本發(fā)明涉及農(nóng)用機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域一種拖拉機(jī)的排氣尾管，特別涉及一種用于拖拉機(jī)的復(fù)合仿生織構(gòu)排氣尾管。

背景技術(shù)：

隨著我國對農(nóng)業(yè)發(fā)展的重視，人們對農(nóng)業(yè)作業(yè)車輛的需求日益增加，農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及在減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)作業(yè)的同時也帶來了噪聲環(huán)保問題。拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的重要組成部分之一，其噪聲在農(nóng)業(yè)噪聲中所占比例較大，這與它在農(nóng)業(yè)用途的廣泛性有直接的關(guān)系。拖拉機(jī)多應(yīng)用于農(nóng)業(yè)耕作、灌溉、收割和運(yùn)輸，但由于拖拉機(jī)在運(yùn)作時噪聲源比較多，噪聲問題一直未能很好地解決，噪聲污染日益加劇，嚴(yán)重危害人們的身心健康，已成為一種公害。

拖拉機(jī)排氣系統(tǒng)的噪聲在整個發(fā)動機(jī)噪聲中所占比例最大，在處理排氣系統(tǒng)噪聲問題上，一般采用對凸輪傳動結(jié)構(gòu)和活塞結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、消聲器、增設(shè)密封性更好的駕駛室等措施。目前降噪措施更多的是針對于消聲器的研究，忽略了排氣尾管對排氣噪聲的影響。

通過對排氣尾管設(shè)計進(jìn)行降噪研究的實(shí)例比較少，因此研究排氣尾管的設(shè)計對噪聲的影響是一個新的拓展領(lǐng)域。仿生學(xué)的發(fā)展給很多難以攻克的問題帶來了新的解決視角，本發(fā)明從仿生學(xué)角度出發(fā)，將仿生學(xué)與機(jī)械工程學(xué)相結(jié)合，設(shè)計出具有降噪功能的正弦與三角形復(fù)合仿生織構(gòu)的排氣尾管，既滿足了性能要求有達(dá)到了降噪目的，對開發(fā)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化仿生技術(shù)與仿生裝備研究意義極其重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在保證拖拉機(jī)一切性能不變的前提下，通過仿生技術(shù)對拖拉機(jī)排氣尾管內(nèi)壁進(jìn)行正弦與三角形復(fù)合仿生織構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)排氣噪聲的降低。

拖拉機(jī)的排氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、消音器和排氣尾管，本發(fā)明是對排氣管的改進(jìn)，將排氣管改進(jìn)為仿生排氣尾管，氣體經(jīng)過進(jìn)氣管、消音器最終通過仿生排氣尾管進(jìn)入大氣。仿生排氣尾管在消聲器的后面，仿生排氣尾管與消聲器焊接在一起，避免了通過螺栓連接出現(xiàn)間隙，造成氣體泄漏從而發(fā)生刺耳噪聲的情況。

本發(fā)明的仿生排氣尾管是由外管壁、內(nèi)管壁和內(nèi)部凸體構(gòu)成，內(nèi)部凸體焊接在內(nèi)管壁上，內(nèi)部凸體是正弦織構(gòu)和三角形織構(gòu)交叉均勻分布組成的復(fù)合仿生織構(gòu)。

所述正弦仿生織構(gòu)的曲線符合下列公式：

其中r為一周曲線的半徑；t表示一個自變量參數(shù)；h為曲線的峰值；t為曲線在內(nèi)壁仿生結(jié)構(gòu)的周期；x，y，zt分別表示曲線在x，y，z軸的坐標(biāo)值，z0表示該曲線與x,y坐標(biāo)軸的距離。

相鄰正弦仿生織構(gòu)和三角形仿生織構(gòu)之間的中心間距為36cm。

所述的外管壁直徑為47mm，內(nèi)管壁直徑為44mm，正弦織構(gòu)和三角形織構(gòu)的高度均為1.5mm。

本發(fā)明的正弦織構(gòu)是由根據(jù)蒼鷹翅膀末端排列呈鋸齒形狀設(shè)計，因為考慮到尖角處承受的壓力脈動相對會比較大，因此將尖角圓角化；三角形織構(gòu)根據(jù)蒼鷹在高空中捕獲食物時，翅膀向后收，頭部往前伸，頭部和身體組成一個類似于三角形的形狀，這樣有助于減小空氣阻力，降低噪聲，以此為參考設(shè)計出三角形織構(gòu)。

本發(fā)明的工作過程和原理：

流體經(jīng)過消聲器進(jìn)入仿生排氣尾管，流體首先經(jīng)過正弦織構(gòu)，其次為三角形織構(gòu)，然后交替流經(jīng)。流體在流經(jīng)復(fù)合仿生織構(gòu)時，由于復(fù)合仿生織構(gòu)高度變化導(dǎo)致流體速度方向發(fā)生改變，更加有效的阻礙流體速度，兩種織構(gòu)的混合擾亂了排氣尾管中流體的流動方向，減小旋渦脫落頻率和控制了流體波動，使其能量加劇消耗，由于織構(gòu)高度或形狀的變化流體在流經(jīng)時會形成半渦流形狀，改變流體原有的傳播途徑，與部分流體起到相抵消的作用，從而使排氣噪聲降低。

本發(fā)明的降噪原理：

復(fù)合仿生織構(gòu)的設(shè)計是將兩個都具有降噪功能的元素特征與排氣尾管的內(nèi)壁有機(jī)結(jié)合，達(dá)到降噪最大化。正弦織構(gòu)的設(shè)計打破了管壁表面氣流所產(chǎn)生的沖擊阻力，將流體產(chǎn)生的尾隨渦分割、離散成若干小渦，從而獲得渦量黏性耗散，減小由尾隨渦引起的氣動噪聲；三角形織構(gòu)的寬度在流體流動方向上逐漸增加，流體沿著織構(gòu)邊緣順暢向后流動，對速度降低起到緩沖作用。兩種織構(gòu)的復(fù)合有效的擾亂了流體流動方向，消耗流體能量，實(shí)現(xiàn)降噪。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明是在不改變拖拉機(jī)任何內(nèi)部構(gòu)造的前提下進(jìn)行的，保持了拖拉機(jī)原有的性能；

2、本發(fā)明是在排氣尾管內(nèi)壁上進(jìn)行仿生改形，實(shí)施簡單，可以實(shí)現(xiàn)既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的降噪；

3、本發(fā)明采用了正弦和三角形復(fù)合仿生織構(gòu)，分別根據(jù)蒼鷹翅膀末端排列結(jié)構(gòu)和蒼鷹在高空中捕獲食物時，頭部和身體組成一個類似于三角形的形狀所設(shè)計的，當(dāng)流體流經(jīng)復(fù)合織構(gòu)時，復(fù)合織構(gòu)對流體傳播途徑進(jìn)行了多次改變，有效的消耗更多的流體能量。

4、由于織構(gòu)的不同，管道中流體流動方向變化較大，會形成反向流動的半渦流，阻礙原有流體的流動方向，速度得到降低，最終降低噪聲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在拖拉機(jī)排氣系統(tǒng)中位置的主視圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖3為本發(fā)明的剖視圖。

圖4為圖3中a處的復(fù)合仿生織構(gòu)放大示意圖。

圖5為本發(fā)明的正弦織構(gòu)局部放大示意圖。

圖6為本發(fā)明的三角形織構(gòu)局部放大示意圖。

具體實(shí)施過程

參閱圖1所示，拖拉機(jī)的排氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管7、消音器2和排氣尾管，本發(fā)明是對排氣管的改進(jìn)，將排氣管改進(jìn)為仿生排氣尾管1，氣體經(jīng)過進(jìn)氣管7、消音器2最終通過仿生排氣尾管1進(jìn)入大氣。仿生排氣尾管1在消聲器2的后面，仿生排氣尾管1與消聲器2焊接在一起，避免了通過螺栓連接出現(xiàn)間隙，造成氣體泄漏從而發(fā)生刺耳噪聲的情況。

參閱圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本實(shí)施例的仿生排氣尾管1是由外管壁11、內(nèi)管壁12和內(nèi)部凸體構(gòu)成，內(nèi)部凸體焊接在內(nèi)管壁12上，內(nèi)部凸體是正弦織構(gòu)13和三角形織構(gòu)14交叉均勻分布組成的復(fù)合仿生織構(gòu)。

所述正弦仿生織構(gòu)13的曲線符合下列公式：

其中r為一周曲線的半徑；t表示一個自變量參數(shù)；h為曲線的峰值；t為曲線在內(nèi)壁仿生結(jié)構(gòu)的周期；x，y，zt分別表示曲線在x，y，z軸的坐標(biāo)值，z0表示該曲線與x,y坐標(biāo)軸的距離。

相鄰正弦仿生織構(gòu)13和三角形仿生織構(gòu)14之間的中心間距為36cm。

參閱圖2、圖3所示，所述的外管壁11直徑為47mm，內(nèi)管壁12直徑為44mm，正弦織構(gòu)13和三角形織構(gòu)14的高度均為1.5mm。

本實(shí)施例的正弦織構(gòu)13是由根據(jù)蒼鷹翅膀末端排列呈鋸齒形狀設(shè)計，因為考慮到尖角處承受的壓力脈動相對會比較大，因此將尖角圓角化；三角形織構(gòu)14根據(jù)蒼鷹在高空中捕獲食物時，翅膀向后收，頭部往前伸，頭部和身體組成一個類似于三角形的形狀，這樣有助于減小空氣阻力，降低噪聲，以此為參考設(shè)計出三角形織構(gòu)。

本實(shí)施例的工作過程和原理：

流體經(jīng)過消聲器2進(jìn)入仿生排氣尾管1，流體首先經(jīng)過正弦織構(gòu)13，其次為三角形織構(gòu)14，然后交替流經(jīng)。流體在流經(jīng)復(fù)合仿生織構(gòu)時，由于復(fù)合仿生織構(gòu)高度變化導(dǎo)致流體速度方向發(fā)生改變，更加有效的阻礙流體速度，兩種織構(gòu)的混合擾亂了排氣尾管1中流體的流動方向，減小旋渦脫落頻率和控制了流體波動，使其能量加劇消耗，由于織構(gòu)高度或形狀的變化流體在流經(jīng)時會形成半渦流形狀，改變流體原有的傳播途徑，與部分流體起到相抵消的作用，從而使排氣噪聲降低。

本實(shí)施例的降噪原理：

復(fù)合仿生織構(gòu)的設(shè)計是將兩個都具有降噪功能的元素特征與排氣尾管的內(nèi)壁有機(jī)結(jié)合，達(dá)到降噪最大化。正弦織構(gòu)的設(shè)計打破了管壁表面氣流所產(chǎn)生的沖擊阻力，將流體產(chǎn)生的尾隨渦分割、離散成若干小渦，從而獲得渦量黏性耗散，減小由尾隨渦引起的氣動噪聲；三角形織構(gòu)的寬度在流體流動方向上逐漸增加，流體沿著織構(gòu)邊緣順暢向后流動，對速度降低起到緩沖作用。兩種織構(gòu)的復(fù)合有效的擾亂了流體流動方向，消耗流體能量，實(shí)現(xiàn)降噪。