一种拖拉机的复合仿生织构排气尾管的制作方法

本发明涉及农用机械技术领域一种拖拉机的排气尾管，特别涉及一种用于拖拉机的复合仿生织构排气尾管。

背景技术：

随着我国对农业发展的重视，人们对农业作业车辆的需求日益增加，农业机械的普及在减轻农民负担作业的同时也带来了噪声环保问题。拖拉机作为农业机械产品的重要组成部分之一，其噪声在农业噪声中所占比例较大，这与它在农业用途的广泛性有直接的关系。拖拉机多应用于农业耕作、灌溉、收割和运输，但由于拖拉机在运作时噪声源比较多，噪声问题一直未能很好地解决，噪声污染日益加剧，严重危害人们的身心健康，已成为一种公害。

拖拉机排气系统的噪声在整个发动机噪声中所占比例最大，在处理排气系统噪声问题上，一般采用对凸轮传动结构和活塞结构进行优化、消声器、增设密封性更好的驾驶室等措施。目前降噪措施更多的是针对于消声器的研究，忽略了排气尾管对排气噪声的影响。

通过对排气尾管设计进行降噪研究的实例比较少，因此研究排气尾管的设计对噪声的影响是一个新的拓展领域。仿生学的发展给很多难以攻克的问题带来了新的解决视角，本发明从仿生学角度出发，将仿生学与机械工程学相结合，设计出具有降噪功能的正弦与三角形复合仿生织构的排气尾管，既满足了性能要求有达到了降噪目的，对开发现代农业机械化仿生技术与仿生装备研究意义极其重大。

技术实现要素：

本发明的目的是在保证拖拉机一切性能不变的前提下，通过仿生技术对拖拉机排气尾管内壁进行正弦与三角形复合仿生织构设计，实现拖拉机排气噪声的降低。

拖拉机的排气系统包括进气管、消音器和排气尾管，本发明是对排气管的改进，将排气管改进为仿生排气尾管，气体经过进气管、消音器最终通过仿生排气尾管进入大气。仿生排气尾管在消声器的后面，仿生排气尾管与消声器焊接在一起，避免了通过螺栓连接出现间隙，造成气体泄漏从而发生刺耳噪声的情况。

本发明的仿生排气尾管是由外管壁、内管壁和内部凸体构成，内部凸体焊接在内管壁上，内部凸体是正弦织构和三角形织构交叉均匀分布组成的复合仿生织构。

所述正弦仿生织构的曲线符合下列公式：

其中r为一周曲线的半径；t表示一个自变量参数；h为曲线的峰值；t为曲线在内壁仿生结构的周期；x，y，zt分别表示曲线在x，y，z轴的坐标值，z0表示该曲线与x,y坐标轴的距离。

相邻正弦仿生织构和三角形仿生织构之间的中心间距为36cm。

所述的外管壁直径为47mm，内管壁直径为44mm，正弦织构和三角形织构的高度均为1.5mm。

本发明的正弦织构是由根据苍鹰翅膀末端排列呈锯齿形状设计，因为考虑到尖角处承受的压力脉动相对会比较大，因此将尖角圆角化；三角形织构根据苍鹰在高空中捕获食物时，翅膀向后收，头部往前伸，头部和身体组成一个类似于三角形的形状，这样有助于减小空气阻力，降低噪声，以此为参考设计出三角形织构。

本发明的工作过程和原理：

流体经过消声器进入仿生排气尾管，流体首先经过正弦织构，其次为三角形织构，然后交替流经。流体在流经复合仿生织构时，由于复合仿生织构高度变化导致流体速度方向发生改变，更加有效的阻碍流体速度，两种织构的混合扰乱了排气尾管中流体的流动方向，减小旋涡脱落频率和控制了流体波动，使其能量加剧消耗，由于织构高度或形状的变化流体在流经时会形成半涡流形状，改变流体原有的传播途径，与部分流体起到相抵消的作用，从而使排气噪声降低。

本发明的降噪原理：

复合仿生织构的设计是将两个都具有降噪功能的元素特征与排气尾管的内壁有机结合，达到降噪最大化。正弦织构的设计打破了管壁表面气流所产生的冲击阻力，将流体产生的尾随涡分割、离散成若干小涡，从而获得涡量黏性耗散，减小由尾随涡引起的气动噪声；三角形织构的宽度在流体流动方向上逐渐增加，流体沿着织构边缘顺畅向后流动，对速度降低起到缓冲作用。两种织构的复合有效的扰乱了流体流动方向，消耗流体能量，实现降噪。

本发明的有益效果：

1、本发明是在不改变拖拉机任何内部构造的前提下进行的，保持了拖拉机原有的性能；

2、本发明是在排气尾管内壁上进行仿生改形，实施简单，可以实现既经济又环保的降噪；

3、本发明采用了正弦和三角形复合仿生织构，分别根据苍鹰翅膀末端排列结构和苍鹰在高空中捕获食物时，头部和身体组成一个类似于三角形的形状所设计的，当流体流经复合织构时，复合织构对流体传播途径进行了多次改变，有效的消耗更多的流体能量。

4、由于织构的不同，管道中流体流动方向变化较大，会形成反向流动的半涡流，阻碍原有流体的流动方向，速度得到降低，最终降低噪声。

附图说明

图1为本发明在拖拉机排气系统中位置的主视图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的剖视图。

图4为图3中a处的复合仿生织构放大示意图。

图5为本发明的正弦织构局部放大示意图。

图6为本发明的三角形织构局部放大示意图。

具体实施过程

参阅图1所示，拖拉机的排气系统包括进气管7、消音器2和排气尾管，本发明是对排气管的改进，将排气管改进为仿生排气尾管1，气体经过进气管7、消音器2最终通过仿生排气尾管1进入大气。仿生排气尾管1在消声器2的后面，仿生排气尾管1与消声器2焊接在一起，避免了通过螺栓连接出现间隙，造成气体泄漏从而发生刺耳噪声的情况。

参阅图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例的仿生排气尾管1是由外管壁11、内管壁12和内部凸体构成，内部凸体焊接在内管壁12上，内部凸体是正弦织构13和三角形织构14交叉均匀分布组成的复合仿生织构。

所述正弦仿生织构13的曲线符合下列公式：

其中r为一周曲线的半径；t表示一个自变量参数；h为曲线的峰值；t为曲线在内壁仿生结构的周期；x，y，zt分别表示曲线在x，y，z轴的坐标值，z0表示该曲线与x,y坐标轴的距离。

相邻正弦仿生织构13和三角形仿生织构14之间的中心间距为36cm。

参阅图2、图3所示，所述的外管壁11直径为47mm，内管壁12直径为44mm，正弦织构13和三角形织构14的高度均为1.5mm。

本实施例的正弦织构13是由根据苍鹰翅膀末端排列呈锯齿形状设计，因为考虑到尖角处承受的压力脉动相对会比较大，因此将尖角圆角化；三角形织构14根据苍鹰在高空中捕获食物时，翅膀向后收，头部往前伸，头部和身体组成一个类似于三角形的形状，这样有助于减小空气阻力，降低噪声，以此为参考设计出三角形织构。

本实施例的工作过程和原理：

流体经过消声器2进入仿生排气尾管1，流体首先经过正弦织构13，其次为三角形织构14，然后交替流经。流体在流经复合仿生织构时，由于复合仿生织构高度变化导致流体速度方向发生改变，更加有效的阻碍流体速度，两种织构的混合扰乱了排气尾管1中流体的流动方向，减小旋涡脱落频率和控制了流体波动，使其能量加剧消耗，由于织构高度或形状的变化流体在流经时会形成半涡流形状，改变流体原有的传播途径，与部分流体起到相抵消的作用，从而使排气噪声降低。

本实施例的降噪原理：

复合仿生织构的设计是将两个都具有降噪功能的元素特征与排气尾管的内壁有机结合，达到降噪最大化。正弦织构的设计打破了管壁表面气流所产生的冲击阻力，将流体产生的尾随涡分割、离散成若干小涡，从而获得涡量黏性耗散，减小由尾随涡引起的气动噪声；三角形织构的宽度在流体流动方向上逐渐增加，流体沿着织构边缘顺畅向后流动，对速度降低起到缓冲作用。两种织构的复合有效的扰乱了流体流动方向，消耗流体能量，实现降噪。