狗猪鹿牙齿的高耐磨特性对比

为解决土壤工作部件磨损严重的问题,该文以狗牙、猪牙、鹿牙为研究对象,采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了狗牙、猪牙、鹿牙的摩擦学性能,通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度,利用扫描电子显微镜观察狗牙、猪牙、鹿牙的磨损形貌,利用纳米压痕仪分别对狗牙、猪牙、鹿牙进行力学性能试验,测试其纳米硬度和弹性模量。试验表明：狗牙釉质磨斑表面磨屑剥落严重、附着大量的细小磨粒、有明显的龟裂现象,磨损体积为1.91×107 μm3,猪牙釉质磨斑表面主要是磨屑剥落,磨损体积为1.56×107 μm3,鹿牙釉质磨斑表面也表现为磨屑剥落,磨损程度比猪牙齿的轻,磨损体积为1.39×107 μm3;牙齿的耐磨性与其硬度密切相关;鹿牙釉质的耐磨性、纳米硬度和弹性模量最大,狗牙釉质的最小。该文以动物牙齿为仿生原型,为耐磨触土部件的研发提供新的参考方向和理论依据。     

獾牙与狗牙的微观结构及摩擦学特性

以獾牙和狗牙为研究对象,采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了獾牙和狗牙的摩擦学性能,利用纳米压痕仪进行力学性能试验,测试了獾牙和狗牙的纳米硬度和弹性模量。试验表明:牙齿的摩擦磨损行为同其微观结构密切相关,獾牙釉质磨斑表面划痕和擦伤痕迹相对轻微,磨损深度为(13.521±1.034)μm,狗牙釉质磨斑表面有较多的裂纹,犁削和擦伤较为严重,磨损深度为(15.429±1.337)μm;牙齿的摩擦磨损性能与其硬度以及显微组织和结构密切相关;獾牙釉质的耐磨性和纳米硬度、弹性模量高于狗牙釉质。该研究为以獾的牙齿为原型将仿生耦合原理应用于刀具的开发提供了理论依据。     

重型拖拉机湿式离合器摩擦片耐磨仿生设计与试验

重型拖拉机湿式离合器作为动力换挡变速箱的重要执行部件,其摩擦副的磨损失效是导致传动系统整体性能下降的主要原因之一,为减少因其带来的资源和经济损失,进而设计一种耐磨离合器摩擦片。该文从仿生学角度出发,以大树蛙为对象,用扫描电镜观测其趾端,发现树蛙趾端微观结构轮廓形状有四边形、五边形、六边形,六边形结构居多且结构大小均匀其直径约为12μm,微结构的轮廓间为沟槽,沟槽宽度约为1.5μm。研究表明树蛙体表分泌的黏液在围绕着六边形结构的沟槽内循环流动,增强其在潮湿环境下的粘附力,即摩擦系数。树蛙在与湿滑基底接触时表现出很强的黏附力和摩擦力,仿生摩擦片具备这些特点更能满足传递运动和转矩的要求。通过提取树蛙趾端参数,优化摩擦片表面结构,将树蛙趾端的致密六边形沟槽分割结构进一步突出特点、简化结构,对重型拖拉机湿式离合器摩擦片表面的油槽结构进行相似设计,以此为设计思路设计了9种仿生试样并采用激光加工技术制作样件。采用微观摩擦磨损测试仪进行摩擦磨损试验,通过计算摩擦系数对比不同六边形直径与不同沟槽宽度下摩擦摩损效果上的差异。试验结果表明,仿生非光滑结构比光滑结构具有更好的耐磨性特性,且正六边形直径为12 mm,沟槽宽度为1.5 mm时,磨损量最低,摩擦系数相对较高,这因为六边形直径与沟槽宽度综合作用,能够最大限度地降低磨损,提高摩擦片的工作能力和使用寿命。这说明合理地设计摩擦片表面结构,不仅能够满足动力传递的要求,同时可以降低磨损,节省材料,进而达到了改善离合器耐磨性能的要求。     

克氏原鳌虾头胸部外骨骼微观结构和摩擦磨损特性

为探索克氏原鳌虾(Procambarus clarkii)在泥浆中穿行的防黏耐磨机理,该文以克氏原鳌虾头胸部外骨骼作为研究对象,分析其无机元素含量和存在形态,观察其微观结构,并测量其硬度和弹性模量;对外骨骼进行摩擦磨损试验,考察其摩擦磨损特性,并观察磨痕的磨损形貌。试验表明,克氏原螯虾头胸部外骨骼中含有大量的钙元素,其中大部分以非晶结构存在,并含有少量碳酸钙;外骨骼表面具有凹坑、凸包和刚毛微观结构;螺旋夹板层具有蜂房结构,钙盐以针簇状分布在螺旋夹板层中;外骨骼硬度为0.503 GPa、弹性模量为18.019 GPa;摩擦因数呈跳跃式变化,最小时不足0.1,最大时接近0.8,磨损类型属于磨粒磨损。研究结果为农业机械触土部件表面防黏、耐磨的仿生设计提供理论依据。     

蝼蛄爪趾特性仿生钢丝辊刷除椰衣装置设计及参数优化

针对手工剥除椰子纤维外衣中存在的加工效率低、易造成人员受伤等问题,设计了一种基于蝼蛄爪趾特性的仿生钢丝辊刷除椰衣装置。该装置主要由钢丝辊刷、椰子夹紧机构和进给机构组成,其工作时依靠钢丝断面刃口勾刷椰衣纤维,结合钢丝的弹韧性实现除衣后不损坏椰壳。利用除椰衣装置开展参数优化试验,并运用Design Expert软件进行试验方案设计和结果数据分析。试验结果表明,辊刷转动速度对除椰衣厚度影响最大,刷毛栽植间距影响次之,刷毛直径影响最小;在辊刷转动速度一定时,随着刷毛栽植间距的增加,除椰衣厚度呈先增大再减小的变化趋势,但当辊刷转动速度增大时,除椰衣厚度的变化量不明显;当刷毛栽植间距一定时,随着辊刷转动速度的增大,椰衣去除的厚度会逐渐上升,刷毛直径的大小对除椰衣厚度的影响较为显著(P0.05)。试验数据回归分析结果表明,除衣装置的最优组合参数为辊刷转动速度是970rad/min,刷毛直径是6mm,刷毛栽植间距是10mm,预测在最优参数组合下的除衣厚度为31.24 mm,通过重复试验证明最优组合参数可以到达规定的除衣厚度,且不损伤内部椰壳,满足椰子深加工需要。     

旋流器结构参数对同心环状缝隙螺旋流影响

旋流器与管道所形成的同心环状缝隙空间会因其结构参数的变化而产生差异，空间结构的变化会对环状缝隙螺旋流流场产生影响，进而影响旋流器的起旋效率。为明确旋流器结构对环状缝隙螺旋流的影响，进行了结构参数（直径×长度）为70 mm×100 mm、70 mm×150 mm、60 mm×150 mm³种旋流器所形成的同心环状缝隙螺旋流三维流速试验。试验结果表明：旋流器结构参数的变化并未改变环状缝隙螺旋流三维流速的整体分布规律，只是对轴向、径向和周向流速的大小和离散程度产生了影响，且旋流器结构参数的变化对径向、周向流速的影响较大。对于长度相同的两旋流器，直径由60 mm增大至70 mm后，各断面轴向、周向平均流速与流速波动增大，而径向平均流速降低，但流速波动增大；对于直径相同的两旋流器，长度由100mm增大至150 mm后，轴向平均流速增大，而流速波动降低，径向、周向平均流速与流速波动均逐渐增大。旋流器直径对水头损失、起旋效率的影响要远大于长度，当直径由60 mm增大至70 mm后，水头损失与起旋效率均增大；在本试验条件下结构参数为70 mm×100 mm的旋流器起旋效率最高，即旋流器的较优结构参数为70 mm×100 mm。该研究成果可为旋流器的选型以及结构优化提供一定的参考。     

仿生布利冈结构农机耐磨触土部件设计与试验

针对农机触土部件易磨损失效这一难题，该研究设计了一种仿生布利冈结构件，并对其磨损特性进行评价，进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量，以磨损量为响应值，在EDEM中进行仿真磨损试验，根据自变量与响应值之间的关系，优化布利冈结构的组成参数，得到最优的组成参数为：结构单元直径1.0mm、层间螺旋角度16°、层间重叠间距0.13mm，在此参数下经仿真磨损试验得到布利冈结构件的磨损量为2.13×10^-6g。对光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的耐磨效果，进行仿真磨损对比试验，结果表明，布利冈结构件较单层棱纹件磨损量减少了90.6%，较光滑件减少了92.2%。运用离散元法(digital elevation model, DEM)与有限单元法(finite element method, FEM)联合仿真，得到样件内部形变和应变，光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的平均变形量分别为1.62×10^-9、7.97×10^-9和1.82×10^-8 mm；平均等效应力为...     

立式屏蔽泵的轴向力及石墨轴承耐磨性试验研究

对影响立式屏蔽泵使用寿命的两个关键问题--泵的轴向力和石墨轴承的耐磨性进行了研究.建立了轴向力测量装置,研究屏蔽泵的密封环结构形式和运行工况对轴向力的影响关系,发现双端面密封和平衡孔配合使用可以有效减少轴向力;在Falex摩擦磨损机上对普通石墨材料和浸润树脂石墨材料进行了磨损实验,并利用CSM950扫描电子显微镜对其磨损表面作了形貌分析,试验表明,浸润树脂石墨材料的耐磨性能明显高于普通石墨材料.以上的研究结果对屏蔽泵的设计有指导作用.     

形态/材料耦合仿生功能表面减阻特性及机制

模仿海豚皮肤特殊结构的形态/材料耦合仿生功能表面可有效降低流体机械表面阻力,是流体机械实现节能减排的研究热点。该文采用流固耦合模拟技术,针对上述功能表面的面层材料及基底仿生形态2种耦合因素,各取3种不同的数值模型,对其减阻特性进行研究。计算结果表明:面层材料的弹性模量及基底仿生形态的间距对其减阻特性影响较大;面层材料的弹性模量越小,其顺应流体介质的能力越强,减阻效果越好;基底仿生形态的间距对于黏性阻力的影响效果显著,当间距为2 mm时,其减阻效果最好。减阻机制主要体现为:仿生耦合功能表面面层材料的弹性变形导致其实际流固接触界面与流固耦合界面产生分离,使其表面速度梯度降低,从而实现表面摩擦阻力的降低。     

利用冻胀能的农产品冷藏设备防结冰表面优化设计

农产品冷藏设备换热表面上的结冰堆积造成能源消耗,并影响了农产品的储藏品质。该文基于水结冰相变过程中的膨胀应力及不同冰点的溶液相变时差对结冰界面稳定性的影响现象,采用带有不同尺寸的凹坑且表面粘附双向拉伸聚丙烯薄膜(biaxially oriented polypropylene,BOPP)的6061铝合金为冻粘基体,探究凹坑直径、凹坑深度及凹坑内的不同质量分数的乙醇溶液对结冰附着强度的影响规律。对试验结果进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,确定防结冰表面对结冰附着强度影响的主次顺序为凹坑深度、乙醇溶液质量分数、凹坑直径,结合响应面分析得到对结冰附着强降低率具有显著作用的工艺参数组合为:质量分数为8.05%的乙醇溶液和直径23.172 mm、深度4.349 mm的凹坑时,表面结冰附着强度的降低率达到了92.72%。利用水冻结成冰的过程中,释放的冻结膨胀能,破坏冰与材料之间接触界面的稳定性,降低了结冰附着强度,提高冷藏设备表面的主动除冰特性,为后期基于相变膨胀进行防\除冰方法的开发提供新思路及试验依据。     

沙粒粒径对水力机械材料磨蚀性能的影响

对于运行于多泥沙河流的水力机械而言磨蚀问题不可避免,磨蚀会造成水力机械过流部件失重、变形,带来效率下降、维护成本增加等问题。目前针对磨蚀破坏机理的研究尚不完善,该文利用旋转喷射磨蚀试验装置对4种水力机械常用材料进行5种不同沙粒粒径下的磨蚀试验,借助扫描电镜及激光共聚焦扫描电镜对试件磨蚀表面进行二维和三维形貌观察,探究沙粒粒径对水力机械材料磨蚀破坏失效行为的影响规律及作用机理。结果表明:沙粒粒径为0.043、0.147及0.248mm时,试件磨蚀累计质量损失与时间呈线性相关,而粒径为0.349与0.449mm时质量损失与时间满足Gauss函数关系;沙粒粒径会影响试件的磨蚀特征,粒径为0.043 mm时试件表面磨蚀破坏主要为沙粒的垂直冲击磨损与空蚀,无明显水平方向的切削磨损,粒径为0.147、0.248、0.349及0.449mm时试件表面的磨蚀破坏以水平方向的切削磨损和空蚀破坏联合为主,并伴有一定量的垂直冲击磨损;通过分析4种材料的磨蚀特征,发现磨蚀质量损失与粒径大小二者之间存在强相关区与弱相关区的关系。该研究可为合理控制水力机械过流粒径大小及制定抗磨措施提供参考。     

打磨法提取亚麻籽胶粉的工艺

为提高亚麻籽综合加工效益,解决现有亚麻籽胶生产存在问题,在对亚麻籽结构充分了解基础上,利用亚麻籽胶分布在亚麻籽外表面的结构特点,提出采用高速旋转砂辊对亚麻籽表面进行打磨提取亚麻籽胶粉的技术设想,并借助实验砂辊碾米机开展研究。结果表明：采用砂辊打磨亚麻籽在控制亚麻籽装填率在40%～80%时打磨均能够顺利获取亚麻籽胶粉,说明打磨提取亚麻籽胶粉技术可行;在装填率40%、打磨时间200 s脱脂胶粉得率最高达6.06%±0.51%;在装填率80%情况下,打磨设备提取的脱脂亚麻籽胶粉产量最高,打磨时间200 s,胶粉黏度测定值为(5 200±680) mPa.s,高于现有市售干法亚麻籽胶产品黏度而低于市售湿法亚麻籽胶产品黏度;通过对比检测打磨前后压榨亚麻籽油的色泽、气滋味、酸价和过氧化物指标,打磨提取亚麻籽胶粉过程对亚麻籽压榨油品质无明显影响。采用先打磨提取部分亚麻籽胶粉再进行压榨制油加工,将增加亚麻籽加工产品品种,提高加工效益。     

越沙步行轮仿生设计及动力学性能仿真

为提高车轮在沙土介质环境的通过性能,基于鸵鸟足趾结构形貌与运动方式,设计出一种仿生越沙步行轮。该步行轮通过轮脚中的定立柱和动滑块相互配合实现对轮下沙土的限流紧固功能,同时自适应带动轮刺机构进入附着牵引工作状态与离沙减扰非工作状态。采用多刚体动力学分析软件,预测了仿生越沙步行轮轮腿各部件之间的活动范围和干涉情况。采用离散元软件,分析了轮脚底面/沙土相互作用关系,验证了该仿生越沙步行轮具有良好的固沙限流、牵引附着性的特点。该研究为提高松软地面中步行机构的通过性能提供了参考。     

提高农用行走机械传动滚子链耐磨性研究

农用行走机械传动滚子链的主要磨损形式是磨粒磨损，典型的“犁切”现象表明，链条套筒、销轴零件的表面高硬度有利于改善其磨损表面形貌，有利于提高其耐磨性。而油润条件下的传动滚子链，其套筒和销轴零件疲劳裂纹的扩展是影响疲劳寿命的主要因素，表面硬度越高，裂纹扩展速率越快，磨损表面形貌产生的剥落坑越大     

仿生非光滑耐磨复合层的研究

把土壤动物体表的非光滑特征应用于耐磨复合层的仿生设计中，制备出仿生非光滑复合层。研究结果表明，非光滑表面能将磨料对表面的犁削变为滚动。在两体静载磨料磨损工况下，仿生非光滑耐磨复合层的耐磨性是45钢的29倍。仿生非光滑耐磨复合层具有很高的韧性和塑性，且可根据需要调节复合层的厚度，为提高地面触土机械部件的抗磨性开辟一条新的途径。     

生物质固体燃料成型机压辊磨损失效分析

针对生物质固体燃料成型机在加工成型燃料过程中,关键部件环模和压辊磨损后导致使用寿命短、影响生产率等问题,该文对压辊进行磨损试验研究,该压辊采用45钢渗碳处理,渗碳层深度3 mm,在实际生产工况下工作200 h。由于原料中的硅酸盐成分、杂质、喂料的不均匀以及原料中水分影响加剧压辊表面的磨损,致使压辊快速磨损失效。磨损后利用S-570扫描电镜观察其磨损形貌,探究压辊失效的磨损机理。结果表明,靠近喂料一侧压辊表面磨损严重,磨损量4.2 mm左右,比其他位置表面的磨损量多1.2 mm。磨损机理主要是黏着磨损和磨粒磨损,磨损面已接近渗碳层与基体交界处,并且磨损面存在应力腐蚀裂纹。     

苜蓿草粉对45#钢磨损性能的影响

以苜蓿草粉为磨料在磨料磨损试验机上采用二次正交旋转回归试验法分析了磨料粒度、转速和载荷3个条件因素对45#钢磨损量的影响规律,确定了磨损试验的最佳条件。在该条件下考察了苜蓿草粉对2种不同热处理的45#钢的软磨料磨损行为,用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行观察。结果表明,影响45#钢磨损性能的3因素由大到小依次为转速、磨料粒度和载荷;亚温淬火比退火的45#钢的耐磨性好;苜蓿草粉磨料对45#钢表面的磨损是软、硬磨料共同作用的结果。退火45#钢的软磨料磨损以多次塑性变形萌发的低周期疲劳剥落为主要磨损机制,淬火45#钢则以显微切削为主要磨损机制。     

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

小麦磨粉机磨辊材料抗磨损热处理工艺优化

植物磨料磨损是辊式制粉工业中磨辊磨损失效的主要原因,热处理工艺是磨辊材料(低铬白口铁)表面硬度强化的一般手段。该文选用与辊式制粉工况相似的磨损试验机进行试验,利用正交试验考察了不同工艺参数热加工对低铬白口铁抗小麦粉料磨损性能的影响,并择选出最优工艺组合。基于最优工艺组合,以低铬白口铁原始件为参照,综合质量损失、磨痕特征及扫描电镜形貌等手段提取磨损特征,考察最优热处理工艺对低铬白口铁抗小麦粉料磨损性能的强化效果。试验推荐最优热处理工艺组合为:960℃(1 h)空淬+250℃(2 h)回火,实际生产推荐最优热处理工艺组合为:基于960℃淬火+250℃回火的表面热加工;经最优热加工工艺处理的低铬白口铁的磨损质量损失约为原始试样质量损失的42%,铸态组织内共晶碳化物断网现象明显,以半连续网状或孤立块状分布于基体;被磨面沟槽宽深度与棱脊峰谷值等磨痕特征及金属元素含量有所降低,试样硬度显著增加;磨损形式主要为微观切削、多次塑性变形与低周期疲劳磨损。该研究可为磨辊耐磨性能的提升以及降低加工过程对面粉的金属污染提供参考。