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。     

牛鲨牙齿微观结构组成和摩擦磨损特性

为研究牛鲨咬合力大的原因,并以牛鲨牙齿为原型设计仿生刀具,以牛鲨上颌齿和下颌齿为研究对象,利用扫描电子显微镜观察牛鲨牙齿的微观结构,利用能谱仪测试牙齿的元素组成。采用微观摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了牛鲨上颌齿、下颌齿的摩擦学性能,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牛鲨牙齿的磨损形貌。试验表明:釉质层由条状纤维束形成致密的结构,本质层为多孔结构,孔径范围在3~20μm,这些孔洞呈不规则的排布;能谱仪测试结果中,牛鲨牙釉质比牙本质中Ca、F含量高,氟和钙的组合效应可以帮助其在生存环境下有更好的耐酸性和硬度。牛鲨上下颌齿牙釉质磨斑表面有片状磨屑剥落,且有大量的细小磨粒,上颌齿磨损体积约为1.72×10~7μm~3,主要是磨粒磨损;下颌齿出现明显裂纹,磨损体积约为2.11×10~7μm~3,比上颌齿的磨损体积大。上述结果为新型刀具的仿生设计提供理论依据。     

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。     

提高耐磨与破碎性的仿生凹坑形磨辊设计与试验

为了提高水泥辊压机磨辊的耐磨性与破碎性,以仿生非光滑理论为指导,在磨辊表面设计并加工出具有不同直径、不同深度、不同轴向间距及周向个数的仿生凹坑形结构,根据正交表编制试验方案并对磨辊进行磨损及破碎性试验。试验结果表明,仿生凹坑形结构可以有效提高磨辊的耐磨性与破碎性。相对于标准磨辊,其耐磨性最大提高29.06%,破碎性最大提高18.7%。当仿生磨辊的凹坑直径为8 mm、凹坑深度为2 mm、轴向凹坑间距为16 mm、周向凹坑个数为12时,是兼具耐磨性及破碎性的最优辊。通过有限元方法对磨辊所受应力进行分析时发现,合理的仿生凹坑形结构可以优化磨辊表层受力,减少磨辊磨损;磨辊挤压石英砂破碎时受到的最大挤压力是影响其破碎性的重要因素。通过单颗粒石英砂破碎试验可知,仿生凹坑形结构减少了石英砂对其表面的刻划,分散了石英砂对其表面的挤压力,提高了磨辊的耐磨性及破碎性。     

高效打蛋破壳刀片渗硼与渗钒处理后微观组织与性能变化

刀片卷刃和刀片磨损是破壳刀片的两大失效形式,这将决定着破壳器的使用效率。其中延长破壳刀使用寿命的有效解决方式便是提高材料硬度并保持其韧性。为此,该研究采用渗硼和TD渗钒2种工艺对2Cr13不锈钢破壳刀进行处理,以提高刀片的耐磨性,并对处理后的组织结构、机械性能以及摩擦性能进行研究。采用扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）和X射线能谱分析（Energy Dispersive Spectrum, EDS）从截面对涂层的厚度、组织和化学成分进行分析,利用X射线衍射仪（X-ray Diffraction, XRD）从表面对材料的晶体结构进行分析。结果表明,在2Cr13不锈钢破壳刀表面成功实现渗B与渗V处理,并有较好的附着性。处理后涂层厚度分别为15与5 μm,渗钒涂层较薄是由于大原子半径使得扩散迟缓,通过相关涂层含量也可以证实,其中渗B涂层原子百分含量为30%,而渗V涂层含量为12.3%。根据XRD,渗B涂层主要由FeB、Fe2B、Fe3B组成,而渗V层主要由VCx组成,这些硼化物和碳化物是通过扩散与内部原子反应生成的。采用0.49N载荷对涂层和基体硬度进行测量发现渗B层和渗V层的硬度分别为1 554和1 037 HV,因此硼化物和碳化物的高硬度使得硬度相对未处理前提升了2～3倍,其中VCx导致渗V层硬度相对较低。为进一步探究机械性能采用纳米压痕试验对纳米硬度、弹性恢复系数（We）和能量耗散系数（Kd）进行测量,结果发现纳米硬度和显微硬度值接近,渗B层的弹性恢复能力较渗V层强,但是渗V层表现出更好的塑性变形能力。摩擦试验表明渗V层摩擦系数为0.5相对渗B层的0.68更低,但是在非冲击载荷下渗B层因为硬度高将具有更好的耐磨性。综合厚度和机械性能考虑,渗V层良好的塑性变形能力将在抗刀头卷刃上更有优势,而渗B层因为较高硬度则在稳定负载下具有更好的耐磨性。     

Ni-P-纳米SiC化学复合镀层耐磨性能的研究

在普通Ni-P-SiC化学镀工艺基础上,添加纳米SiC微粒,采用超声波分散工艺,基于单因素试验结果,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,探索试验参数对复合镀层性能的影响规律。结果表明：镀液pH=6±0.5,施镀温度为(86±1)℃,镀液中纳米SiC浓度为3 g/L时,所获得的复合镀层经480℃热处理后显微硬度达1700 HV,复合镀层耐磨性最好。     

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。     

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。     

Fe-Cr-C-V等离子堆焊层改善旋耕刀耐磨性和冲击韧性

为解决农机触土部件耐磨性差、失效频繁等问题,该文采用等离子堆焊技术在65Mn钢基体上制备Fe-Cr-C-V堆焊层;利用金相显微镜、X射线衍射仪分析了堆焊层的显微组织和物相构成;利用显微硬度计、往复式摩擦磨损试验机、自制土槽磨损试验机、冲击试验机等设备测试了堆焊层的显微硬度、耐磨性及冲击韧性。结果表明,堆焊层与基体呈良好的冶金结合,Fe-Cr-C-V堆焊层主要由α-Fe、Cr7C3、M7C3([Fe,Cr]7C3)、Fe-Cr固溶体、VC等组成。与65Mn淬火钢相比,Fe-Cr-C-V堆焊层的维氏硬度提高了75%,磨损质量降低了约67%。与Fe-Cr-C堆焊层相比,Fe-Cr-C-V堆焊层维氏硬度提高了HV0.5100,冲击韧性提高了21%。与常用的65Mn铲尖相比,有Fe-Cr-C-V堆焊层的深松铲铲尖磨损质量减少了78%,与常用60Si2Mn旋耕刀相比,有Fe-Cr-C-V堆焊层的旋耕刀平均磨损质量减小约50%。该研究可为延长旋耕刀使用寿命提供参考。     

泥石流防治工程混凝土材料的抗冲磨性能

[目的] 开展在混凝土中复掺纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维等材料,增强工程耐磨性的试验研究,探讨复掺材料掺量变化影响抗冲磨强度的规律,旨在为泥石流防护工程建设中抗冲磨混凝土的配合比设计提供科学参考。[方法] 采用正交试验设计的水下钢球法对混凝土试件进行水下冲磨试验,得出了复掺纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维的混凝土试件的抗冲磨强度。[结果] 在选定的掺量范围内,混凝土试件的抗冲磨强度随纳米二氧化硅的增加先增大再减小,在掺量为1.5%时达到最大值;随微硅粉的增加而增大,在掺量为12%时达到最大值;随聚丙烯纤维的增加先减小再增大,在掺量为1.8 kg/m³时达到最大值;随着引气剂的增加先减小再增大,在掺量为0.005%时达到最大值。[结论] 影响混凝土抗冲磨性能最为显著的因素是纳米二氧化硅掺量,其次是聚丙烯纤维,再次是微硅粉,最后是引气剂。     

一种新型农用高扬程大流量活齿齿轮转子泵的流量特性研究

针对农业排灌机械的要求和特点，提出并分析了一种可广泛应用于农业生产的压力输送泵——活齿齿轮转子泵的结构形式及工作原理，分析了径向间隙自动补偿的实现方式，推导出了平均流量和瞬时流量公式，研究了该泵的流量特性。结果表明该泵具有流量大、流量脉动小、工作轮齿间无啮合力、运行平稳、噪声低、机械效率高及径向间隙可以自动补偿等诸多优点。在一定条件下，该泵可作为高扬程大流量农用水泵或两相流的压力输送泵，具有广阔的应用前景。     

不同材质仿生凸齿镇压器滚动件的模态分析

为了探讨由不同材质组成的仿生凸齿滚动件,在镇压作业时对脱土和土壤表面微形貌加工性能的影响,利用Autodesk Algor Simulation软件,对铸铁材料和UHMWPE—铸铁组合材料仿生结构滚动部件进行了模态分析。取前8阶模态,对2种滚动部件的固有频率和最大振幅做出对比,并考察滚动部件不同位置处的振幅。结果表明,UHMWPE—铸铁组合材料滚动部件在前8阶模态下各阶模态的最大振幅均大于铸铁材料滚动部件,增幅为5.716～30.077mm;UHMWPE—铸铁组合材料滚动部件更容易在相对较低的频率下获得更大振幅;在靠近辐板圈中部,即传递到牵引机构件处,UHMWPE—铸铁材料滚动部件平均振幅比铸铁材料滚动部件小0.213mm。由此可得出以下结论:相对于铸铁材料滚动部件,UHMWPE—铸铁组合材料滚动部件可在更好地保证牵引稳定性的前提下,在镇压作业时,能增强其仿生凸齿尖端处的脱土潜力,并保障对土壤表面所加工微形貌的强度。这为仿生凸齿镇压器材料的选择、牵引装置行驶速度的设定以及滚动部件上激励装置的设置提供了参考。     

铲齿-双滚筒组合式花生捡拾装置研制

两段收获是国内花生机械化收获主要方式。大中型花生捡拾收获机所配置的弹齿滚筒式捡拾装置结构复杂且易损坏,捡拾过程中不仅存在植株抛起、壅堆、漏捡和掉果等问题,弹齿弹出地面时也会造成扬尘,严重制约了花生收获作业效率、增加花生损失,加剧环境污染。针对上述问题,该研究在分析弹齿滚筒捡拾花生过程基础上,提出了由铲齿、拨秧滚和捡拾滚（简称双滚筒）构成的花生捡拾机构,研制出相应的捡拾装置样机并进行田间性能试验;基于Box-Behnken中心组合设计原理,以植株捡拾率和荚果落果率为试验指标、以机组前进速度、捡拾速比和铲齿半径为试验因素进行了正交试验,并对试验因素进行优化。试验结果表明,铲齿-双滚筒组合式花生捡拾装置作业中不存在植株抛起、壅堆和弹齿扬尘等问题;在田间试验条件下,作业速度为1.2 m/s、捡拾速比为1.2、铲齿半径为498 mm时,花生植株捡拾率高于99.22%,落果率低于1.84%,均优于花生捡拾作业标准要求。铲齿-双滚筒研究结果对解决国内花生捡拾收获机存在的捡拾问题具有重要意义。     

耙齿式垄作花生残膜回收机设计及参数优化

为解决垄作花生收获后残膜回收问题,针对耙齿式残膜回收机进行试验研究及参数优化使其适用于垄作花生残膜回收。针对主要工作部件进行研究,确定整机结构参数。前、中、后耙齿直径分别为10、8、8 mm;耙齿材料为65号锰钢;耙齿入土角度α范围为10°~35°;3排齿的齿间距分别为120、100、80 mm;对机具前进速度,耙齿入土深度,耙齿曲率半径进行试验且做了MATLAB四维切片和响应面分析,可知3个因素对残膜回收率均有显著影响,影响程度依次为:机具前进速度耙齿入土深度耙齿曲率半径。应用Design expert寻优功能进行优化,优化后机具前进速度1.2 m/s,耙齿入土深度11 mm,耙齿曲率半径222 mm,残膜回收率为93%。经田间试验验证,证明了该优化方案的可行性,将为相关设备的改进提供理论依据。     

耙齿式残膜回收机自动脱膜机构设计

针对耙齿式残膜回收机回收残膜后缺乏自动脱膜机构的现状,设计了耙齿式残膜回收机自动脱膜机构.分析平行四连杆脱膜机构的运动稳定性可靠性及脱膜顺畅性,设计液压装置进行脱膜,并在试验的基础上优化机构,对不同形式刮板进行试验及分析并最终设计适合耙齿式残膜回收机的“倒八字”型刮板.针对影响自动脱膜机构工作效率的关键部件和影响因素分析其运动及受力情况,对“倒八字”型刮板进行影响因素的响应面分析.可得齿板距、刮板角度、脱膜夹角为显著影响的因素,且影响强弱关系为齿板距＞刮板角度＞脱膜夹角.综合考虑后得到的最佳参数组合为齿板距2mm、刮板角度70°、脱膜夹角60°.该研究可为相关设备的设计提供参考.     

柔性齿与刚性齿脱粒水稻功耗比较分析与试验

柔性脱粒能减少刚性脱粒冲击所带来的水稻籽粒破损,对柔性脱粒的研究与应用早已引起了农机研究者的广泛关注。为了比较柔性齿滚筒与刚性齿滚筒脱粒水稻的功耗差异,该文将脱粒滚筒视为刚体,脱粒齿视为弹性体,脱粒过程视为柔性脱粒齿对水稻籽粒的碰撞冲击过程,通过分析比较刚性齿与柔性齿脱粒过程中冲量矩及对水稻籽粒打击力,建立了刚性齿脱粒滚筒与柔性齿脱粒滚筒的功耗模型,同时通过对刚性和柔性脱粒过程碰撞冲量和动能损失的分析比较,从理论上证明了柔性齿脱粒相对于刚性齿脱粒具有动能损失小、功耗低。试验结果表明在喂入量相同情况下,脱粒齿直径相同的刚性齿滚筒比柔性齿滚筒的转矩大,消耗的功率也大,验证了柔性脱粒能降低打击力与功耗的理论分析结果。     

The coincidence between a distinct accessory groove in young dugong teeth and a tropical cyclone

Four queensland dugong skulls from animals which died on known dates in 1965, all having permanent incisor growth layer numbers of 2 or less, were used to establish the coincidence between a disturbance mark in the teeth and a tropical cyclone. Two had a distinct accessory groove in the last complete ridge to be deposited, and this was present but less distinct in the third. Since growth layers are now known to be annual, the deposition times of ridge and groove material during 1965 were estimated using additional material, and the possible time of formation of the accessory groove determined as January to March. The fourth animal showed no accessory groove. The growth disturbance causing the accessory groove must occurred before or about the time of its birth, estimated as the end of January 1965 at the earliest. Cyclone Judy occurred at that time and its relevance is discussed.     

刀齿排布旋向对免耕覆秸精播机清秸单体性能的影响

为探寻定轴钢齿种床整备装置作业执行部件清秸单体因刀齿排布旋向不同而对其作业性能及负载的影响,该文在介绍左、右螺旋清秸单体的机构组成及工作原理的基础上,理论分析确定其等距切土节距条件,依此确定了玉米大垄双行清秸单体参数,并进行运动学仿真,仿真验证了等距切土节距条件的正确,并对比分析总结两者打击规律:刀轴纵向前进,侧向旋转,刀齿按序号1~9次序依次与地面进行打击,左旋清秸单体刀齿沿作业方向打击位置排序为186429753,右旋清秸单为594837261,单头螺线刀齿打击方向,左旋清秸单体与作业方向相同,打击间距等于4个节距,整体采用反向插补式打击;右旋清秸单体与作业方向相反,打击间距等于2个节距,整体采用推进式打击,且两者具有相同的螺旋进距及切土节距。利用仿真模拟及田间试验的方法对两者的载荷状况及作业性能进行对比分析,左、右螺旋清秸单体仿真切土平均阻力及离散度分别0.0658 k N、66.2及0.062 k N、60.1;田间扭矩消耗均值、标准差及根茬清除率分别为64.6 N·m、7.2、93.8%及62.7 N·m、5.1、95.3%,右旋清秸单体所有评价指标除根茬清除率外皆小于左旋清秸单体,表明右旋清秸单体具有较小的载荷消耗、载荷波动及较佳的作业性能。该研究可为具有排布特性的土壤耕作机具研究提供参考。