微耕机旋耕刀片耐磨仿生几何结构表面

Using bionic principle to solve practical engineering problems has become a major advancement in the developments of science and technology. The researches and applications of modern bionics have permeated almost all fields of industrial and agricultural production. Heavy wear has become one of the main technical problems which have not been solved well in the field of agricultural machinery, especially for rotary blade of mini-tiller, a typical agricultural soil-working part that has big working resistance, high energy consumption, rotary blade badly wear and short life..Based on the bionic concept, exploring improve the wear resistant of mini-tiller rotary blade in the terms of surface geometrical structure, a new method of wear resistance design that agricultural machinery soil-cutting part will be established by learning the abrasive wear behavior characteristics of aquatic mollusk shell surface. According to conservation tillage demand for mini-tiller with low energy consumption and high wear resisting performances rotary blade, breakthrough in purely material ways, the wear resistance of rotary blade will be significantly improved through the using of bionic technological innovation on surface geometrical structure. And the characteristic rule and effect mechanism of wear resistance of rotary blade with biomimetic geometrical structure surfaces will be revealed under the effect of soil. In order to improve the level of agricultural mechanization in our country, and promote the development of the whole agricultural mechanization in southwest region, solving one of the key problems in agricultural machinery.

运用仿生学原理解决工程实际问题已经成为当今世界科学技术发展的一大进步。现代仿生学的研究与应用几乎已经渗透到工农业生产的各个领域。磨损严重一直是农业耕作机械多年来未能很好解决的一大技术难题，特别对于典型微耕机触土工作部件旋耕刀，其作业特点是工作阻力大，能耗高，旋耕刀片的土壤磨损严重，使用寿命短。.本研究基于仿生学理念，学习水生软体动物壳体表面的磨料磨损行为特征，从表面几何结构的角度探索提高微耕机旋耕刀片耐磨性能，建立农业机械土壤切削部件耐磨设计新方法；根据保护性耕作对微耕机低能耗高耐磨性能旋耕刀片的需求，突破从纯材料的角度提高其耐磨性能的思路，通过采用耐磨几何结构表面的仿生技术创新，实现微耕机旋耕刀片耐磨性能的明显提高，并揭示土壤作用下旋耕刀片仿生几何结构表面耐磨特征规律及效应机理，为我国农业机械化水平的提高，为西南地区全程农业机械化的推进，解决农业机械中的一项关键问题。

基于工程仿生原理，学习水生软体动物壳体表面的磨料磨损行为特征，从表面几何结构的角度来探索提高旋耕刀耐磨性能的设计方法，突破从纯材料的角度来提高其耐磨性能的思路，采用耐磨几何结构表面的仿生技术创新，实现旋耕刀耐磨性能的显著提高，解决土壤耕作机械触土工作部件磨损严重的技术难题，提高其使用寿命和工作效率。.主要研究内容包括水生软体动物壳体表面生物几何结构量化特征；水生软体动物壳体表面的磨料磨损行为研究；耐磨仿生结构表面的仿生设计与试验研究；旋耕刀耐磨仿生结构表面的模拟优化分析；旋耕刀耐磨仿生结构表面的试验研究。基础研究中，获得了栉孔扇贝壳体横截面轮廓特征点及拟合曲线，建立了栉孔扇贝壳体横截面轮廓特征的数学模型，并确定了仿生棱条的横断面轮廓曲线方程；通过具有仿生棱条型几何结构试验样件的土壤磨料磨损试验研究与分析，揭示了土壤作用下仿生棱条型几何结构表面耐磨特征规律及效应机理；通过具有较优耐磨性能的仿生棱条结构表面的旋耕刀的试验研究与分析，揭示了土壤作用下旋耕刀耐磨仿生棱条结构表面的综合效应。由于仿生结构表面的存在，改变了土壤磨料在旋耕刀表面的运动状态，使得磨料颗粒的运动方式由原来的纯滑动作用方式改变为滑动和滚动复合作用方式，大大减弱了磨料对旋耕刀表面的磨损，提高了其使用寿命和工作效率，为我国农业生产机械化水平的提升，推进西南丘陵山区全程农业机械化的发展提供基础。.项目研究过程中，获得重庆市基础科学与前沿技术研究专项1项，中央高校基本科研业务费重点项目2项，工程仿生教育部重点实验室开放基金项目1项，西南大学教育教学改革研究项目1项。发表学术论文7篇，其中SCI收录1篇，EI收录3篇(其中1篇已录用)，授权中国发明专利4项，授权实用新型专利1项。培养了一批具有扎实基础理论与专业知识，较强实践能力和创新意识的农业机械化工程研究专业技术队伍，为我国现代农业及农机装备的技术研究打下了坚实的基础。