氩弧熔覆原位合成Ni基耐磨层在犁铧上的应用

利用氩弧熔覆技术，在廉价的碳钢表面原位合成了TiC/Ni基复合材料涂层。结果表明，熔覆层成形良好，与基体呈冶金结合，无裂纹、气孔等缺陷；熔覆层的组织为γ-Ni奥氏体枝晶、CrB、TiB₂、M₂₃C₆及原位合成的弥散分布于熔覆层中的球状TiC陶瓷颗粒。熔覆层显微硬度高达HV_0.21000，且呈梯度分布。磨损试验表明，熔覆层具有较好的耐磨性。模拟田间试验表明，熔覆层可用于农机耐磨件的制造与再制造并具有较好的经济效益。     

原位合成Ti(C,N)-WC/Ni60A基复合涂层显微结构及性能

针对农机作业中触土刀具易磨损、失效频繁、寿命低、消耗成本高等现状,研究开发了金属表面熔覆陶瓷涂层工艺。采用反应等离子熔覆技术,在Q235B钢表面制备了Ti(C,N)-WC增强Ni60A基复合陶瓷涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、金相显微镜等对复合熔覆层的微观结构及强质硬化相的成分、组织、性能进行了分析。研究结果表明:预涂敷层中的钛(Ti)粉、石墨粉、氮化钛(TiN)粉在等离子熔覆过程中原位合成了颗粒状新生相Ti(C,N),且均匀弥散分布在熔覆层中,形成了主要由硬质相、包覆相、粘结相组成的芯-环结构;涂层平均硬度达HV0.51750,最高可达HV0.52040;涂层的磨损机理主要为磨粒磨损,与基体相比,有较好的硬度和耐磨性能,以期为农机刀具材料强化提供参考。     

激光淬火及熔覆技术提高柑橘枝粉碎机65Mn钢锤片耐磨性

为了提高柑橘枝粉碎机锤片的摩擦性能,该文主要通过多面激光淬火及激光熔覆技术强化65Mn钢锤片表面。采用金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等探究激光处理后65Mn钢组织对其显微硬度及摩擦性能的影响。试验结果表明:经激光淬火处理后65Mn钢主要由完全淬火区、不完全淬火区、热影响区及基体组成,经激光熔覆处理后65Mn钢主要由熔覆区、完全淬火区、不完全淬火区、热影响区及基体组成;65Mn钢经激光淬火处理后,其显微硬度最高可达619.8 HV0.1;65Mn钢经激光熔覆处理后,其显微硬度最高可达1 038.4 HV0.1;65Mn钢经水淬-中温回火处理后,其平均显微硬度为585.6 HV0.1;激光淬火处理后65Mn钢表面出现磨粒磨损机制,平均摩擦系数为0.40;65Mn钢经激光熔覆Ni60+35%WC后熔覆层表面出现磨粒磨损机制,平均摩擦系数为0.36;水淬-中温回火热处理后65Mn钢表面出现粘着磨损机制,平均摩擦系数为0.41;由此可见,65Mn钢锤片经激光熔覆处理后摩擦性能较好。该研究可为锤片耐磨性提升提供参考。     

鞭式刀具的失效及火焰喷焊NiWC强化的可行性研究

为解决秸秆根茬切碎还田机鞭式刀具成本高、寿命短的问题，在45#钢基体上制备了火焰喷焊Ni60和NiWC喷焊层。分析了鞭式刀具的失效机理；用金相显微镜观察了刀具的宏观磨损形貌和喷焊层的结合状况；运用能模拟刀具实际工作状况的自制磨损试验机进行了磨损实验，对比了65Mn淬火回火与火焰喷焊Ni60和NiWC喷焊强化刀具的耐磨性能；探讨了火焰喷焊NiWC喷焊层用于鞭式刀具强化的可行性。结果表明，火焰喷焊NiWC喷焊层具有良好的耐磨性，可用于秸秆根茬切碎还田机鞭式刀具的表面强化和修复。     

铝热剂法原位合成农机刀具 Al2O3-Ti(C,N)复合涂层组织结构及性能

为了提高旋耕刀、犁铧等农机触土刀具表面强度,以铝热剂的放热反应提供内在热源、等离子弧作为外在热源,采用反应等离子熔覆技术在Q235钢表面原位合成了Al_2O_3-Ti(C,N)复合材料涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、金相显微镜等对复合涂层的微观结构及强质硬化相的成分、组织及性能进行了分析。结果表明:涂层与基体呈冶金结合,涂层主要由网状、嵌套、球状等3种结构组成,硬质相Al_2O_3、Ti(C,N)与粘结相Fe-Ni之间相互包裹、互相嵌套,构形成空间网状骨架结构;涂层硬度最高可达HV_(0.5)2160,平均硬度HV_(0.5)1870,约为基体Q235钢的7.7倍;涂层摩擦系数约为0.372,其磨损量约为65Mn钢及Q235钢的1/7和1/17,与基体相比,复合涂层具有较高的硬度和较好的摩擦磨损性能,可以为农机材料表面强化提供参考。     

碳化钨增强镍基合金熔覆层及其耐磨性

研究了在钢表面喷涂或涂敷镍基合金碳化钨涂层、然后用氧乙炔焰或高频加热重熔制得熔覆层的可能性。结果表明，熔覆层能与基体形成牢固的冶金结合，其厚度为１．３～１．７ｍｍ。熔覆层的耐磨性随碳化钨含量的增加而增加。当碳化钨含量为３０％和４０％时，熔覆层比硼化物层的耐磨性分别提高０．３２和６．５９倍。     

根茬粉碎还田机灭茬甩刀喷焊NiWC工艺优化

为解决根茬粉碎还田机灭茬刀成本高、寿命短的问题，在45#钢制造的根茬还田刀具易磨损部位喷焊了NiWC合金抗磨涂层。正交试验和方差分析结果表明，试验因素对喷焊层耐磨性的影响程度大小依次为WC的含量、乙炔流量、预热温度和喷涂距离。优化后喷焊工艺参数为：涂层配比为Ni60 +35%WC，预热温度为450℃，乙炔流量为1000 L/h，喷涂距离为40 mm。     

适宜碳化钨含量提高Ti(C,N)-WC涂层耐磨耐蚀性

为了提高农机关键部件表面强度,采用反应等离子熔覆技术,在Q235B钢表面制备了不同碳化钨WC含量的Ti(C,N)-WC金属陶瓷复合涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站对复合涂层的形貌、物相及其耐磨耐蚀性进行了分析,并与Q235B钢进行了硬度、耐磨耐蚀性对比试验。结果表明:涂层组织主要由硬质相、包覆相、粘结相组成,涂层与基体呈冶金结合;在一定范围内,随着WC含量的增加,涂层的显微硬度及耐磨耐蚀性能都有所增强,当WC质量分数为12%时涂层的耐磨耐蚀性能最优,12%WC涂层与Q235B钢基体相比,涂层硬度提高了6倍,摩擦系数为基体的2/5,磨损量为基体的1/16;在5%H2SO4溶液中,12%WC涂层的腐蚀速率为Q235B钢的1/9,在3.5%NaCl溶液中,12%WC涂层的腐蚀速率为Q235B钢的1/4,涂层较基体有更好的耐磨性、耐蚀性,该研究以期为农机材料强化提供参考。     

氮弧熔覆TiCN/Fe金属陶瓷涂层对农业刀具耐磨性的影响

针对农业刀具易磨损、失效频繁的现状,采用TXⅡ500型TIG焊机,以工业纯氮作为反应气体和保护气体,利用反应氮弧熔覆技术在表面预涂工业钛粉和石墨粉的Q235试件上成功制备了TiCN/Fe金属陶瓷复合涂层。利用扫描电镜、XRD射线衍射仪、显微硬度计着重分析了熔覆速度对涂层形貌、涂层物相、涂层显微硬度的影响,并与农业刀具进行了耐磨对比试验。结果表明:熔覆速度较小时涂层表面成形良好,但涂层中TiCN含量低、涂层硬度小;随着熔覆速度的增加,涂层表面成形变差,但涂层硬度增大。涂层近表层显微硬度最高可达HV0.51089,约是Q235硬度的3倍多,与农业刀具常用材料65Mn相比,磨损量仅为65Mn的1/2,涂层有较好的耐磨性。     

Influence of TiCN/Fe metal ceramic coating by reaction nitrogen arc cladding on wear resistance of agricultural tools

针对农业刀具易磨损、失效频繁的现状,采用TXⅡ500型TIG焊机,以工业纯氮作为反应气体和保护气体,利用反应氮弧熔覆技术在表面预涂工业钛粉和石墨粉的Q235试件上成功制备了TiCN/Fe金属陶瓷复合涂层。利用扫描电镜、XRD射线衍射仪、显微硬度计着重分析了熔覆速度对涂层形貌、涂层物相、涂层显微硬度的影响,并与农业刀具进行了耐磨对比试验。结果表明：熔覆速度较小时涂层表面成形良好,但涂层中TiCN含量低、涂层硬度小;随着熔覆速度的增加,涂层表面成形变差,但涂层硬度增大。涂层近表层显微硬度最高可达HV0.5 1089,约是Q235硬度的3倍多,与农业刀具常用材料65 Mn相比,磨损量仅为65 Mn的1/2,涂层有较好的耐磨性。     

反应电火花堆焊修复齿轮轴

利用DZ-1400型电火花堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在45号钢试件表面上制备了TiN金属陶瓷堆焊层。采用KYKY-2800型扫描电镜观察了堆焊层表面形貌、显微组织和磨损形貌,采用D/max-RA型X射线衍射仪分析了堆焊层物相,采用MH-6型显微硬度计测定了堆焊层显微硬度,采用自制磨损实验机对比了堆焊层与淬火回火65Mn钢的磨损性能,分析了电火花堆焊TiN金属陶瓷层用于轴颈修复的可行性。结果表明:反应电火花堆焊TiN金属陶瓷层与母材之间为冶金结合,堆焊层主要由电极材料钛、反应合成的TiN和基体材料铁组成,堆焊层显微硬度高,耐磨性好。变速箱齿轮轴修复实践表明,反应电火花堆焊TiN金属陶瓷层可用于修复损伤轴类件。     

涂层强化齿轮传动抗胶合机理分析与试验

为提高农机装备传动齿轮于润滑条件恶劣、变速、重载工况下的抗胶合承载性能,该研究将表面涂层强化技术应用于啮合齿面。首先,基于齿轮啮合原理、摩擦学、热力学等理论,建立涂层与齿轮接触特性、胶合承载能力关系数学模型,分析不同膜基弹性模量比下系统应力场的分布特点,阐明齿面摩擦系数对油膜厚度、瞬时接触温度的影响规律,为择取齿面抗胶合涂层提供理论参考。由此进一步对标准钢球表面分别沉积含钨ta-C和a-C:H碳膜,通过四球法评价涂层材料摩擦学性能,并在FZG(Forschungsstelle für Zahnr?der und Getriebesysteme)传动试验台上对两种涂层齿轮进行耐胶合试验。结果表明：与无涂层齿轮相比,碳膜摩擦副跑合性更好,其中a-C:H涂层的sp² C-C键含量高于ta-C,具有更低的摩擦系数(0.055～0.058);ta-C涂层齿轮抗胶合承载能力提高了2个FZG载荷级,a-C:H涂层齿轮至少提升了4个载荷级;ta-C齿面展现为涂层剥落后的磨粒磨损和黏着磨损;且无涂层齿面与ta-C齿面均显示出热胶合与微点蚀损伤竞争性关系,并兼存齿面塑性变形;而a-C...     

铸铁、铸钢激光表面改性材料及工艺研究

磨损、空蚀是农机具及泵装置使用中安全可靠性的主要问题。由于磨损、空蚀的侵蚀、剥蚀，不仅造成了农机具及水泵部件的破坏，还引起工作能力的恶化。该文在氧乙炔合金粉末喷焊研究的基础上，利用2 kW-CO₂连续横流激光器，采用Ni基合金粉末，在铸铁和铸钢部件上进行了激光表面改性试验研究。并采用磁致伸缩仪对试样的抗磨蚀能力进行了测试。试验结果证实，经过激光表面改性处理试样，不仅热变形极小而且抗磨损、空蚀能力大幅度提高。     

青菜头缩短茎滑切刀研制

青菜头机械化收获水平低下是制约青菜头产业发展的重要原因之一。为解决青菜头机械化收获过程中缩短茎切割难度大和农机与农艺融合程度低等问题,该研究提出了一款滑切式青菜头收获机并对其滑切刀作业参数进行分析与试验。首先,基于青菜头收获农艺要求阐述青菜头收获机整机及其切根装置的结构及工作原理,根据受力分析确定滑切刀安装方式。然后,对紫色土壤和滑切刀的接触参数进行标定并基于EDEM建立土壤-滑切刀互作模型,仿真分析不同作业速度、刀具夹角对滑切刀作业阻力的影响。结果表明:1)相同速度下,滑切刀交叉夹角与作业阻力负相关;2)相同滑切刀角度下,滑切刀作业阻力与作业速度正相关。以滑切刀切削阻力为评价指标,作业速度、刀具夹角、切割距离为影响因素进行切割试验并对试验参数进行优化,结果表明:滑切刀作业速度与切削阻力呈正相关,切割距离与切削阻力呈负相关,刀具夹角从60°到120°,切削阻力先减小再增大。影响切削阻力大小的主次因素顺序为作业速度、刀具夹角和切割距离。优化圆整后的滑切刀作业速度为0.1 m/s,刀具夹角65°,切割距离20 mm,3次重复试验得到的切削阻力依次为141.24、156.32和150.65 ...     

基于半监督BP_Adaboost的农机作业效益评估

为提升农机管理水平和用户收益，该研究利用影响作业效益的因素，以每台农机一天的作业信息作为一条数据评估农机当天作业效益。作业信息包括农机作业效率、油耗、作业质量、重复作业率、遗漏作业率、有效作业时间占比等。使用半监督BP_Adaboost方法对农机作业效益进行评估，对部分数据进行人工评分，根据评分结果标记农机每天作业效益的好坏，其中一部分作为训练样本，另一部分作为测试样本，再利用BP_Adaboost方法训练模型后对剩余未评分数据预测，以减少训练样本的人工标记工作量和提高模型准确性。从32 000条深松作业数据中选取1 000条样本进行标记，其中500条作为训练样本，500条作为测试样本，使用BP_Adaboost方法得到的模型预测准确率为93.36%，使用半监督BP_Adaboost方法增加训练样本得到的模型预测准确率为97.03%。根据作业效益推荐最优农机机具组合，增强作业能力，提高效益。     

采棉机摘锭磨损失效分析

新疆是中国棉花主产区,机械化收获程度相对较高.采棉机是高端农机装备,摘锭是其核心零部件在采摘过程中与棉纤维、硬质棉秆接触摩擦导致表面涂层磨损,降低田间采净率及摘锭使用寿命,故其性能好坏直接影响采棉机的运行效率和机采棉品质.该文建立了采棉机摘锭的实体模型,通过有限元方法分析摘锭在脱棉过程中应力与应变的分布规律,旨在揭示摘锭失效的力学机制.数值结果表明表面涂层磨损是作用在钩齿表面上的摩擦力合力在采摘过程中不断撕裂涂层引起、摘锭断裂是扭转变形所致及锥齿轮磨损归因于过载后产生的塑形变形造成.并基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测失效摘锭的微观结构形貌进行验证,结果表明该有限元分析结果与实际情形基本吻合.     

农业机械导航路径跟踪控制方法研究进展

路径跟踪控制技术作为农业机械导航的核心,是提高控制系统控制精度和对环境适应性的关键,可提高农机具作业精度和效率,同时可避免重复作业和遗漏现象,减少农业生产资料浪费。该文根据农业机械导航路径跟踪控制方法中是否涉及农机模型,将路径跟踪控制技术分为与农机运动学模型相关、与农机动力学模型相关以及与模型无关的路径跟踪控制方法。通过对原理的解析明确了各类控制方法的优缺点,及对现有解决方案进行了总结分析,指出了现有方案存在共性或个性问题,由此完成了对现阶段国内外针对农业机械导航路径跟踪控制方法的研究进展的阐述。通过对各类控制方法适用性及农机导航产品发展现状的分析,提出了农机导航路径跟踪控制方法的发展展望,以期为后续路径跟踪控制方法的研究提供指导性方向和有针对性的参考,具体如下：1）明确了现有模型对农机运动过程描述的局限性,指出高精度农机模型研究的必要性;2）为提升控制方法自适应性和鲁棒性,研究需从常规工况向极限工况和复杂工况拓展;3）明确单一控制方法的局限性,明确多方法融合控制的发展趋势。     

基于预瞄模型的农机路径跟踪预测控制方法

为了提高农机路径跟踪系统控制性能对作业速度变化的适应性,该研究提出一种基于预瞄运动学模型的快速预测控制方法。采用预瞄跟随理论建立预瞄航向误差模型,并将其作为输出方程与路径跟踪误差常规状态方程联立,构建预瞄运动学状态空间误差模型,进而运用模型预测控制算法与输入参数化衰减策略设计路径跟踪控制律。仿真试验结果表明,在不同作业速度下,预瞄模型预测控制器的直线路径跟踪横向误差均渐近趋于0,行驶曲线均无超调;当作业速度为1、3与5 m/s时,预瞄模型预测控制器的圆形路径跟踪横向最大绝对误差分别为8.52、10.42和10.82 cm,标准差分别为3.96、5.83和6.17 cm;当控制时域为10、30与60时,预瞄模型预测控制器的运算周期相对常规模型预测控制器分别减小7.5%、43.0%和48.5%;与常规模型预测控制相比,预瞄模型预测控制能够在确保路径跟踪系统控制精度的同时有效改善系统的动态性能和提高系统的实时性,使不同作业速度下的跟踪效果更加均衡。田间测试结果表明,在0.5～5 m/s作业速度范围内,预瞄模型预测控制器对作业速度变化具有较强的适应性,能够使农机快速平稳地跟踪参考路径并具有较高的控制精度,其直线路径跟踪的横向最大绝对误差均值小于5.5 cm、标准差均值小于2.5 cm,圆形路径跟踪的横向最大绝对误差均值小于15.5 cm、标准差均值小于8.5 cm,跟踪效果满足农机实际作业要求,适于复杂作业环境或高速作业场合。