蛴螬体表的粘附及摩擦特性研究

发布时间：2020-07-03 11:14

【摘要】：由于一些在土壤之中工作机械,与土壤接触的部件会发生土壤粘附问题,使得生产运转过程中的能耗增加,工作效率降低,严重时导致机械寿命骤减。于是,减少触土部件的土壤粘附力成为了一个急需解决的问题。自然界中一些土壤动物可以在土壤中自由地行动,甚至是土壤黏重的环境下,仍能保持洁净表面。受此启发,相关的科研人员将减小土壤粘附的研究对准了土壤动物。蛴螬是金龟科的幼虫,它长期生活在土壤之中,我们将蛴螬挖掘出来时发现其表面干干净净,基本上没有土壤的粘附。这种在黏湿土壤中的“不沾土”特性引起了我们的关注。在充分检索相关文献之后发现,国内外并无关于蛴螬减粘脱土的研究,本文属于首次研究。本文以蛴螬活体及其体表切片为研究对象,研究了蛴螬减粘脱土的原因。主要进行了蛴螬体表的宏观和微观结构的观察、蛴螬体表硬度的测量、蛴螬表面润湿性的研究,利用拉压力试验机进行了蛴螬体表土壤粘附力的测试试验和验证微电渗试验,运用往复式摩擦试验机进行了蛴螬体表的土壤摩擦力试验。主要结论如下:1、蛴螬体表有着3μm的微凸起结构和100μm长的刚毛,蛴螬体表的刚毛和微观凸起结构具有与运动一致性的特点,蛴螬体表的结构和表面性质对“不沾土”起到一定的作用,粘附力试验证明了蛴螬体表相较于其他的常用材料具有良好的减小土壤粘附的作用。2、蛴螬表皮是一种疏水的表面,接触角可达108?,疏水的表面能够有效减小土壤粘附。3、蛴螬体表的土壤摩擦力具有方向异性,即从头部到尾部方向的摩擦力要小于相反方向,这种方向异性与蛴螬自然状态下的运动具有一致性。4、蛴螬表面不同两点之间的电位在静息状态时只有20m V左右,当受刺激运动后可达80m V。在对蛴螬活性于土壤粘附力测量时发现,活体表面的土壤粘附力要小于切片表面,进一步展开了微电渗试验,测得不锈钢在接通负极、土壤接通正极时,土壤粘附力要小于没有电极的情况,验证了微电渗具有一定减小土壤粘附的作用。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S154.5;TH117.1
【图文】：

土壤粘附,土壤,固体表面,粘附

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论引言壤粘附是黏湿土壤对与土壤接触固体表面产生附着的现象。在与土壤密切接触的土壤粘附现象是普遍存在的。在土壤中工作的机械，其触土部件会出现土壤粘附 1.1）。这种现象会使地面机械行走装置和作业部件遇到工作阻力大的问题，严重作效率、使用寿命和作业质量，增大能量消耗[1, 2]。因此，研究土壤粘附机理与规脱附减阻技术与方法，成为国内外科技工作者致力研究的重大课题。

水分张力,理论模型,土壤粘附

图 1.2 Fountaine 水分张力理论模型[12]子和空气负压理论[12]，认为在固体表面与非接触性的在分子吸引力，但分子间的吸引力只有在它们之间的以显著地促进土壤粘附。如果它们之间的距离远大于可以忽略不计。另外，封闭结构单元内存在的负压也吸引力和负空气压力是土壤粘附橡胶的主要原因。理还有其他学者的相关理论，如钱定华[13]的五层界面论；合力模型理论；张际先[15]的粘附界面的分子模型研究成果，虽然在一定程度上揭示了土壤粘附的力学并且这些因素复杂多变，还缺少有效的方法控制和完题。因此，土壤粘附机理的理论与学说的系统性及其很难做到，土壤粘附理论还有待人们系统深入地研究附的方法

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