CN2490133Y - 仿生减粘脱附非光滑表面部件 - Google Patents

Abstract

仿生减粘脱附非光滑表面部件属于以粘性物料为工作对象和工作介质的机具部件。涉及机械、材料、化学、生物等学科。仿生减粘脱附非光滑表面部件是按仿生学原理在部件表面规律地分布具有一定几何形状的结构单元体,具体解决方案是:部件是由非光滑表面与基体组成,单元体球冠的几何形状、数量以及分布视部件的工作环境而定,一般球冠底圆直径为1mm～40mm,球冠高度为1mm～4mm,具体计算可由公式确定。

Description

仿生减粘脱附非光滑表面部件

仿生减粘脱附非光滑表面部件属于以粘性物料为工作对象和工作介质的机具部件。涉及机械、材料、化学、生物等学科。

理想的减粘脱附机构应结构简单、耐磨耐蚀、加工容易、成本低廉、工作可靠、通用性强，在不影响正常作业情况下最好与作业装置同步自动完成脱附，无需另增加操纵和动力，能耗小、效率高、脱附效果明显。目前在工程上虽采用振打、刮除、充气、充液、覆贴高分子材料、电渗等方法可取得一定效果，但尚未能完全满足上述要求。现有的减粘脱附技术只是特定部件在特定条件下使用某种方法时方显示出其减粘脱附的效果，且能耗大，工作可靠性低，结构比较复杂，缺乏通用性。

本实用新型的目的是解决土壤等具有一定粘性的粘湿物料在加工、输送、储运等过程中与机具的粘附给相应的机械运作带来严重的不利影响，为重点解决土壤粘附的危害问题，提供一种仿生减粘脱附非光滑表面部件。

本实用新型的目的是这样实现的，结合附图说明如下：本实用新型提供的仿生减粘脱附非光滑表面部件，按仿生学原理在部件表面规律地分布具有一定几何形状(如球冠形)的结构单元体，使运动的粘湿物料(如：土壤、煤粉、粮食等具有一定粘性的物料)前缘改变方向而有利于减小切向粘附力，产生法向分力，形成微振动，并使粘附界面水膜呈不连续分布，从而起到减粘脱附的作用。具体解决方案是：

仿生减粘脱附非光滑表面部件是由非光滑表面与基体组成，非光滑表面是由随机分布在光滑表面上的多个单元体组成，单元体球冠的几何形状、数量和分布为：

a)单元体球冠的高度

                                            其余

当(a、b)与(x、y)重叠时，上式可简化成：Z＝R-Rcosθ

式中：

Z—单元体球冠高度，取值可在：1mm～4mm；

a，b—单元体球冠底圆在x，y平面上的座标；

R—单元体球冠半径，R＝d/2sinθ；

θ—单元体球冠球心角，取值可在：20°～40°；

d—单元体球冠底圆名义设计直径，取值可在：1mm～40mm。b)单元体球冠数量

式中：

k—比例系数；

d₀—参比直径，取值可在：3.5～4.0；

L_d—等效长度；

L_x，L_y—实际部件或产品的长度和宽度；

N_a—单元体球冠数量；

k₁，k₂—为常数，k₁＝0.213～0.268，k₂＝0.129～0.181。

c)单元体球冠分布

单元体球冠分布位置服从规则或均匀分布，若为以平行四边形分布，则各单元体球冠必须满足a，b在以L_x，L_y为边的长方形内条件： $\sqrt{{(a_i-b_j)}^2+{(b_i-b_j)}^2}>d---\left(3\right)$

式中：i，j—为任意单元体球冠序号；a_i，b_i—为某一单元体在x，y上的位置；a_i，b_j—为另一单元体在x，y上的位置。

本实用新型具有以下优点：仿生减粘脱附非光滑表面部件具有结构简单、节省能源、与作业装置同步动作、无需另外增加操纵和动力、减粘脱附效率高等优点。例如，利用本实用新型制备出的仿生非光滑减粘脱附机耕犁壁，和传统机耕犁壁比较，仿生非光滑减粘降阻犁壁翻垡好，碎土率明显高于普通光滑犁壁，脱土率达95％以上，拖拉机犁耕阻力降低8％～15％，拖拉机燃油消耗可降低5％～12％。制备的仿生不粘饭勺，盛饭后饭勺表面饭粒脱附率高达98％。

下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容：

图1是非光滑犁壁的结构示意图；

图2是非光滑表面饭勺结构示意图。

本实用新型可用于地面机械触土部件的生产，如机引犁壁，开沟器，铁锹等部件生产，也可用于人们日常生产、生活中常用的饭勺、花铲等。

例1仿生非光滑犁壁仿生非光滑犁壁是在普通犁壁表面通过机加、锻压、铸造、焊接等方法在表面制备出非光滑几何结构单元体。按本实用新型要求，可设计出仿生非光滑减粘降阻犁壁。根据(1)式，假定单元体球冠底园直径为d＝30mm，球心角取θ＝20°。(a)单元体球冠高度： $Z=\sqrt{R^2-{(x-a)}^2-{(y-a)}^2}-R\cos \mathrm{\θ}$ R＝d/2·sinθ＝30/2·sin30°＝48.5436mm令x＝a、y＝b，则Z＝48.5636-46.1677＝2.4mm(b)单元体球冠数量：按实际要求可根据(2)式求得

d₀取3.5，k＝d/d₀＝30/3.5＝85.7

普通犁壁：Lx＝500mm，Ly＝350mm则 $L_d=\sqrt{500\×350}/8.57=45.19$ N_a＝(k₁+K₂L_d)²

取：k₁＝0.213，k₂＝0.129

则N_a＝(0.213+0.129×45.19)²＝37(个)(c)单元体球冠分布：按本实用新型要求，若为平行四边形分布，则任意二个非光滑几何单元体球冠间距应满足条件： ，也即任二个非光滑几何单元体球冠中心点之间距离应大于非光滑单元体球冠底圆直径，否则两个点非光滑单元体球冠将重叠。根据上式设计，可绘制非光滑单元体球冠分布，参阅图1。

例2，仿生非光滑犁壁

根据本实用新型要求，取底圆直径d＝30mm，球心角取θ＝40°，

(a)单元体球冠高度：按例2计算方法可计算出单元体球冠高度Z＝2.6mm

(b)单元体球冠数量：根据(2)式，d₀取4.0，k₁＝0.268，k₂＝0.181

按例2计算方法可计算出单元体球冠数量N_a＝92个

(c)单元体球冠分布：按本实用新型要求，均匀分布，任意二个非光滑几何单元体间距应满足条件：

，也即任二个非光滑几何单元体球冠中心点之间距离应大于其直径。

例3，仿生不粘饭勺

仿生不粘饭勺尺寸大小L_x＝90mm，L_y＝70mm，由于所接触的粘性物料—米饭颗粒较小，因此，d值可取2mm，单元体球冠高度Z取1mm，d₀取3.5，k₁取0.129，根据(1)、(2)式和例1计算方法，可计算出单元体数量N_a＝330个。仿生不粘饭勺表面非光滑单元体为平行四边形分布。

Claims (1)

1、仿生减粘脱附非光滑表部件是由非光滑表面与基体组成，其特征在于非光滑表面是由规则分布在光滑表面上的多个单元体球冠组成，单元体球冠的几何形状、数量和分布为：

a)单元体球冠的高度其余当(a、b)与(x、y)重叠时，上式可简化成：Z＝R-Rcosθ式中：

Z—单元体球冠高度，取值为：1mm～4mm；

a，b-单元体球冠底圆在x，y平面上的座标；

R—单元体球冠半径，R＝d/2sinθ；

θ—单元体球冠球心角，  取值可在：20°～40°；

d—单元体球冠底圆名义设计直径，取值可在：1mm～40mm；b)单元体球冠数量

式中：

k—比例系数；

d₀—参比直径，取值可在3.5～4.0；

L_d—等效长度；

L_x，L_y—实际部件或产品的长度和宽度；

N_a—单元体球冠数量；

k₁，k₂—为常数，k₁＝0.213～0.268，k₂＝0.129～0.181；

c)单元体球冠分布位置服从规则或均匀分布，各单元体球冠必须满足a，b在以L_x，L_y为边的长方形内条件： $\sqrt{{(a_i-b_j)}^2+{(b_i-b_j)}^2}>d---\left(3\right)$

式中：

i，j—为任意单元体球冠序号  a_i，b_i—为某一单元体在x，y上的位置  a_j，b_j—为另一单元体在x，y上的位置。

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