仿生幾何結構表面的阻焊劑對土壤的吸附力

仿生幾何結構表面的阻焊劑對土壤的吸附力

對降低土壤粘連力的影響土壤粘附力一直是農(nóng)業(yè)工程領域的難題。特別是在研究農(nóng)業(yè)工具對地面機械的接觸結構時，應進一步減少土壤覆蓋力對機器的影響。云南紅壤土粘性強，對于降低紅壤土粘附力的研究在云南地區(qū)具有深遠的研究意義。仿生學的研究將新的設計思想、工作原理和系統(tǒng)構成應用于工程技術的研究和發(fā)展上1微觀結構的確定仿生幾何結構為從克氏原螯蝦螯部表面提取的微觀結構，采用3D打印成型方式使產(chǎn)品加工的精度得到了保證。本研究采用聚乳酸（PLA）材料，較強的拉伸性能和沖擊強度方面性能顯著2試驗、研究和方法2.1內(nèi)聯(lián)力測試樣本的配置和平臺建設2.1.1試驗中吸附力的制備試驗樣件以克氏原螯蝦螯部2.1.2系統(tǒng)內(nèi)粘連力的觀察和判斷本試驗的測試平臺在伺服萬能機的基礎上，通過與電腦相連接，在SuperTest試驗機控制系統(tǒng)上觀察粘附力的變化情況。本試驗通過分析機具觸土部件與土壤脫附過程中粘附力受力情況，判斷得到粘附力主要集中在機具觸土部件的表面。在設計試驗夾具的過程中，在下端設置了放置了土槽的試驗臺，以及小土槽，土槽中的土壤可以更換，以滿足對不同土壤條件下表面粘附力的測試研究。2.2土壤含水率的測定試驗土壤選用云南紅壤土，該土壤具有粘附力強的特點，本試驗收集的土壤為耕作后的試驗田地表土壤。為保證土壤的一致性，用直徑為1mm的篩子篩出顆粒小于等于1mm的土壤顆粒與水分的配比按照1:5的配比進行添加，加水后，放置24小時，待水分完全浸入土壤后，測量試樣土壤的含水率。本試驗選用單一數(shù)值的含水率，測定含水率的方法為烘干法。首先是取得試驗鋁盒，稱重記為W式中W指土壤含水率（%）；WWW3試驗方案及安裝本文選用的土壤含水率為18.11%。首先，將顆粒直徑尺寸為1mm的土壤添加到小土槽中，深度為70mm，然后按照土壤與顆粒的配比添加水，添加過程中盡量保證土壤表面平整，如不平整用刮板刮平，用保鮮袋或者保鮮膜密封，放置24h后，作為試驗土壤樣本。試驗開始時將測試試驗平臺與電腦相連，在SuperTest控制系統(tǒng)中設置試驗參數(shù)。設計兩種試驗方案，分別是鏟尖下降試驗方案和鏟尖上升試驗方案。鏟尖下降試驗方案中，鏟尖厚度為5mm，在設置鏟尖下降深度時，設置為5.5mm，以保證鏟尖完全進入土壤中，材料形狀選用板材，試驗速度選用10mm/min，其他數(shù)據(jù)選用默認設置。在鏟尖上升試驗方案中，鏟尖上升設置為6mm，保證了鏟尖能夠完全脫附土壤。測試方案設計完成后，完成裝夾，進行調(diào)零設置。對試驗系統(tǒng)調(diào)零設置后，開始試驗，試驗選擇四種表面鏟尖，分別進行五次下降試驗和五次上升試驗。根據(jù)五次試驗受力的平均值，分析在上升試驗過程中鏟尖脫附土壤的粘附力大小，從而判斷仿生凸包幾何結構對于鏟尖粘附力的影響。根據(jù)試驗受力結果可知，鏟尖下壓過程中，受力變化呈正比例變化，上升過程中，土壤在不斷脫附土壤的過程中受力逐漸增大，鏟尖開始脫離土壤后受力達到峰值，當鏟尖逐漸脫離土壤后，鏟尖受到的粘附力逐漸降低，直到完全脫離土壤后會趨于穩(wěn)定，因此鏟尖受到的粘附力公式為：F=F式中：F代表鏟尖脫離土壤的粘附力；Ff4結果與分析4.1單因素方差分析通過試驗方案設計的下降試樣方案，進行了五組下降試驗，記錄五次下降試驗過程中鏟尖受到的最大力，對五次下降過程受到的最大力求平均值，記為F對下降和上升過程中，鏟尖受力進行單因素方差分析，分析不同鏟尖下壓過程中鏟尖表面結構對于下壓和上升過程中與土壤作用受力的影響。當α=0.05時，F(xiàn)(3,16)=3.24，鏟尖下降過程中，F(xiàn)=2.78<F(3,16)=3.24，因此在鏟尖下降過程中，鏟尖表面幾何結構的改變對鏟尖受力影響不顯著；當鏟尖上升過程中，F(xiàn)=3.35>F(3,16)=3.24，在鏟尖上升過程中，鏟尖表面幾何結構的改變，對于鏟尖脫附土壤過程中受力的影響顯著。通過單因素方差分析，改變鏟尖表面幾何結構，對鏟尖脫附土壤過程中受力具有顯著的影響。4.2．實際機構設計空間結構尺寸的影響根據(jù)鏟尖脫附土壤后鏟尖力值的變化，計算出鏟尖所受到粘附力，通過表1根據(jù)受力分析粘附力變化，可以觀察出鏟尖在五次試驗中所受到的粘附力平均值的變化情況，3號鏟尖受到的粘附力的平均值最小，其次是2號鏟尖，4號鏟尖的粘附力大于1號鏟尖，反映了仿生幾何結構脫附土壤的能力在尺寸結構設計時，凸包結構尺寸較大，反而對鏟尖脫附土壤的受力效果影響較小。可以初步分析，凸包結構尺寸越小，鏟尖表面脫附土壤時受到的粘附力就越小。判斷，在凸包尺寸為表面具有底部直徑為12mm，凸包高度為1.8mm的中凸包時，鏟尖脫附土壤時受到的粘附力最小。5仿生凸包幾何結構對減粘效果的影響本試驗