CN1170991C - 仿生表面电渗透脱附结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型的仿生表面电渗脱附结构，属于表面改性技术，涉及机械、电子电工、材料、化学、工程仿生学等领域。它是克服了现有工作部件表面电渗脱附存在的不足，根据工程仿生学原理而发明的。其特点在于将正负电极布置在同一工作部件表面上，正负电极板即为工作部件表面，正电极板(1)为多个单元体固定分布在负电极板(2)的表面上，正电极板(1)和负电极板(2)之间由绝缘体(3)隔开，在固定的正负电极板面积比条件下，正电极板(1)可分散分布在负电极板(2)上。正电极板(1)可以为凸胞形状，正负电极板面积比在0.01～0.2之间。 正电极板(1)和负电极板(2)可以均为条形状，正负电极板面积比在1～0.2之间。
Description
技术领域：本发明属于表面改性技术，涉及机械、电子电工、材料、化学、工程仿生学等领域。
背景技术：松散粘湿物料对工作部件表面的粘附是一种普遍存在的现象。在农业、煤碳、电力、冶金、粮食以及水泥等行业都不同程度地存在松散物料的粘附问题，影响了作业质量和生产效率。其中以土壤对触土部件的粘附最为严重，也最具有代表性。
国内外学者已从不同角度在减少土壤粘附降低土壤阻力方面，进行了理论和试验研，也开发了许多减粘降阻的实用方法和技术。理论研究表明，土壤与固体材料之间的水膜对土壤的粘附行为起着决定性的作用，当这层水膜较厚时，土壤的粘附力减小。因此，如果能采用某种结构使土壤与固体材料之间的水膜厚度加大，必然能够使土壤对固体材料的粘附力降低，当降低到小于土壤内聚力时，就达到了脱附减阻的效果。
电渗技术恰恰具有这种特性，它可以利用电场力的作用使土壤中的水合阳离子向电场负极方向移动，无需来自外界的水即可使界面水膜厚度增加，起到减粘脱附的作用。
现有电渗技术在应用时，正极与负极都是分离布置的，即将工作部件表面作负极，另设一部件作正极，这种方式称为分离式电渗。由于正负极分离布置，两者相距远，电场强度弱，常常需要100V甚至300V的电渗电压，才能取得较好的电渗效果，因此这种电渗方式电能消耗大，安全性差。
技术内容：本发明的目的在于克服现有工作部件表面电渗脱附结构存在的不足，根据工程仿生学原理，提供一种新型的仿生表面电渗脱附结构。
随着科学与技术的发展，仿生学已为越来越多的领域所重视和应用，如早期飞机的结构就是模仿鸟类和昆虫，红外线探测器的研究是受到了响尾蛇的启发，声纳的出现则是受到海豚本能的启示等等。自然界中生物体表组织经过亿万年的进化优化，具有非常独特的结构和性能。现以蚯蚓为例研究土壤动物体表生物电的电渗减粘脱土机理。蚯蚓生活在粘性潮湿的土壤中，在农业耕地里，蚯蚓大多数都活动在地下25cm之内的表层土中，这层土壤的湿度往往是在塑限与液限之间，对农机具触土表面的粘附最为严重，而蚯蚓体表却能不发生明显的粘附作用。
对蚯蚓体表生物电的研究表明，蚯蚓在运动过程中，体表各部位存在着毫伏级的电位差，且体表电位均呈负电性。
蚯蚓在土壤中运动，是靠前端各环节的纵肌伸长和环肌收缩向前移动的，因此，各环节肌体表面必然受到周围土壤不同程度的接触、挤压和摩擦等各种刺激，在体表相应部位产生不同大小的动作电位，相对那些固定的并未受到刺激的各环节肌体的体表电位呈负电性。
蚯蚓体表各环肌体表面存在的电位差，必将在周围土壤内形成生物电场。生物电场的存在必然对土壤起到电渗作用，迫使肌体周围土壤内的水合阳离子向先运动的各环肌体表面移动，从而在肌体表面形成一层有利于减粘脱附的水膜。
蚯蚓体表的电渗作用方式与以往减粘降阻及脱附的电渗技术不同。其体表电渗的特点是，正负极在肌体表面同时存在，其电位幅值虽然只有毫伏级，却有明显的效果。这种正负极在同一表面的电渗我们称为表面电渗。
本发明的目的是这样实现的，结合附图说明如下：仿生表面电渗脱附结构，是将正负电极布置在同一工作部件表面上，正负电极板即为工作部件表面，正电极板1为多个单元体固定分布在负电极板2的表面上，正电极板1和负电极板2之间由绝缘体3隔开，在固定的正负电极板面积比条件下，正电极板1可分散分布在负电极板2上。
正电极板1可以为凸包形状，正负电极板面积比在0.01～0.2之间。
正电极板1和负电极板2可以均为条形状，正负电极板面积比在1～0.2之间。
本发明具有以下优点：本发明和传统电渗技术相比，由于是仿土壤动物体表的电渗特征，把正负电极布置在同一工作部件表面上，大大缩短了极距。其电渗电流为直流电，电压在12～24V。采用制造工艺简单、操作简便、性能可靠、成本低廉的表面技术，制造出低压高效可靠减粘脱附表面电渗部件。
附图说明：
图1是表面电渗结构主视图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1的A-A向局部剖面图；
图中：1.正极2.负极3.绝缘体
具体实施方式：参阅图1：正极为凸包形式。通过改变正极极板面积分布的集中或分散程度影响电渗效应，在固定的正负极面积比条件下，极板的分散分布更有利于电渗减粘。正负极面积比在0.01～0.2之间，效果最佳。参阅图2：此种形式的表面电渗法正、负极为条形状，比例与分布形式可灵活布置，正负极面积比在1～0.2之间，效果最佳。
实施例1：采用图1的结构时，当正负极面积比为1/9时，电渗电压12V，电渗铲斗可降低推土阻力15％以上。
实施例2：采用图2的结构时，当正负极面积比为0.08-0.01，电渗电压12V，电渗轮脚的牵引力平均增大12％左右；驱动效率平均增加7％左右。
实施例3：采用图2的结构时，对粗煤试样减粘效果接近100％，对粘重的细煤试样，减粘效果可达83.7％，电压为24伏；而用于降低煤与金属间切向摩擦阻力时，其降阻效果最佳的正负极面积比为λ＝1∶2，减阻8.7％，电压为24伏。
Claims (3)
1.仿生表面电渗脱附结构，其特征在于将正负电极布置在同一工作部件表面上，正负电极板即为工作部件表面，正电极板(1)为多个单元体固定分布在负电极板(2)的表面上，正电极板(1)和负电极板(2)之间由绝缘体(3)隔开，在固定的正负电极板面积比条件下，正电极板(1)可分散分布在负电极板(2)上。
2.根据权利要求1所述的仿生表面电渗脱附结构，其特征在于正电极板(1)可以为凸包形状，正负电极板面积比在0.01～0.2之间。
3.根据权利要求1所述的仿生表面电渗脱附结构，其特征在于正电极板(1)和负电极板(2)可以均为条形状，正负电极板面积比在1～0.2之间。
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