仿生布利岡結構農機耐磨觸土部件設計與試驗

【摘要】：針對農機觸土部件易磨損失效這一難題，該研究設計了一種仿生布利岡結構件，并對其磨損特性進行評價，進一步探索耐磨機理。以布利岡結構的結構單元直徑、層間螺旋角度、層間重疊間距3個因素設為自變量，以磨損量為響應值，在EDEM中進行仿真磨損試驗，根據自變量與響應值之間的關系，優化布利岡結構的組成參數，得到最優的組成參數為：結構單元直徑1.0mm、層間螺旋角度16°、層間重疊間距0.13mm，在此參數下經仿真磨損試驗得到布利岡結構件的磨損量為2.13×10~(-6)g。對光滑件、單層棱紋件、布利岡結構件的耐磨效果，進行仿真磨損對比試驗，結果表明，布利岡結構件較單層棱紋件磨損量減少了90.6%，較光滑件減少了92.2%。運用離散元法（digital elevation model, DEM）與有限單元法（finite element method, FEM）聯合仿真，得到樣件內部形變和應變，光滑件、單層棱紋件、布利岡結構件的平均變形量分別為1.62×10~(-9)、7.97×10~(-9)和1.82×10~(-8) mm；平均等效應力為1.16×10~(-6)、6.36×10~(-6)和1.01×10~(-5) MPa。布利岡結構件內部形變和所受應力較大，這一變化有助于吸收顆粒沖擊能量，減小磨損。利用光固化打印技術加工樣件，利用旋轉式試驗機和掃描電子顯微鏡分析3種樣件的耐磨性能，結果表明，布利岡結構件的磨損量最小為0.12 g，且標準差最小，為0.012，耐磨性能較為穩定。研究結果可為農機具觸土部件的耐磨增效提供設計依據和理論基礎。