肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验.pdf

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1、2014年4月农业机械学报第45卷第4期doi：10．604l／j．issn．1000—1298．2014．04．021肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验木佟金张清珠常原陈东辉董文华张磊磊(吉林大学工程仿生教育部重点实验室，长春130025)摘要：基于臭蜣螂腹侧面的几何结构，设汁了9种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子量聚乙烯材料。采用L(3)正交表，考察了土壤干基含水率为20％时，肋条结构底面宽度、高宽比R、镇压辊载荷F和面积比对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明：在试验条件下，与普通镇压辊相比，仿生镇压辊在保证适宜

2、玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果，减粘率最高可达41．08％；合理的肋条结构尺寸可使仿生镇压辊的减阻率达11．75％～39．40％。采用极差法对试验结果进行分析，得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵引阻力因素的主次顺序及最优水平，并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。关键词：仿生肋条镇压辊牵引阻力土壤粘附土壤压实中图分类号：$222．23；Q811文献标识码：A文章编号：1000．1298(2014)04—0135—06引言比)4个因素对镇压辊减粘降阻的影响。1肋条型仿生镇压辊的设计镇压辊是农业机械中典型的滚动触土部件，用于播

3、种后压实土壤。适当的镇压可以使种子与土壤紧密基于臭蜣螂腹侧面具有减粘减阻功能的几何结接触；减少土壤中的大孔隙，加强土壤毛细管作用；也构(图I)，设计出具有肋条型几何结构的仿生镇可对种子在土壤中的深度差异进行微调节，使种子播压辊，实体模型如图2所示。仿生镇压辊表面肋条深趋于一致。研究证明，适当的土壤压实能够提结构的尺寸如图3所示，图中表示肋条底面宽高作物产量。但是在镇压过程中，镇压辊容易粘度，表示肋条断面高度。附土壤，不仅影响种子发芽，而且会降低作业效率，增高能耗。所以减轻土壤对镇压辊表面的粘附，使土壤能够形成适当的土壤坚实度，具有重要的现实

4、意义。目前，关于土壤压实的研究，大多数集中在拖拉机及其牵引的机具对农田土壤过度机械压实的危害及其对应的解决措施。而对于土壤镇压辊来(a)(b)图1臭蜣螂及其腹侧面的几何结构说，压得太实或太松，都不利于种子的出苗。理想的Fig．1DungbeetleCoprisochusMotschulskyandits镇压辊，应在保证所需压实作用前提下具有较低的geometricalstructureonventralsurfaceofdungbeetle牵引阻力，减少土壤粘附现象。(a)雄性臭蜣螂(b)臭蜣螂腹侧面的几何结构研究表明：土壤洞穴动物体表的几

5、何结构是其在黏湿土壤环境中活动自如的主要原因之一。传统镇压辊和仿生镇压辊的基体所采用的材料基于臭蜣螂腹侧面的几何结构，本文设计肋条型仿为Q235钢，其直径为325mm，宽为200toni。UHMWPE肋条结构通过沉头螺钉固定在镇压辊表生结构，并将它与防粘减阻材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)相集成，应用于滚动触土部件镇压辊面。通过增减配重块来调节镇压辊的质量。上。采用正交试验方案在室内土槽进行试验，考察2土槽试验于基含水率为20％时，肋条结构底面宽度、高宽比(肋条高度／肋条底面宽度)、轮子载荷和面积比(肋2．1试验准备和试验方法条结构在柱

6、面上投影面积之和与镇压辊表面积之试验在吉林大学工程仿生教育部重点实验室室收稿日期：2013—11—02修回日期：2013—11—21国家自然科学基金资助项目(51075185)和吉林大学研究生创新基金资助项目(20121093、20121096)作者简介：佟金，教授，博士生导师，主要从事农业工程仿生理论与技术和仿生摩擦学研究，E—mail：jtong@jlu．edu．cn农业机械学报表3正交试验结果方差分析Tab．3Varianceanalysisoforthogonaltestresults21584．62107923l5O．270．Ol

7、B12798．4463992229．8100lC43024．522l512．26lOO．2OO．01牵引阻力，)10742．065371．03O01误差3864．5l214．70总和92014．16土壤量和牵引阻力最小。镇压辊粘附土壤量相差不大，而当高宽比为0．7面积比也是影响镇压辊粘附土壤量的主要因时镇压辊粘附土壤量最大，这是因为高宽比取值素。从试验结果的综合分析来看，面积比不是越小太大会使得土壤卡在两肋条之间。在本试验中，越好，也不是越大越好，面积比为50％时镇压辊具高宽比为0．5时镇压辊粘附土壤量最小；而高宽有最佳的减粘效果。面积比对

8、镇压辊牵引阻力而言比在试验范围内取值最小时，镇压辊的牵引阻力是影响最小的因素，镇压辊的牵引阻力随着面积比最小。的增大而减小的。根据极差分析和方差分析的结果，通过综合平相对于肋条宽