一种仿生冰面防滑胎面结构的制作方法

本发明属于工程仿生技术领域，特别涉及一种仿生冰面防滑胎面结构。

背景技术

结冰是影响交通运输安全的不利气象条件中最恶劣的条件之一，解决结冰路面汽车防滑问题一直是人们的迫切需求。工程用车辆一般体积较大，重量较重，应用于建筑、物流和工程检修等各个领域。由于重量较大，在冰面上的制动效果更差，而如果工程车辆出现事故，后果十分严重。

研究表明，轮胎花纹是冬季防滑轮胎防滑性能的重要因素，花纹的设计、走向、深度可以直接影响轮胎的诸多性能。因此，设计一种特殊轮胎花纹结构且在冰路面上具有高防滑性能的冬季轮胎具有重要的应用前景。

驯鹿是一种典型冰雪动物，在冰雪路面上具有良好的奔跑速度、防滑能力。驯鹿足是唯一接触冰面的部位，足底的特征形貌对驯鹿的防滑特性意义巨大，为驯鹿在冰面上良好的行动能力提供坚实的基础。在冬天，驯鹿脚枕收缩增固，露出蹄的新月形边缘；当驯鹿在光滑冰面上行走及奔跑时，锋利的边缘能够切开坚冰以便于驯鹿抓紧坚冰，防止滑倒。驯鹿足底中间是一种凹槽结构，驯鹿足接触冰面时，在重力的作用下，中间凹槽结构与冰面之间形成一个真空室，以便吸住冰面，增大附着力。此外，驯鹿足跟凸出，形成一个凸冠面，在微观观察下，此部位表面有着棱纹状的微观凸起结构，此结构能够破坏冰表面由于摩擦生热生成的水膜，增大摩擦力。驯鹿足部前端质地较硬，后端凸冠部分较软，一方面可以帮助驯鹿更好地缓冲来自地面的压力；另一方面软硬结合的特性也帮助驯鹿在冰面上的防滑。加之驯鹿脚关节灵活、韧带轻松，行进中的驯鹿蹄就像上发条后自摆的钟坠，能量消耗极小。驯鹿可以在数天的时间里，通过快速地奔跑，迁徙到5000公里以外的地方。这些蹄部的特点都对驯鹿在冰面上完美地飞奔，不会滑倒，也不用减速都有很大的帮助。因此，采用工程仿生学技术，将驯鹿足部的这些特点应用到工程车辆胎面花纹上，将能增加胎面对冰面的附着力，增强胎面在冰表面上的摩擦，从而增加车辆在冰上的制动能力，缩短制动距离。

采用三维激光扫描仪对驯鹿足进行扫描，获取了驯鹿足的点云数据。经过geomagicstudio中的一系列处理工作，最终获得了光滑柔顺的驯鹿足的三维模型。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种仿生防滑胎面花纹结构，本发明从轮胎花纹结构入手，涉及轮胎花纹的外部形貌、表面走势、表面结构设计及材料组合选择，以解决工程用车辆在冰面上的制动困难问题。

本发明包括前端部位、后端凸冠面和凸冠面上的仿生凸起；前端部位由第一仿生曲线、第二仿生曲线、第一过渡曲线和第二过渡曲线这四个曲线结构拉伸组成，中间是凹槽结构；后端凸冠面满足仿生曲面方程式；后端凸冠面上边设置有仿生凸起；

曲线方程分别满足：

第一仿生曲线：y＝0.114x²+1.031x-1.354，其中45<x<80；

第二仿生曲线：y＝-0.002x²-0.840x+56.21,其中26<x<47；

第一过渡曲线：y＝-0.084x²-6.307x-60,其中33<x<40；

第二过渡曲线：y＝-0.02x²-1.558x-45.992,其中25<x<70；

仿生曲面：z＝16.64+5.00x+0.86y+0.36x²+0.18xy+0.43y²；

第一仿生曲线、第二仿生曲线、第一过渡曲线、第二过渡曲线组合后，向内等距3mm后外部轮廓拉伸20mm，而曲线内部轮廓拉伸15mm,留有5mm的凹槽结构；后端凸冠面的最顶端与后端凸冠面底部的距离为20mm；仿生凸起最高部位与仿生凸起底面的高度为16mm；仿生凸起的长度为8mm；宽度为1.25mm；两仿生凸起间距为4mm；

所述的仿生冰面防滑胎面结构的总长度为132mm；

所述的仿生曲面基底高度为26mm；仿生曲面的总高度为36mm；

所述的仿生凸起的最高处在同一平面内；

所述的仿生凸起的排列方式以3-2-3的方式依次交错排列；

所述的仿生防滑胎面花纹结构需要成对使用，以中间部位棱纹凸起的中心点为标尺，两个仿生冰面防滑胎面结构块与水平面的夹角为27.37°仿生凸起与第二过渡曲线的距离为23.11mm，两个仿生冰面防滑胎面结构块之间的距离为87.65mm；

本发明所采用的材料为天然橡胶，考虑到驯鹿足部前端和后端的软硬度不同，所以该冰面防滑胎面结构前端部位采用邵氏a65的天然橡胶，后端凸冠面与仿生凸起处采用邵氏a80的天然橡胶。

本发明的有益效果：

在经过一系列的试验与仿真模拟，仿生冰面防滑胎面结构与传统的人字形胎面结构进行对比后，在给定同样的温度、压力和速度下，仿生冰面防滑胎面结构都要优于传统型人字形胎面结构，仿生防滑胎面结构与冰面的摩擦系数是人字形胎面结构与冰面摩擦系数的1.04～1.26倍。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为前端部位剖视图。

图4为仿生凸起的放大图。

图5为本发明的侧视图。

图6为本发明成对使用图。

具体实施方式

请参阅图1至图6所示，本发明包括前端部位9、后端凸冠面8和凸冠面上的仿生凸起6；前端部位9由第一仿生曲线1、第二仿生曲线2、第一过渡曲线3和第二过渡曲线4这四个曲线结构拉伸组成，中间是凹槽结构7；后端凸冠面8满足仿生曲面5方程式；后端凸冠面8上边设置有仿生凸起6；

曲线方程分别满足：

第一仿生曲线1：y＝0.114x²+1.031x-1.354，其中45<x<80；

第二仿生曲线2：y＝-0.002x²-0.840x+56.21,其中26<x<47；

第一过渡曲线3：y＝-0.084x²-6.307x-60,其中33<x<40；

第二过渡曲线4：y＝-0.02x²-1.558x-45.992,其中25<x<70；

仿生曲面5：z＝16.64+5.00x+0.86y+0.36x²+0.18xy+0.43y²；

第一仿生曲线1、第二仿生曲线2、第一过渡曲线3、第二过渡曲线4组合后，向内等距3mm后外部轮廓拉伸20mm，而曲线内部轮廓拉伸15mm,留有5mm的凹槽结构7；后端凸冠面8的最顶端与后端凸冠面底部的距离为20mm；仿生凸起6最高部位与仿生凸起底面的高度为16mm；仿生凸起6的长度为8mm；宽度为1.25mm；两仿生凸起间距为4mm。

所述的仿生冰面防滑胎面结构的总长度为132mm；

所述的仿生曲面5基底高度为26mm；总高度为36mm；

所述的仿生凸起6的最高处在同一平面内。

所述的仿生凸起6的排列方式以3-2-3的方式依次交错排列。

所述的仿生防滑胎面花纹结构需要成对使用，以中间部位棱纹凸起的中心点为标尺，两个仿生冰面防滑胎面结构块与水平面的夹角为27.37°仿生凸起6与第二过渡曲线4的距离为23.11mm，两个仿生冰面防滑胎面结构块之间的距离为87.65mm。

本发明所采用的材料为天然橡胶，考虑到驯鹿足部前端和后端的软硬度不同，所以该冰面防滑胎面结构前端部位9采用邵氏a65的天然橡胶，后端凸冠面8与仿生凸起6处采用邵氏a80的天然橡胶。