超高分子量聚乙稀(UHMWPE)及其复合材料的土壤粘附

利用正交试验设计理论,研究了试验因素（如土壤水分、载荷、载荷作用时间）及其交互作用对土壤在超高分子量乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）及其基复合材料及４５钢,表面粘附力的影响,得到了粘附力与试验影响因素间的回归方程。研究结果表明：在所考察的试验因素中,含水量对粘附力的影响最大,其次为土壤载荷和载荷作用时间。各影响因素对土壤在不同材料表面粘附的影响程度不同。研究结果同时表明：各因素间的交互作用对不同材料的土壤粘附力影响不同,反映了固体表面的热力学状况对土壤粘附力的影响。     

钢的显微组织对其土壤粘附特性影响的研究

本文对土壤粘附系统动态过程进行分析,并研究了钢中不同显微组织试样的粘附特性及其随土壤含水量、载荷、加载时间等因素变化的规律。结果表明,显微组织对粘附力有影响:马氏体低温回火与高温回火组织的粘附力较低,而中温回火组织的粘附力较高。     

土壤粘附规律的化学吸附分析

用以化学吸附为主的土壤粘附模型，对法向粘附、切向粘附和无水情况下的粘附规律以及界面压力、加压时间、温度变化等因素对粘附力的影响进行了分析，该粘附机理不仅能够很好地解释粘附规律，而且还能对已有粘附理论尚解释不清的粘附现象，如土壤机械组成、矿物质组成与粘附力的关系，粘附力与吸附阳离子的关系，ｐＨ值对粘附力的影响等作出解释。在此基础上，作者根据这一模型提出了改变触土部件表面材料组成、触土部件非光滑表面仿生改形和电渗减粘脱土的有效方法     

钢铁的表面电位及其土壤粘附特性

在金属／土壤粘附系统中由于界面水膜而存在着电化学反应。该文研究了犁壁用钢土壤粘附特性与其表面电位的关系。结果表明，钢铁的表面电位能在一定程度上较好地反映出其土壤粘附性能。在试验条件下，试样的粘附力与表面电位符合二次曲线关系，表面电位越低，试样对土壤的粘附力越小。与目前已知的粘附性能评定方法相比，表面电位测定法具有数据稳定和试验周期短的优点。     

土壤粘附机理的化学吸附分析

在对已有土壤粘附机理进行综合分析的基础上，从结构化学和量子力学的统计效应出发，对参与粘附的各种因素———土壤表面性质、触土部件表面特性、土壤水中各种离子的性质进行了全面分析，从化学吸附角度，提出了以化学吸附为主的土壤粘附机理。该模型认为土壤与触土部件金属材料表面的粘附力是由土壤与金属表面间的化学吸附力（包括物理吸附力）、土壤水在金属与土壤之间形成的化学吸附力（宏观上表现为毛细管力）和水的粘滞阻力三部分组成     

粘附界面土壤表层形态的研究

土壤与固体外物表面进行粘附过程中,粘附界面土壤表层形态发生相应变化,并与土壤特性和试验条件等因素有关。作为仿生减粘脱土研究的一项重要基础工作,作者利用扫描电镜对粘附界面土壤表层形态进行了研究,探讨了法向载荷、土壤含水量、固体表面与土壤的相对运动方式等对土壤表层形态的影响。     

35钢粘附特性研究

应用回归设计技术,探讨了35钢与土壤粘附特性及其影响因素。研究表明:热处理工艺能改变试样的粘附特性;在硬度较高或存在游离铁素体的条件下,硬度对粘附力的影响不同;金属材料与液体间的固—液接触角是影响粘附力的较主要因素;铁素体双相组织能降低粘附力值。     

土壤对固体材料粘附力的理论分析

土壤对固体材料的粘附力包括分子引力、独立水环引力和水膜粘滞力。利用Lifishitz宏观物体间分子作用理论推导出土壤粘附的分子引力;从土壤粘附系统能量出发,推导出土壤粘附的独立水环引力,并能有效地解释水与固体材料接触角在0～180°范围内土壤对固体材料的粘附规律,分析了土壤粘附的水膜粘滞力与水膜厚度的关系。     

犁壁材料表面特性与土壤粘附间的关系

选取机引犁壁和畜力犁壁，研究其表面特性与土壤粘附间的内在联系。首次将材料的土壤粘附特性与表面电化学现象联系起来，从理论与试验的结合上证明提高材料的耐蚀性有利于金属材料表面减粘脱土，为触土部件的材料选取、成分优化以及铁基减粘材料的研制提供了简捷有效的参考指标和理论依据     

土壤颗粒尺寸分布及维及对粘附行为的影响

依据Ｔｙｌｅｒ和Ｗｈｅａｔｃｒａｆｔ推导的土壤颗粒累积质量一尺寸标度关系，计算了我国主要土壤的颗粒尺寸分布（ＰＳＤ）分维，结果表明，淡栗钙土，黄绵土，黑垆土，褐土（Ｌｕ土）潮土，灰漠土，黑土，黄棕壤，黄壤，红壤及赤红壤（砖红壤）的ＰＳＤ分维依次增大，土壤粘粒含量增加使其ＰＳＤ分维增大。结合土壤颗粒表面分形特性及土壤粘附的基本原理，探讨了土壤ＰＳＤ分维对土壤－固体表面粘附行为的影响。ＰＳＤ分维高的土     

土壤—固体表面粘附行为的热力学分析

依据界面热力学原理对土壤—固体表面粘附行为进行了分析。土壤粘附强度主要由毛细管作用力和界面水膜粘滞力构成,固体表面性质对其产生影响。本文还讨论了土壤动物体表特征,其体表憎水性、体表液的低粘滞性和亚宏观到微观层次上的非光滑结构是重要的表面特征。     

活动苗盘脱苗力学分析及粘附力影响因素试验研究

为解决钵苗移栽过程中,因苗钵与苗盘间粘附力导致取苗过程中苗钵破损,进而影响取苗成功率及栽后幼苗长势的问题,对活动苗盘开启脱苗时苗钵和苗盘侧板进行受力分析并对苗钵与侧板间粘附力影响因素进行研究。发现苗钵粘附力与苗盘开启峰值力之间存在正相关关系,苗盘侧板倾角与苗钵粘附力呈负相关关系,苗盘开启部件速度和基质含水率与苗钵粘附力呈正相关关系。为进一步研究各因素对苗钵粘附力的影响规律,以苗盘开启峰值力表征苗钵粘附力作为优化指标,以苗盘侧板倾角、苗盘开启部件速度和基质含水率为试验因素,利用响应曲面方法进行优化试验设计,同时测算各试验组合中苗钵基质损失率。当苗盘侧板倾角为9.24°、基质含水率为55%、苗盘开启部件速度为7.98 mm/s时,苗盘开启峰值力可以达到最小值6.97N,即苗钵与侧板间粘附力达到最小值;应用优化后调整的参数进行的验证试验表明:苗盘脱苗开启峰值力最小值为7.12 N,相对预测值误差为2.1%,苗钵基质损失率为3.14%,相较于优化前最低4.39%的基质损失率,基质损失率明显降低,证明了粘附力变化影响苗钵基质损失率。该研究结果可为进一步研究钵苗移栽过程中基质损失机理提供理论支撑。     

收获机振动筛振动参数影响不同湿度脱出物粘附特性

针对水稻脱出物表面湿润、黏性大的物料特性,以及易粘附在振动筛和抖动板上、诱发清选堵塞和夹带损失的技术难题,该文利用自制直线振动试验台架,研究了振动筛振动参数对水稻脱出物界面粘附特性的影响。以2种湿度水稻脱出物为试验对象,选取振幅、振动频率、振动角度为影响因素,以单位面积粘附量为试验指标,通过单因素试验分析了各因素对试验指标的影响规律,确定了各因素较优水平区间;通过正交试验设计及分析,得到2种湿度脱出物单位面积粘附量关于3个振动参数的数学模型,以及各因素对2种湿度脱出物单位面积粘附量影响的主次顺序,根据响应面分析比较,进一步证明了湿度是影响脱出物粘附特性的重要条件,与低湿度脱出物相比,高湿度脱出物的界面粘附更严重;低湿度脱出物单位面积粘附量的最优振动参数组合为振幅60 mm,振动频率6 Hz,振动角度50°;高湿度脱出物单位面积粘附量的最优振动参数组合为振幅50 mm,振动频率7 Hz,振动角度50°。研究结果可为水稻收获机振动筛的粘附界面调控及脱附界面构建提供参考。     

土壤颗粒尺寸分布分维及对粘附行为的影响

依据Tyler和Wheatcraft推导的土壤颗粒累积质量—尺寸标度关系,计算了我国主要土壤的颗粒尺寸分布(PSD)分维,结果表明:淡栗钙土、黄绵土、黑垆土、褐土((土娄)土)、潮土、灰漠土、黑土、黄棕壤、黄壤、红壤及赤红壤(砖红壤)的PSD分维依次增大,土壤粘粒含量增加使其PSD分维增大。结合上壤颗粒表面分形特性及土壤粘附的基本原理,探讨了土壤PSD分维对土壤—固体表面粘附行为的影响。PSD分维高的土壤与固体表面粘附力大,与固体表面发生明显粘附的起始含水量提高,发生明显粘附的含水量区间增宽。     

土壤粘附研究概述

土壤对地面机械的粘附是亟待研究和解决的重大科研课题。本文综合有关文献资料,简要地叙述了土壤粘附研究的主要内容及其历史,并对土壤粘附研究的现状和前景作了阐述。     

北京市农田土壤有机碳密度空间变异及影响因素

探明区域农田土壤有机碳密度（soil organic carbon density, SOCD）空间分布特征及其影响因素对增加农田土壤碳汇、实现“双碳”目标具有重要意义。该研究以北京市为研究区,基于2022年采样实测的0～60 cm各层SOCD数据,采用3D概念模型、Mantel test、地理加权回归、地理探测器模型开展SOCD空间变异分析,探究不同因素对SOCD的影响程度及各因素间交互后的作用力。结果表明：1）研究区SOCD在空间上呈自表层向深层逐渐降低的趋势,其中0～15 cm土层的SOCD显著高于30～60 cm（P < 0.05）,0～60 cm土层的有机碳储量约为10.80 Tg。2）土壤含水率、土壤亚类、地形部位分别对0～15、15～60、45～60 cm土层的SOCD产生了显著影响（P < 0.05）;土壤亚类、土壤母质、土壤质地、地形部位与SOCD的空间关联性较强,关联程度自表层向下逐渐增大。3）各重要因子交互后对研究区SOCD的解释能力呈双因子增强或非线性增强的关系,土壤亚类与其他各因子交互后对SOCD的解释能力提升最为突出。今后研究区内开展土壤有机碳空间变异等相关研究时应尽可能综合考虑多因素间的交互作用,其中土壤亚类（土壤类型）可作为重点指标。研究结果可为优化农田资源空间结构,制定农田固碳增汇措施提供科学参考。     

蚯蚓仿生注液沃土装置设计与试验

蚯蚓吞噬土壤,构建洞穴,发挥了肥沃土壤的重要作用。该文借助工程仿生技术手段,运用计算机图像处理技术对蚯蚓头部、体节轮廓图像进行量化分析,提取并拟合蚯蚓头部和体节的轮廓曲线,构建注液沃土装置的仿生几何结构表面。仿蚯蚓背孔排布方式设计了3孔和6孔注液型沃土装置,以UHMWPE为材料制备样机,并采用农机土槽试验系统开展注液沃土装置样机选型试验,考察孔数、是否注液、材料、表面结构4个参数对工作阻力和土壤粘附量的影响。试验结果表明,各参数对工作阻力的影响程度依次为:注液孔数材料表面结构;对土壤粘附量的影响程度依次为:表面结构孔数材料注液。从8类样机中确定的优选类型为:有6个注液孔、UHMWPE材质且具有仿生几何结构表面的仿生注液沃土装置。对选定的样机进行验证,结果表明:在相同试验条件下,该样机的平均工作阻力为283.48 N,平均土壤粘附量值为10.93 g,均低于其他类型样机。该研究工作可为实施机械化沃土工程提供技术参考。     

保护性耕作农田抗风蚀效应多因素回归分析

为定量评价风洞中心风速、留茬高度、植被盖度及交互作用对保护性耕作农田风蚀的影响,按均匀试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,完成了保护性耕作农田抗风蚀效应多因素试验。用偏最小二乘回归（PLSR）理论,建立了保护性耕作农田土壤风蚀模型。分析表明：各因素对输沙率作用的主次顺序依次为：中心风速、植被盖度、留茬高度;对截留率作用的主次顺序依次为：留茬高度、植被盖度、中心风速;各因素对输沙率、截留率交互作用规律相同,由主到次为：留茬高度×植被盖度、中心风速×植被盖度、中心风速×留茬高度。结果证明,保护性耕作农田的抗风蚀机理,不仅受单因素的影响,还与中心风速、留茬高度、植被盖度间的交互作用关系密切。     

披碱草种子的气流冲击式转筒干燥试验

为研究气流冲击式转筒干燥结构参数（喷管直径、喷嘴高度与喷管倾角）与工艺参数（风温、风速与转筒转速）变化对牧草种子干燥速率与发芽率的影响,该文将气流冲击式转筒干燥技术应用于披碱草种子干燥,并通过Design-Expert 7.0软件对试验进行优化设计,建立了试验条件范围内平均干燥速率的预测模型。试验结果表明：气流冲击式转筒干燥技术可较好的应用于披碱草种子的干燥,干燥后的披碱草种子达到了国家一级种子标准;在试验条件范围内,风温、风速、风温和分支喷管倾角交互作用、风速和转筒转速交互作用对平均干燥速率的影响显著,影响大小依次为：风温＞风速＞风速和转筒转速交互作用＞风温和分支喷管倾角交互作用;各因素及其交互作用对发芽率的影响不显著。该研究为气流冲击式转筒干燥技术应用于种子的干燥提供了技术依据。     

非光滑表面电渗减粘脱土原理的试验研究

在土壤动物减粘脱土机理研究的基础上,提出了一种有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的新方法—非光滑表面电渗减粘降阻技术,并对其减粘脱土效应及规律作了基础性研究,同时设计并优化了非光滑表面电渗极板面积。