專利名稱：仿生減粘脫附非光滑表面部件的制作方法
仿生減粘脫附非光滑表面部件屬于以粘性物料為工作對(duì)象和工作介質(zhì)的機(jī)具部件。涉及機(jī)械、材料、化學(xué)、生物等學(xué)科。
理想的減粘脫附機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐磨耐蝕、加工容易、成本低廉、工作可靠、通用性強(qiáng)，在不影響正常作業(yè)情況下最好與作業(yè)裝置同步自動(dòng)完成脫附，無(wú)需另增加操縱和動(dòng)力，能耗小、效率高、脫附效果明顯。目前在工程上雖采用振打、刮除、充氣、充液、覆貼高分子材料、電滲等方法可取得一定效果，但尚未能完全滿足上述要求?，F(xiàn)有的減粘脫附技術(shù)只是特定部件在特定條件下使用某種方法時(shí)方顯示出其減粘脫附的效果，且能耗大，工作可靠性低，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，缺乏通用性。
本發(fā)明的目的是解決土壤等具有一定粘性的粘濕物料在加工、輸送、儲(chǔ)運(yùn)等過(guò)程中與機(jī)具的粘附給相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)作帶來(lái)嚴(yán)重的不利影響，為重點(diǎn)解決土壤粘附的危害問(wèn)題，提供一種仿生減粘脫附非光滑表面部件。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合


如下本發(fā)明提供的仿生減粘脫附非光滑表面部件，按仿生學(xué)原理在部件表面規(guī)律地分布具有一定幾何形狀(如球冠形)的結(jié)構(gòu)單元體，使運(yùn)動(dòng)的粘濕物料(如土壤、煤粉、糧食等具有一定粘性的物料)前緣改變方向而有利于減小切向粘附力，產(chǎn)生法向分力，形成微振動(dòng)，并使粘附界面水膜呈不連續(xù)分布，從而起到減粘脫附的作用。具體解決方案是仿生減粘脫附非光滑表面部件是由非光滑表面與基體組成，非光滑表面是由隨機(jī)分布在光滑表面上的多個(gè)單元體組成，單元體球冠的幾何形狀、數(shù)量和分布為a)單元體球冠的高度 其余當(dāng)(a、b)與(x、y)重疊時(shí)，上式可簡(jiǎn)化成Z＝R-Rcosθ式中Z—單元體球冠高度，取值可在1mm～4mm；a，b—單元體球冠底圓在x，y平面上的座標(biāo)；R—單元體球冠半徑，R＝d/2sinθ；θ—單元體球冠球心角，取值可在20°～40°；d—單元體球冠底圓名義設(shè)計(jì)直徑，取值可在1mm～40mm。
b)單元體球冠數(shù)量 式中k—比例系數(shù)；d0—參比直徑，取值可在3.5～4.0；Ld—等效長(zhǎng)度；
Lx，Ly—實(shí)際部件或產(chǎn)品的長(zhǎng)度和寬度；Na—單元體球冠數(shù)量；k1，k2—為常數(shù)，k1＝0.213～0.268，k2＝0.129～0.181。
c)單元體球冠分布單元體球冠分布位置服從規(guī)則或均勻分布，若為以平行四邊形分布，則各單元體球冠必須滿足a，b在以Lx，Ly為邊的長(zhǎng)方形內(nèi)條件(ai+aj)2+(bi+bj)2>d---(3)]]>式中i，j—為任意單元體球冠序號(hào)；ai，bi—為某一單元體在x，y上的位置；aj，bi—為另一單元體在x，y上的位置。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)仿生減粘脫附非光滑表面部件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省能源、與作業(yè)裝置同步動(dòng)作、無(wú)需另外增加操縱和動(dòng)力、減粘脫附效率高等優(yōu)點(diǎn)。例如，利用本發(fā)明制備出的仿生非光滑減粘脫附機(jī)耕犁壁，和傳統(tǒng)機(jī)耕犁壁比較，仿生非光滑減粘降阻犁壁翻垡好，碎土率明顯高于普通光滑犁壁，脫土率達(dá)95％以上，拖拉機(jī)犁耕阻力降低8％～15％，拖拉機(jī)燃油消耗可降低5％～12％。制備的仿生不粘飯勺，盛飯后飯勺表面飯粒脫附率高達(dá)98％。
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容圖1是非光滑犁壁的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是非光滑表面飯勺結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明可用于地面機(jī)械觸土部件的生產(chǎn)，如機(jī)引犁壁，開溝器，鐵鍬等部件生產(chǎn)，也可用于人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中常用的飯勺、花鏟等。
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過(guò)機(jī)加、鍛壓、鑄造、焊接等方法在表面制備出非光滑幾何結(jié)構(gòu)單元體。按本發(fā)明要求，可設(shè)計(jì)出仿生非光滑減粘降阻犁壁。根據(jù)(1)式，假定單元體球冠底園直徑為d＝30mm，球心角取θ＝20°。
(a)單元體球冠高度Z=R2-(x-a)2-(y-a)2-Rcosθ]]>R＝d/2·sinθ＝30/2·sin30°＝48.5436mm令x＝a、y＝b，則Z＝48.5636-46.1677＝2.4mm(b)單元體球冠數(shù)量按實(shí)際要求可根據(jù)(2)式求得d0取3.5，k＝d/d0＝30/3.5＝85.7普通犁壁Lx＝500mm，Ly＝350mm則La=500×350/8.57=45.19]]>Na=(k1+K2Ld)2取k1＝0.213，k2＝0.129則Na＝(0.213＋0.129×45.19)2＝37(個(gè))(c)單元體球冠分布按本發(fā)明要求，若為平行四邊形分布，則任意二個(gè)非光滑幾何單元體球冠間距應(yīng)滿足條件(ai-bj)2+(bi-bj)2>d]]>，也即任二個(gè)非光滑幾何單元體球冠中心點(diǎn)之間距離應(yīng)大于非光滑單元體球冠底圓直徑，否則兩個(gè)點(diǎn)非光滑單元體球冠將重疊。根據(jù)上式設(shè)計(jì)，可繪制非光滑單元體球冠分布，參閱圖1。
例2，仿生非光滑犁壁根據(jù)本發(fā)明要求，取底圓直徑d＝30mm，球心角取θ＝40°，(a)單元體球冠高度按例2計(jì)算方法可計(jì)算出單元體球冠高度Z＝2.6mm(b)單元體球冠數(shù)量根據(jù)(2)式，d0取4.0，k1＝0.268，k2＝0.181按例2計(jì)算方法可計(jì)算出單元體球冠數(shù)量Na＝92個(gè)
(c)單元體球冠分布按本發(fā)明要求，均勻分布，任意二個(gè)非光滑幾何單元體間距應(yīng)滿足條件(ai-bj)2+(bi-bj)2>d]]>，也即任二個(gè)非光滑幾何單元體球冠中心點(diǎn)之間距離應(yīng)大于其直徑。
例3，仿生不粘飯勺仿生不粘飯勺尺寸大小Lx＝90mm，Ly＝70mm，由于所接觸的粘性物料—米飯顆粒較小，因此，d值可取2mm，單元體球冠高度Z取1mm，d0取3.5，k1取0.129，根據(jù)(1)、(2)式和例1計(jì)算方法，可計(jì)算出單元體數(shù)量Na＝330個(gè)。仿生不粘飯勺表面非光滑單元體為平行四邊形分布。
權(quán)利要求
1.仿生減粘脫附非光滑表部件是由非光滑表面與基體組成，其特征在于非光滑表面是由規(guī)則分布在光滑表面上的多個(gè)單元體球冠組成，單元體球冠的幾何形狀、數(shù)量和分布為a)單元體球冠的高度 其余當(dāng)(a、b)與(x、y)重疊時(shí)，上式可簡(jiǎn)化成Z＝R-Rcosθ式中Z—單元體球冠高度，取值為1mm～4mm；a，b—單元體球冠底圓在x，y平面上的座標(biāo)；R—單元體球冠半徑，R＝d/2sinθ；θ—單元體球冠球心角，取值可在20°～40°；d—單元體球冠底圓名義設(shè)計(jì)直徑，取值可在1mm～40mm；b)單元體球冠數(shù)量 式中k—比例系數(shù)；d0—參比直徑，取值可在3.5～4.0；Ld—等效長(zhǎng)度；Lx，Ly—實(shí)際部件或產(chǎn)品的長(zhǎng)度和寬度；Na—單元體球冠數(shù)量；k1，k2—為常數(shù)，k1＝0.213～0.268，k2＝0.129～0.181；c)單元體球冠分布位置服從規(guī)則或均勻分布，各單元體球冠必須滿足a，b在以Lx，Ly為邊的長(zhǎng)方形內(nèi)條件(ai-bj)2+(bi+bj)2>d---(3)]]>式中i，j—為任意單元體球冠序號(hào) ai，bi—為某一單元體在x，y上的位置 aj，bj—為另一單元體在x，y上的位置。
全文摘要
仿生減粘脫附非光滑表面部件屬于以粘性物料為工作對(duì)象和工作介質(zhì)的機(jī)具部件。涉及機(jī)械、材料、化學(xué)、生物等學(xué)科。仿生減粘脫附非光滑表面部件是按仿生學(xué)原理在部件表面規(guī)律地分布具有一定幾何形狀的結(jié)構(gòu)單元體,具體解決方案是:部件是由非光滑表面與基體組成,單元體球冠的幾何形狀、數(shù)量以及分布視部件的工作環(huán)境而定,一般球冠底圓直徑為1mm～40mm,球冠高度為1mm～4mm,具體計(jì)算可由公式確定。
文檔編號(hào)A47J43/28GK1327939SQ00134950
公開日2001年12月26日 申請(qǐng)日期2000年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月24日
發(fā)明者任露泉, 李建橋, 佟金, 邱小名, 陳秉聰, 叢茜 申請(qǐng)人:吉林工業(yè)大學(xué)