基于外部形态仿生技术的沙柳平茬锯片设计与仿真

摘要

沙柳作为我国西北地区主要防风固沙树种，其机械化平茬更新对生态环境保护和社会经济发展具有重要意义。为解决沙柳平茬过程中锯片易磨损、动力消耗大和茬口烧伤撕裂等问题，基于外部形态仿生技术设计了一种新型仿生圆锯片。通过分析河狸上门齿的生物学特性，确定将其作为仿生设计的理想对象，采用图像处理技术提取了河狸上门齿的精确轮廓曲线，并进行了定量分析，在此基础上，基于有限元法构建了沙柳平茬的仿真模型。仿真结果表明，与折背齿锯片相比，仿生圆锯片平均切向力降低14.28%、平均径向力降低22%、轴向力作用时间缩短且切削动能降低21.43%。通过锯切试验对比验证了仿生圆锯片能够提升切削性能。仿河狸上门齿圆锯片可以改善锯齿受力状态，减少沙柳对锯齿的压力并提高能效，为改善沙柳平茬圆锯片切削性能提供了新的设计思路，能够提高沙柳平茬的工作效率，对生态环境保护具有积极意义。

关键词

仿生技术 / 圆锯片 / 特征曲线分析 / 切削过程仿真