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| 1 | Progress in the bionic study on anti-adhesion and resistance reduction of terrain machines显示文摘The theoretical studies of bionics of machinery have great scientific significance, and the development of bionic machines has large practical values in the field of engineering and technology. Through the rigorous selection process of evolution, the survived living organisms have successfully developed outstanding abilities to adapt to their surroundings and to reproduce their offspring. In this review,we interpreted the fundamental principles of anti-adhesion and anti-resistance of soil animals by reviewing the current status in this research field and summarizing the work of the research group at Jilin University of China in the past decades. The principles and technologies used in morphology bionics,electric-osmosis bionics,flexibility bionics,configuration bionics and coupling bionics were examined.Finally,the applications of the engineering bionics and their extensive prospects were introduced. | REN LuQuanKey Laboratory for Terrain-Machine Bionics Engineering of Ministry of Education, School for Biology and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China | 2009 | Science China(Technological Sciences)2009，52，2： | 64 |
| 2 | 仿生减阻深松铲设计与试验显示文摘将小家鼠爪趾高效的土壤挖掘性能应用于深松铲减阻结构设计中,设计了铲柄破土刃口为指数函数曲线型减阻深松铲。为了对比耕作阻力,应用仿生减阻深松铲与传统深松铲进行了田间深松耕作试验。结果表明,耕深和前进速度对耕作阻力均有显著影响,且耕作阻力随着耕深和前进速度的增大而增大。在相同试验条件下,仿生减阻深松铲与传统深松铲相比,耕作阻力降低8.5%-39.5%,减阻效果明显。 | 张金波 佟金 马云海 | 2014 | 农业机械学报2014，45，4： | 57 |
| 3 | 地面机械脱附减阻仿生研究进展显示文摘机械仿生的理论研究具有重要的科学意义,仿生机械的研发在工程技术领域中有重要的应用价值.自然界的生物,在优胜劣汰的进化过程中,为了生存,必须造就适应环境、延续生命的本领.本文从地面机械脱附减阻的研究现状着手,结合吉林大学多年来在这一领域系列性的研究成果,介绍了土壤动物脱附减阻的基本原理,进而阐述了形态仿生、柔性仿生、电渗仿生、构形仿生,以及多元耦合(协同)仿生的原理与技术.最后介绍了工程仿生的应用研究,并指出这些理论具有广阔的发展前景. | 任露泉 | 2008 | 中国科学(E辑)2008，38，9： | 40 |
| 4 | Design Principles of the Non-smooth Surface of Bionic Plow Moldboard显示文摘The diverse non-smooth body surfaces to reduce soil adhesion are the evolutional results for the soil animals to fit the adhesive and wet environment and can be used as a biological basis for the design of bionic plow moldboard. The model surfaces for bionic simulation should be taken from soil animal digging organs, on which the soil motion is similar to what is on the surface of moldboard. By analyzing the distribution of non-smooth units on the body surface of the ground beetle jaw and the soil moving stresses, the design principles of the bionic moldboard for the local and the whole moldboard were presented respectively. As well, the effect of soil moving speed on reducing adhesion, the dimensions relationship between soil particles and non-smooth convexes, the relationship between the enveloping surface of non-smooth convexes and the initial smooth surface of the plow body, and the convex types of the sphere coronal and the pangolin scales,etc.were discussed. | Luquan Ren, Shiqiao Deng, Jingchun Wang, Zhiwu Han Key Laboratory of Terrain-Machine Bionics Engineering (Ministry of Education,China), Jilin University at Nanling Campus, Changchun 130022,P.R. China | 2004 | Journal of Bionic Engineering2004，1，1： | 28 |
| 5 | 仿鼹鼠足趾排列的旋耕-秸秆粉碎锯齿刀片设计与试验显示文摘随着保护性耕作的不断发展,实际作业中对旋耕刀性能要求愈发严格,该文在国标旋耕刀基础上,将正、侧切削刃上设计成锯齿状,然后考察实际作业过程中功耗、受力以及作业质量,检测仿鼹鼠足趾排列的旋耕-秸秆粉碎锯齿刀片的田间作业功耗和作业质量。针对该锯齿刀片和国标旋耕刀片在有秸秆颗粒和无秸秆颗粒下进行仿真分析,对比可知:在有秸秆颗粒下,由于刀具要与秸秆接触并发生挤压和剪切作用,从而导致受力以及扭矩值较大。结合理论分析,利用扭矩传感器对仿生锯齿刀和国标旋耕刀进行田间试验。根据0.5 m×0.5 m地表设置不同质量秸秆,分别为0、0.375和0.75 kg(0%、50%、100%),测定拖拉机输出扭矩以及功耗,并依照国标测试方法测定作业质量。田间试验得到扭矩与仿真变化趋势一致。当地表无秸秆和地表含50%秸秆时,锯齿刀片扭矩分别为404.05和438.33 N·m;国标旋耕刀片上扭矩分别为389.27和443.79 N·m。当地表秸秆质量分数为100%时,锯齿刀和国标旋耕刀片上扭矩分别为557.92和507.34 N·m。耕作后地表秸秆和土壤评价结果显示:不同质量含量秸秆覆盖下,仿生锯齿刀耕作后的秸秆掩埋率、土壤破碎率、长度≤15 cm秸秆比例等方面都优于国标旋耕刀。田间试验和仿真结果都显示当地表覆盖秸秆量为0%和100%时,仿生锯齿刀的扭矩高于国标旋耕刀。虽然仿生锯齿刀只在秸秆覆盖量为50%时扭矩与功耗优于国标旋耕刀,但在3种秸秆覆盖量下仿生锯齿刀的耕后地表质量都明显优于国标旋耕刀。综上考虑,在实际作业中,可适当收集田间秸秆。该研究为实现只应用一种刀片来完成旋耕和秸秆粉碎2种不同作业目标提供了参考。 | 郭俊 张庆怡 Muhammad Sohail Memon 姬长英 赵正 | 2017 | 农业工程学报2017，33，6： | 27 |
| 6 | 马铃薯仿生挖掘铲片的设计与仿真显示文摘据蝼蛄前足胫节爪趾第1趾的体视显微镜照片设计了马铃薯挖掘机挖掘铲铲片,为马铃薯挖掘机提供了一种减阻效率较高的挖掘铲。应用AutoCAD软件获取爪趾外侧曲线和内侧曲线的轮廓点,并将点坐标值数据使用LIST命令导出,并借助EXCEL软件多项式拟合法对爪趾的侧面轮廓线进行拟合,在拟合多项式的基础上在Solidworks软件中进行仿生铲片的建模,最后应用LS-DYNA软件仿真模拟普通铲片与仿生铲片挖削土壤的过程,并测定两种铲片的土壤阻力。仿真结果表明,仿生铲片较普通铲片土壤阻力减小近61%。所设计的仿生挖掘铲片为马铃薯挖掘机挖掘铲减阻技术要求提供了一种解决思路,且结构新颖。 | 石林榕 孙伟 王蒂 赵武云 刘全威 张华 吴建民 | 2014 | 干旱地区农业研究2014，32，1： | 20 |
| 7 | 土壤耕作部件仿生优化设计研究显示文摘研究了某些具有优良挖掘功能的动物爪趾的生物力学规律和具有类似轮廓形状的弯曲型土壤耕作部件的仿生优化设计问题.在对某些动物爪趾几何轮廓特征分析的基础上,用有限元法分析了这种仿生触土面在工作过程中的阻力变化情况和被加工材料的应力场变化情况.用直线型耕作部件做对比分析,根据仿真研究结果设计制作了系列土壤耕作部件的模型实物,通过室内大型土槽实验测试了其工作阻力,验证了有限元分析结果的正确性.研究结果对于土壤耕作部件的节能降耗设计具有较重要的参考价值. | 郭志军 周志立 张毅 李忠利 | 2009 | 中国科学(E辑)2009，39，4： | 15 |
| 8 | 挖掘机仿生斗齿土壤切削试验与减阻机理研究显示文摘模仿蝼蛄爪趾形态设计了挖掘机斗齿。使用多项式拟合方法对爪趾的侧面轮廓线进行拟合,利用快速成型设备制造仿生斗齿样件。通过土壤切削试验,测定了仿生斗齿和JL80斗齿试样的土壤切削阻力。试验结果显示,仿生斗齿切削时受到的土壤阻力较原形斗齿降低约11%。分析表明,仿生斗齿易形成'自刃尖',保持斗齿整体切削性能,且可在不改变挖掘机设计与工况的条件下,减小切削角,实现减阻。 | 张琰 黄河 任露泉 | 2013 | 农业机械学报2013，44，1： | 14 |
| 9 | 鼹鼠爪趾几何结构量化特征分析显示文摘土壤洞穴动物鼹鼠具有极高的挖掘效率,前足爪趾是其主要挖掘器官。分析了鼹鼠中重要种属——麝鼹(Scaptochirus moschatus)具有优良挖掘功能的前足爪趾的几何结构特征,重点分析了前足爪趾触土面的几何结构。利用体视显微镜观察分析前足爪趾的宏观几何结构,通过逆向工程技术获取爪趾三维数据点云进行特征曲线量化分析,求得前足爪趾特征轮廓线的曲率及二阶导数的变化规律:鼹鼠爪趾纵向轮廓曲率变化较小,爪趾纵向表面平顺,保证了挖掘出的洞道内壁的平整;横向轮廓曲线曲率变化较大,且横向轮廓线尖端弯曲小,中后端弯曲大,这种结构使爪趾更易入土和扩洞。 | 汲文峰 佟金 贾洪雷 陈东辉 刘财勇 | 2010 | 农业机械学报2010，41，4： | 12 |
| 10 | 生物耦合及其分类学与特征规律研究显示文摘生物功能源自生物耦合作用的现象,是多元仿生的重要生物学基础,也是仿生学领域的重要发现.从仿生学角度,提出了生物耦合相关的基本概念,阐释了生物耦合的构成、分类及其特征规律,分析了生物耦合研究的一般模式,并展望了多元耦合仿生的前景. | 任露泉 梁云虹 | 2010 | 中国科学(E辑)2010，40，1： | 12 |
| 11 | 马铃薯仿生挖掘铲减阻性能研究显示文摘据蝼蛄前足胫节爪趾第1趾的体视显微镜照片设计了马铃薯挖掘机挖掘铲铲片。为对仿生铲片减阻及碎土性能进行研究,基于离散单元法进行仿生铲片挖掘土壤数值模拟过程。为突出仿生铲片良好的挖掘性能,在同等条件下与普通铲片进行仿真结果对比。结果表明:仿生铲片较普通铲片前进阻力减小了11.36%,垂直方向减小了17.65%;对比两种铲片挖掘土壤后土壤颗粒黏结数可知:仿生铲片对土壤颗粒间黏结力的破坏率比普通铲片高2.68%。仿生挖掘铲能将升运的土壤剪切破碎,逐步减小水平和垂直方向阻力,具有较好的应用前景。 | 石林榕 赵武云 孙伟 孙步功 张华 | 2018 | 干旱地区农业研究2018，36，3： | 12 |
| 12 | 达乌尔黄鼠爪趾几何特征分析显示文摘在对各种材料实施切削作业时 ,优化作业工具几何形状 ,减少被切削材料对切削工具的粘附 ,降低工作阻力 ,提高工作效率 ,是人们总在关注的问题。本文选择具有优良挖掘和脱土降阻功能的达乌尔黄鼠爪趾为对象 ,对其爪趾形态进行了观测和分析 ,发现该种动物爪趾触土面普遍具有变曲率的特征 ,并以曲率为基础 ,对切削工具可能存在的切削面作了分析 。 | 郭志军 周志立 任露泉 | 2003 | 河南科技大学学报(自然科学版)2003，24，1： | 11 |
| 13 | 仿生式开沟机设计理论的研究显示文摘为了提高机器开挖土壤沟渠的效率 ,仿照人工开沟方式设计了一种仿生式开沟机。介绍了仿生式开沟机的结构和工作原理 ;对开沟机进行了运动学分析 ,给出了基本运动参数的求法 ,为开沟机设计提供了理论依据。 | 杨有刚 刘迎春 | 2004 | 农业机械学报2004，35，1： | 11 |
| 14 | Bionic optimization research of soil cultivating component design显示文摘The basic biomechanical laws that apply to the clawed toes of animals with powerful digging abilities and the optimal bionic design of curved soil cultivating components with an analogous contour were researched in a novel way. First, the curvature and profile of the inside contour line of a field mouse’s clawed toe were analyzed. The finite element method (FEM) was then used to simulate the working process in order to study the changing characteristics of the working resistance of bionic soil- engag- ing surfaces and the stress field of the processed soil. A straight-line cultivating component was used for comparative analysis. In accordance with the simulation results, a series of soil cultivating com- ponents of varying design were manufactured. An indoor soil bin experiment was carried out to meas- ure their working resistance and validate the results of the FEM analysis. The results of this research would have important values in the optimization design of cultivating components for energy and cost savings. | GUO ZhiJun ZHOU ZhiLi ZHANG Yi LI ZhongLi | 2009 | Science China(Technological Sciences)2009，52，4： | 11 |
| 15 | 深松耕作土壤宏观扰动轮廓分析显示文摘设计制作了几种弯曲型深松部件 ,通过室内大型土槽耕作试验 ,测定了各种深松部件耕作以后土壤的宏观扰动轮廓和耕作阻力 ,对于土壤的宏观扰动轮廓给出了定量化的图形表达方式 。 | 郭志军 周志立 张毅 牛毅 佟金 任露泉 | 2003 | 拖拉机与农用运输车2003，30，3： | 10 |
| 16 | 河狸门牙几何特征的提取及其生物力学性能分析显示文摘以河狸的门牙作为仿生设计的模拟对象,利用逆向工程方法获得河狸门牙的几何形状的点云数据及三维曲面模型,并使用逆向工程软件进行曲面重构,获得河狸门牙的三维曲面。通过提取所建曲面上的特征线和一系列特征线上点的坐标,得出其拟合曲线方程,并在此基础上进行了特征分析,所获得的结果为切削刀具的几何参数及力学性能的优化提供了仿生设计的基础。 | 谢峰 沈维蕾 张晔 刘国林 | 2011 | 中国机械工程2011，22，10： | 10 |
| 17 | 大棚果园开沟深施肥机的设计研究显示文摘针对大棚果园深施肥的要求,研制了1KF-20型大棚果园开沟深施肥机。为此,介绍了其工作原理、基本构造和创新点。经样机试验结果表明,其工作性能优良,能适应板结、沙石、硬质等各种不同土质条件果园的深、浅开沟要求,并可根据不同季节、不同肥料施肥深度需求进行调节,提高了农机具的使用率。 | 张加清 刘丽敏 陈长卿 徐锦大 杨靖 | 2012 | 农机化研究2012，34，3： | 9 |
| 18 | 木薯收获机挖掘铲仿生设计及其有限元分析显示文摘针对当前木薯收获机挖掘铲在收获过程中,铲太重和不容易入土和碎土的问题,模仿东方蝼蛄前足趾爪的形状,设计出了一种仿生挖掘铲。通过对东方蝼蛄前足趾爪外轮廓的提取及多项式拟合,利用Pro/E软件设计出仿生挖掘铲的三维模型,并导入到ANSYS Workbench软件中进行静强度有限元分析。通过对栅条铲及不同倾斜角的铲有限元分析结果对比,选择出倾斜角在25°~30°,铲齿为空心的仿生挖掘铲,其具有较好的质量、力学特性和寿命,从而为挖掘铲的设计制造提供理论参考。 | 邹翔翔 廖宇兰 马庆芬 刘世豪 朱冬云 | 2013 | 科学技术与工程2013，21，34： | 9 |
| 19 | 鼹鼠趾仿生及表面热处理提高齿形开沟刀减阻耐磨性能显示文摘为提高农用开沟机械开沟刀的减阻耐磨性能,该文针对课题组前期研制的齿形开沟刀,利用仿生结构和不同表面热处理对原齿形开沟刀进行优化。以鼹鼠前爪第3趾为仿生对象,设计了仿生开沟刀。使用EDEM软件进行模拟仿真试验,通过分析齿形开沟刀和仿生开沟刀的开沟功耗,对比2种刀片的减阻性能;进行台架磨损试验,利用金相显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验机分析5种表面热处理仿生开沟刀的耐磨性能。单齿仿真试验发现,仿生开沟刀刀齿的整体三维表面结构特征有利于减阻。仿真试验结果表明沟深为150、200、250、300和350mm时,仿生开沟刀比齿形开沟刀的开沟功耗分别降低9.68%、10.44%、10.22%、10.70%和10.95%,仿生开沟刀的减阻性能更优。台架磨损试验结果表明,渗铬淬火高温回火(Ⅱ型刀)、渗碳淬火低温回火(Ⅲ型刀)、激光熔覆WC/Ni60A粉末合金(Ⅳ型刀)和氧乙炔火焰堆焊铸造WC焊条(Ⅴ型刀)比淬火中温回火(Ⅰ型刀)处理的仿生开沟刀的磨损质量分别降低14.17%、42.05%、66.98%和75.96%,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的耐磨性能依次提高,Ⅴ型刀最优。5种刀片组织结构、显微硬度和摩擦系数的分析结果表明,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型刀的硬化层显微组织主要为淬火和回火马氏体,Ⅳ和Ⅴ型刀主要为WC硬质相,Ⅳ和Ⅴ型刀的组织结构更优;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的平均显微硬度为558、700、888、1195和1441HV0.1;平均摩擦系数为0.67、0.57、0.26、0.25和0.22,Ⅴ型刀的显微硬度和摩擦系数最优,与台架磨损试验结果相一致。田间试验结果表明,优化后的Ⅲ型和Ⅴ型刀比原来齿形开沟刀的开沟功耗分别降低11.45%和5.41%,磨损质量分别降低28.26%和82.63%,仿生结构优化与表面热处理能够提高齿形开沟刀的减阻耐磨性能。该研究可为提高开沟刀减阻耐磨性能提供参考。 | 王少伟 李善军 张衍林 万强 陈红 孟亮 | 2019 | 农业工程学报2019，35，12： | 9 |
| 20 | 土壤—固体表面粘附行为的热力学分析显示文摘依据界面热力学原理对土壤—固体表面粘附行为进行了分析。土壤粘附强度主要由毛细管作用力和界面水膜粘滞力构成,固体表面性质对其产生影响。本文还讨论了土壤动物体表特征,其体表憎水性、体表液的低粘滞性和亚宏观到微观层次上的非光滑结构是重要的表面特征。 | 任露泉 佟金 陈秉聪 吴连奎 | 1990 | 农业工程学报1990，6，4： | 8 |
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