008-08
张智泓,佟金,陈东辉,等.不同材质仿生凸齿镇压器滚动件的模态分析[].农业工程学擬,2012,28(13):8-15
Zhang Zhihong, Tong Jin, Chen Donghui, et al, Modal analysis of ionic convex teeth rolling component composed of difterent
materials J]. Transactions of the Chinese ociety of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2012, 28(13): 8-15
(in Chinese with English abstract)
严重的土壤粘附会使土壤镇压作业无法实施。滚动触土
0
部件的脱土减阻应当成为该类部件的重要技术要求,否
在中国东北垄作区,春播玉米前,对已耕耘土壤适则不仅会增大作业能耗,而且会显著降低作业质量和效
当的压实可提高作物产量习,农田土壤表面层镇压后形果。另外,经镇压加工的土壞微形貌需具有一定强度,
成具有许多凹槽或凹坑的表面徹形貌,这些四槽或凹坑不然在自然界外力作用下微形貌容易被破坏,所以这也
可像微小水库一样储存水,具有水库效应和集水作用,要求地表上壤必需压实到一定的坚实度。
能提高农田对水资源的使用效率,减小水土流失,特别
研究表明,对田间作业机具施加一定的振动激励,
在干旱、半干?地区及年降水量分布不均的地区,提高能有效地实现机具的脱上,提高农机具的地面通过能力,
土壤蓄水保墒能力并有效提高作物产量
进而保证作业质量?。
用于镇压的仿生凸齿滚动件以臭蜣螂前足胫节外缘
另外,因为土壤均有合适的共振频率范围,在该振
齿状结构为模仿对象,因为土壤洞穴动物臭蜣螂前足胫动频率范围内,振动能量被士充分吸收,所以在一定
节外缘所具有齿状形态2?,使其能够利用其前足行走,的共振频率范围内,土壤能获得最佳的压实效应。并且,
利用前足在松软土壤上行走来推滚粪球,表明其齿状结士壤的动力刚度值随载荷振幅的增加而増加。随载荷振
构对土壤具有很好的限流同土作业能力,而产生足够的幅的增加,土壤塑性压缩变形也逐渐增大,材料间颗粒
推进力。
排列更加紧密,导致材料内摩擦力的增大、结构阻尼増
对于农业机械滚动触土部件,如传统土壤镇压辊,加,故动力刚度值也逐渐增加,土壤密实度増大,土壊
主要采用石材、铸铁或钠材制作成实心或骨架式。该类颗粒排列致一定的紧密程度2,也有利于所加工土壤
滚动部件在作业的过程中,容易发生土壤粘附现象,导表面微形貌形态的保持。
致作业能耗增加。对于士壤表面微形貌加工的滚动部件,
然而,就振动的有效利用而言,该滚动部件存在着
振动与减振的矛盾,一方面要利用与土壤作用的齿状结
收稿日期:2011-11-19修订日期:2012-06-18
构的振动,以实现滚动部件的脱土,并将振动作用于被
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51075185)。
加工土壤,使土壤具备所需的形貌和性能;另一方面要
作者筒介:张智温(986-),男,白族,云啊昆明人,博士生,研究方向:避免振动向牵引机构的传递,以降低振动对牵引稳定性
主要从事地面机械伤生理论与技术研究。长春市人民大街5988号吉林大
学生物与农业工程学院,130022。Emai:zhizhang09@mailsjlu.edu.cn
的影响。所以为了获得良好的脱土性能及行走稳定性
※通信作者:终金(1957-),男,占林长春人,教授,博士生导师,主要理想的仿生凸齿滚动部件在作业时,应在触土位置有较
从事仿生廉探学研究。长春市人民大街98号吉林大学生物与农业工程大振幅,但对牵引机枃连接位置引起的振幅又应较小。
学院,13002.Email:jlong(@jlu.edu.cn
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