推土板宏观触土曲面微分几何性质与阻力特性研究

土壤耕作部件在人类日常生活中扮演着非常重要的角色。然而，土壤耕作部件在工作过程中不仅消耗能源多，而且环境污染大。因此，研究能有效减少工作阻力，节约能源消耗，降低有害物质排放，促进环境保护的土壤耕作部件意义重大。推土机推土板作为典型土壤耕作部件之一，其宏观触土曲面减阻性能的优劣对于其它土壤耕作部件宏观触土曲面的设计研究具有一定的指导意义。本文以推土板宏观触土曲面为研究对象，从微分几何学角度，研究能反映触土曲面内在几何性质的第一类基本量和第二类基本量等曲面内蕴几何量与耕作部件工作阻力之间的相互影响关系，从而为土壤耕作部件宏观触土曲面的优化设计做出指导。 土壤耕作部件宏观触土曲面一般由元线沿准线按一定的规律运动而成，其主要成形方法有水平直元线法、倾斜直元线法、曲元线法、剖面族曲线法和运用计算机技术的现代设计法等方法。推土板宏观触土曲面是典型的圆柱型指纹面，所以用水平直元线法形成宏观触土曲面。本文推土板宏观触土曲面元线为直线，准线形式分别为圆弧线、抛物线和仿生曲线三种类型，同时推土板每一准线形式的切削角分别为50°、55°和60°三种情况，因而共有九个推土板。 九个推土板土槽试验的数据表明：准线形式为仿生曲线的推土板宏观触土曲面的工作阻力小于准线形式为圆弧线和抛物线的推土板宏观触土曲面的工作阻力；准线形式为圆弧线的推土板宏观触土曲面在切削角为55°时的工作阻力最大；准线形式为仿生曲线的推土板宏观触土曲面和准线形式为抛物线的推土板宏观触土曲面在切削角为55°时的工作阻力最小。 推土板不同宏观触土曲面的内蕴几何量计算发现，触土曲面的第一类基本量F和G，第二类基本量M和N相同，决定不同推土板宏观触土曲面性质差异的因素为曲面的第一类基本量E值和曲面的第二类基本量L值。土槽试验结果与推土板宏观触土曲面内蕴几何量E值和L值对比发现：对于不同类型的推土板宏观触土曲面，当E值呈波浪型曲线变化时，推土板宏观触土曲面的工作阻力较小，此时，L值的变化趋势呈凹函数形式。对于同一类型但不同切削角的推土板宏观触土曲面，曲面的E值和L值都有一个最优的变化率和变化范围，当推土板宏观触土曲面的E值和L值处于最优变化率和变化范围时，推土板的工作阻力最小。 本文对于推土板触土曲面内蕴几何量与工作阻力之间相互关系的研究，为进一步优化设计性能优良的土壤耕作部件宏观触土曲面提供了依据。