基于仿生耦合功能表面的离心水泵增效机制研究

海豚特殊的皮肤结构具有减阻功能,模仿其结构,设计了一种具有实际工程应用价值的仿生耦合功能表面,将其应用到离心式水泵的叶轮表面,进行水泵增效试验研究。研究结果表明:这种仿生耦合功能表面可提高离心式水泵效率3%及以上;仿生耦合功能表面面层材料的硬度对水泵的效率影响显著。分析认为其增效机制主要在于:表面面层材料与基底材料仿生结构的耦合变形降低了叶轮流道壁面的摩擦力及吸收流体介质对叶轮进、出口湍动能的方式实现对流体介质的控制,从而降低离心泵水力损失,实现增效。     

毛蚶壳形态/材料耦合仿生表面耐冲蚀性能试验

基于毛蚶壳的表面形态特征、软硬相间的硬度分布特征,设计了形态/材料二元耦合仿生模型,试验研究了影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素和最优组合。试验磨料选用80~140目的石英砂与水的混合物,磨损时间为30h,倾斜角度为30°,试样转速为1400r/min。试验结果表明,经激光合金化、激光相变硬化处理的光滑试样、单元形态仿生试样和形态/材料耦合仿生试样的耐冲蚀磨损性能与光滑试样相比均有提高,形态/材料耦合仿生试样的耐磨性最好。影响耦合仿生表面耐冲蚀磨损性能的主次因素依次为激光表面强化技术、振幅、周期和条纹方向,耦合试样经激光合金化处理、振幅为3mm、周期为10mm、条纹方向为法向时具有最优的耐冲蚀磨损性能。     

东北垄作区耦合仿生镇压轮设计与试验

针对东北垄作地区春播时风大、雨少、温度高等造成的土壤水分蒸发快、缺苗严重等现象,借鉴现有镇压方式对种子周围土壤的压实研究,以蜗牛和扇贝触土外凸曲面为仿生对象,设计了耦合仿生镇压轮。耦合仿生镇压轮可以从两侧挤压土壤,使湿润的土壤压缩,保持土壤含水率和土壤温度,促进种子生长。采用耦合仿生方法,提取了蜗牛触土横面外凸曲线与扇贝纵向横面外凸曲线,在AutoCAD中对曲面逆向重构,获得轮子表面的凸包体,并遵循横向受力均匀和径向等间隔的原则,将凸包体排列在镇压轮表面,设计了耦合仿生镇压轮。离散元仿真试验结果表明:耦合仿生镇压轮作业时无明显壅土现象,耕作阻力较传统刚性镇压轮降低了8.7%。田间试验结果表明:相比于传统刚性镇压轮,耦合仿生镇压轮作业后平均土壤硬度增加17.7%,土壤含水率增加15.15%,土壤温度升高15.4%,出苗率提高2.9%,出苗时间平均缩短1.68天,耦合仿生镇压轮结构合理,作业性能优良。     

45#钢表面激光熔覆组织与摩擦磨损性能研究

为有效提高45#钢表面的耐磨性,制备标号为JG-8、JG-11的合金粉末,采用RHJR850X6000型四轴联动数控激光加工机并进行激光熔覆试验,优化工艺参数,获得了2种铁基熔覆材料。用DM2700M型金相显微镜、VHX-5000超景深显微镜和NanoSEM450型扫描电镜对熔覆层进行微观表征,用MMQ2000型摩擦试验机进行摩擦磨损性能试验,分析了激光熔覆前后45#钢基材表面的显微组织、硬度、摩擦性能的变化。结果表明,涂层组织均匀致密,内部无裂缝、孔隙等缺陷,与基体结合良好;JG-8和JG-11两种熔覆层的平均硬度较基体材料分别提高了207.7%和235.9%;磨损率分别降低了22.2%和41.1%;摩擦因数分别降低了33.3%和73.3%。基于JG-8、JG-11两种合金粉末的激光熔覆材料改善了45#钢的表面组织结构,极大提高了基体的耐磨性能,JG-11较JG-8铁基熔覆层材料表面组织结构和耐磨性更优。     

大豆垄上耦合仿生镇压轮动力学分析与参数优化

针对现存大豆垄作耕作模式中播种作业后镇压强度差,进而导致土壤水分散失快、土壤温度低、出苗率低等问题,对前期所设计的耦合仿生镇压轮进一步优化设计,并应用于大豆垄上镇压作业,以此来提高镇压轮的作业性能与作业效果。根据对耦合仿生镇压轮的动力学分析得到,影响镇压轮作业性能的因素为镇压轮载重、镇压轮宽度、土壤参数。在土壤参数为自然条件下,以作业速度、镇压轮载重、镇压轮宽度为试验因素,土壤硬度、土壤温度、出苗率为评价指标对耦合仿生镇压轮实施三因素五水平正交旋转组合试验,试验结果表明作业速度为4.38 km/h、镇压轮载重为42.5 kg、镇压轮宽度为21.35 mm时,土壤硬度为369.5 kPa,土壤温度为14.9℃,出苗率为96.7%;对比试验结果表明,相对于传统刚性镇压轮,优化后的耦合仿生镇压轮作业后土壤硬度提高6.42%、土壤温度提高9.56%、出苗率提高3.64%,因此优化设计的耦合仿生镇压轮作业性能与作业效果较优。     

WC/Cu基仿生非光滑耐磨复合涂层的研究

磨粒磨损是矿山、工程和农业机械失效的主要原因，采用仿生非光滑表面可提高耐磨粒磨损性能。本文采用高频钎焊方法在45号钢表面制备了WC／Cu非光滑耐磨复合涂层，测试了复合涂层孔隙度，研究了WC质量分数、磨粒尺寸、载荷等对其耐磨性的影响，分析了非光滑涂层的磨损机理。结果表明，在钎剂为WC质量4％时复合涂层孔隙度低，复合涂层与45号钢基体为良好的冶金结合，界面区组织致密。磨粒磨损时，WC颗粒在涂层表面凸起，形成非光滑表面可阻碍磨粒对基体的犁削并使部分磨粒由滑动变为滚动是仿生非光滑复合涂层具有高耐磨粒磨损性能的主要原因。当WC质量分数在50％时，非光滑涂层耐磨性最好，其耐磨性随载荷或磨粒尺寸增大而下降。     

基于氩弧熔覆的生物质秸秆压块机压模表面强化技术研究

针对秸秆压块机压模由于剧烈磨损而导致的寿命低下问题,提出了采用氩弧熔覆技术对压模表面进行强化和修复工艺。利用氩弧熔覆方法,研究了不同粉末配比对熔覆层性能的影响。试验结果表明,利用钛铁粉、石墨粉和Cr合金粉末所形成的熔覆层中弥散分布着Ti C、Cr7C3等强化相,熔覆层显微硬度最高可达946HV,约为基体的3倍左右,耐磨性也得到有效提高,可用于生物质秸秆压块机压模的表面强化与修复。     

钛合金表面火焰喷焊镍基耐磨涂层的组织和性能

采用火焰喷焊技术在T i 6A l 4V合金基体上制备了镍基耐磨涂层,研究了其显微组织、合金元素的扩散、显微硬度和干摩擦磨损性能。结果表明,喷焊涂层具有韧基体加硬质相的耐磨组织;涂层横切面的组织、显微硬度和合金元素的扩散沿层深方向呈现连续性和渐变性,基体和涂层表现为冶金结合;喷焊表层的显微硬度为933.2 HV,是基体钛合金的3倍以上;涂层在不同条件下的磨损量都较小,耐磨性有较大的提高,转速和温度对其耐磨性能影响较大。     

带仿生结构的内燃机活塞裙部优化设计

以捷达1.6 L汽车内燃机为试验母体,将黄缘真龙虱体表的减阻、耐磨凹坑结构应用于内燃机主要摩擦副活塞裙部上,并进行优化设计。首先,根据龙虱体表凹坑排布的形状和结构尺寸确定仿生孔径和间距范围,通过相对速度减阻率选定最优仿生孔径。其次,根据标准活塞裙部热-结构耦合分析应力排布情况,设计变孔径、变行间距排布的仿生孔,并制定正交试验方案。对仿生活塞模型进行有限元热-结构耦合分析,选取3个典型目标变量作为试验指标,进行优化设计得出主次因素和最优组合。最后,选取标准活塞、最优性能仿生活塞、最优组合活塞,进行内燃机耐久性台架试验。通过检测各个气缸活塞运行至上止点时其顶部温度、气体压力变化率、活塞磨损量、磨损后活塞裙部表面粗糙度验证了仿生活塞减阻、耐磨的优越性。     

55号钢仿生非光滑表面高温耐磨性试验

利用激光微细加工技术将根据仿生非光滑耐磨理论设计的仿生非光滑耐磨表面复制到55号钢模型试样上,在磨损试验机上进行影响凹坑形非光滑表面试样耐磨性多因素试验。采用试验优化设计技术中部分正交多项式回归设计试验方案,得出影响仿生非光滑凹坑表面耐磨性多因素回归方程。试验结果表明,各试验因素对耐磨性影响重要程度依次为温度、磨损时间、凹坑直径、转速和凹坑密度。最后对非光滑的耐磨机理进行初步分析。     

冷加工硬化对土壤切削零件磨料磨损的影响

土壤切削零件的磨损是属于磨料磨损,它是在土壤(成分包含硬质颗粒和腐蚀介质)中服役的。通过试验室磨料磨损和田间耕作磨损试验,发现较弱的冷加工硬化,对这类磨损影响不大,甚至观察不出来。强烈的冷加工硬化虽然提高了零件表面硬度,但会引起土壤切削零件耐磨性下降趋势。 冷加工硬化对土壤切削零件表面硬度的提高,它与零件的合金材料本身的相变硬度的提     

不同合金耐磨层对犁铲尖耐磨性能与冲击韧性的影响

为解决农机触土部件耐磨性能差、使用寿命短的问题,采用氩弧焊技术和等离子喷焊技术在锰硼钢基体上分别制备了Fe基合金耐磨层和Ni基WC合金耐磨层,并与进口雷肯犁铲尖进行了涂层耐磨性和基体冲击韧性的对比分析。利用光学显微镜分析了耐磨层和基体的金相组织,利用显微硬度计测试了耐磨层和基体的显微硬度,利用冲击摩擦磨料磨损试验机测试了耐磨层的耐磨性能和基体的冲击韧性。结果表明:雷肯犁铲尖和试验品基体均为回火马氏体组织,试验品基体的硬度与雷肯犁铲尖基体的硬度相当,试验品基体的冲击功是雷肯犁铲尖基体的1.8倍。雷肯犁铲尖的耐磨层硬度平均值为63.62HRC,Fe、Ni基耐磨层的硬度平均值分别为67.63HRC和68.16HRC。田间试验结果表明:Fe基耐磨层锰硼钢犁铲尖的磨损量高于雷肯犁铲尖,相对增加了6.8%;Ni基耐磨层锰硼钢犁铲尖的磨损量低于雷肯犁铲尖,相对减少了10.8%。该研究可为提升犁铲的耐磨性能提供参考。     

深松铲刃耐磨技术研究

深松是保护性耕作的一种典型模式,然而深松的关键部件——深松铲的土壤磨料磨损是导致其失效甚至报废的主要因素之一。本文对提高深松铲刃耐磨性的方法进行了探讨,并提出了利用仿生技术来提高深松铲刃耐磨性的新方法。结果表明,仿生设计方法能够使深松铲刃的耐磨性能提高20%~30%。     

典型表面工程技术在农机耕作部件上的应用现状

耕地是农业生产田间作业中最基本的环节,也是消耗能量最大的作业项目。土壤耕作部件磨损严重一直是亟待解决的技术难题。耕作部件的磨损会导致土壤耕深减少,牵引阻力增加,拖拉机燃油消耗增加等问题。提高部件的耐磨性措施包括表面处理及仿生学技术。本文综述了各种表面工程技术在农机部件上的研究现状、优点及前沿趋势,为进一步研究提供理论指导。     

仿生几何结构表面深松铲铲尖设计与试验

深松铲在西南红壤坡耕地作业过程中,由于土壤黏附性强且板结严重,造成土壤过度扰动和耕作阻力过大的问题.采用工程仿生的技术方法,将具有减阻优异特性的克氏原螯虾和砂鱼蜥体表作为仿生原型,以深松铲铲尖为研究对象,设计仿生凸包、微刺—凸包、仿生鳞片、微刺—鳞片和微刺—凸包—鳞片混合表面5种仿生几何结构表面.通过室内土槽试验,考察...     

打结嘴的材质及疲劳寿命分析

打结器是方草捆捡拾压捆机上的关键部件,为了分析捆绳打结嘴的材质及性能,对捆绳打结嘴进行了金相组织分析,并进行了硬度试验和拉力试验.为了验证材料具体成分含量,又进行了光谱分析.通过试验发现:打结嘴的材料成分为15cr,外表面的硬度为HRC46,芯部硬度为HRC25,热处理工艺采用了调质处理和表面镀铬.为了预测打结嘴的疲劳寿命,采用局部应力应变法对打结嘴进行了分析运算.     

基于黄牛舌尖丝状乳突结构的仿生脱粒齿形设计与试验

为解决小麦机械脱粒过程中脱净率低的问题,以牛舌舌尖表面丝状乳突结构为仿生原型,开展了小麦仿生脱粒齿形设计与试验。对牛舌舌尖表面进行形貌特征观测,发现舌尖表面丝状乳突分布密度大,结构特征明显,丝状乳突的轮廓呈圆锥状,下粗上细,整体相对粗壮,尖部呈半球形,与牛舌表面呈35°～40°夹角,向口腔方向倾斜。构建"乳突-物料"接触工作界面,包括完全分离、初始接触、乳突插入物料及完全接触4个过程。基于丝状乳突结构特征参数,构建仿生齿形模型,进行单仿生齿形脱粒仿真试验,得到单仿生齿形脱粒最优参数组合:放大比例为2. 5、行进速度为15 mm/s、倾角为38°、接触位置为齿形全高度的0. 2倍处、材料为Q345碳钢。设计了仿生脱粒齿形试验部件及台架,进行仿生脱粒齿形正交试验,并对脱粒过程进行摄像分析。结果表明,仿生脱粒齿形试验部件的脱粒性能良好,脱净率介于97. 5%～99. 5%之间;最优结构参数组合为:放大比例2. 565、倾角39. 8°、脱粒间隙9. 11 mm。     

磨粉机磨辊等离子体表面淬火改性技术

采用等离子体表面淬火工艺,对磨粉机磨辊辊齿进行强化处理,通过实验得出各因素对硬化层深度、表面硬度以及沿硬化层深度方向显微硬度分布状况的影响规律,并对其组织变化进行了理论分析。研究结果表明,磨辊硬度和耐磨性可以通过等离子体表面强化处理技术得到有效提高。     

微耕机旋转耕作部件土槽试验台设计

旋转耕作部件是微耕机的核心部件,其土壤切削性能直接影响微耕机的能源消耗及耕作效能。针对理论分析、数值模拟等方法研究土壤切削的局限,以及田间试验受环境因素制约的现状,提出通过室内土槽试验研究旋转耕作部件的耕作特性。以某微耕机耕作部件和行走箱为原型,基于模块化设计方法设计集旋耕、土壤平整、土壤压实等功能于一体的土槽试验台,并开发以PLC为核心的试验台控制系统。调试结果表明各功能模块运行平稳,基于该试验台可实现双辊作业模式下旋转耕作部件的性能试验。     

深松铲尖等离子堆焊涂层的制备与性能研究

为了提高农机具深松部件的耐磨性,采用等离子堆焊技术在深松铲尖表面制备碳化铬晶粒-碳铬铁涂层,用X射线衍射仪、金相显微镜和洛氏硬度仪分析与测量了焊层的组织和性能。所制备的堆焊层组织致密,与基体铸铁材料相比,堆焊层材料的平均硬度提高了5~10倍。田间试验表明,经过该工艺处理后的深松铲尖的耐磨粒磨损性能显著提高。