农用柴油机抗磨铸铁气缸套的研究

气缸套是发动机的重要摩擦副之一,它的抗磨性能直接影响着发动机的寿命。由于农用柴油机经常处于尘埃较多的场合工作,所以其磨损更快。该文旨在强化气缸套以延长其使用寿命。研究采用在铸铁中加入各种合金元素使其在较软基体上生成高硬度点。这是一种既可保证一定的储油能力减少磨损又因具有硬质点而提高抗磨能力的有效方法。     

小麦叶蜡作润滑添加剂改善钢-铜摩擦副的摩擦性能

为减少环境污染,寻找并研究环境友好型可降解润滑剂具有重要的研究意义。该文将小麦叶表蜡质提取物作为聚α烯烃(poly-α-olefin,PAO)润滑油添加剂,通过MFT-R4000型往复摩擦磨损试验机测试了该提取物作为添加剂对钢-铜摩擦副的摩擦学性能的影响。利用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和X射线能谱仪(energy-dispersive Xray spectroscopy,EDS)观察并分析了磨斑表面的形貌和元素组成。结果表明,相比于PAO,利用小麦叶表蜡质(wheat leafsurface wax,WLW)作为添加剂摩擦系数降低了25%,磨损体积减小约70%;其摩擦系数与二烷基二硫代氨基甲酸钼(molybdenum dialkyl dithiocarbamate,Mo DTC)接近,较其他对比添加剂具有更优异的减摩性能;与丙三醇(glycerol,GLY)和硬脂酸(stearic acid,SA)复配后作添加剂的减摩抗磨效果相当。EDS分析结果表明,添加小麦叶表蜡质的油样磨损表面与基础油相比富集了更多碳元素。另外,通过气质联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)分析小麦蜡质成分及含量,其中近60%为脂肪醇和脂肪酸。小麦叶表蜡质作添加剂显示出优异的摩擦性能归功于其在接触表面形成的保护吸附膜,提高了PAO的抗磨和减摩性能。该研究为从植物体中获取绿色可降解添加剂的研究提供了参考,也为植物叶片的经济利用提供了研究方向。     

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。     

发动机燃用生物柴油的可靠性

进行了柴油机燃用B5生物柴油的1 000 h可靠性台架试验,测量了可靠性试验前后发动机的燃油消耗、机油消耗、功率、扭矩、活塞漏气量、排气温度等参数,进行了发动机润滑油的色谱分析以及发动机的主要零部件的拆检和分析。试验结果表明：可靠性试验后发动机的燃油消耗和机油消耗均有所增加,活塞漏气量有所升高,功率、扭矩和排气温度略有下降;B5生物柴油与柴油的CO等气体排放相差不大;发动机喷油器、气门、活塞顶面等主要零件部存在积碳,活塞环与气缸套等零件磨损正常。     

汽油机燃用汽油酒精混合液的研究

本文叙述了汽油酒精混合液的燃料特性、汽油机的改装、发动机燃用混合液的台架性能、汽车道路引驶性能、以及混合液对发动机主要零件腐蚀磨损的影响等项的试验研究。认为汽油机改燃15～20％85～90°酒精与低牌号无铅汽油的混合液是当前符合中国国情的代用燃料。设计与改装了两种方案的汽油机结构,经发动机台架及五万公里的汽车道路行驶试验,实践表明其性能及使用效果良好;混合液对发动机内部主要零件无明显的腐蚀与加重磨损。     

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。     

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。     

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。     

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。     

聚合物基复合材料发动机体的模态试验分析

该文针对复合材料发动机的振动问题,进行了试制的复合材料发动机体的模态试验研究,并利用计算机模态分析系统获得其前5阶模态参数及振型。试验表明,复合材料发动机机体的固有频率较金属机体高,同时因为机体复合材料属高内阻尼材料,它的黏弹性能有助于增加振动阻尼,因此,复合材料发动机机体具有优良的减振降噪性能;复合材料发动机机体的横向振动是比较严重,需要采取措施改善横向振动特性。试验结果为其结构的改进设计提供了依据。     

纳米二氧化钛抗菌防雾膜的制备表征及对草莓的保鲜效果

为延长果蔬的货架期,制备了由防雾剂(司班-20和吐温-20)和纳米二氧化钛组成的防雾膜。测定了该膜的光学性能、防雾性能、水蒸气透过率(WVTR)、接触角(CA)、扫描电镜(SEM)等性能,并与对照膜进行了比较。研究表明,P-ST膜和P-ST-Ti O2膜均有具有良好的防雾性,但P-ST-TiO_2膜的防雾性更加稳定长效。P-ST-TiO_2膜的接触角最小为12.5°,水蒸气透过率最高达到4.871 g/m2·d。通过添加纳米二氧化钛,P-TiO_2膜和P-ST-TiO_2膜均具备了紫外线阻隔性。草莓保鲜试验显示,P-ST-TiO 2膜可在室温下延长草莓货架期1周。P-ST-Ti O2膜可作为一种有潜力的防雾包装材料来提高果蔬的货架期。     

基于膨胀比的自由活塞发动机理想热力循环分析

为提高传统发动机的热效率,降低燃料消耗成本,减少尾气排放,该文建立了基于增压中冷和Atkinson循环的四冲程自由活塞发动机理想热力循环模型,着重分析了膨胀比对自由活塞发动机热力过程的影响,提出了膨胀极限的概念,通过数值模拟方法对膨胀比与发动机热效率关系进行了仿真研究和试验验证,结果表明,通过增大膨胀比可使发动机的热效率提高10%;膨胀终了温度降低500K以上。研究结果可为自由活塞发动机在混合动力车辆上的应用提供参考。     

生物柴油对能源和环境影响分析

生物柴油是从植物或动物脂肪酸通过酯化反应而得到,由于生物柴油无毒,可生物降解和可以再生,因此受到越来越多人的关注。生物柴油的性质和普通柴油非常相似,它能直接被用到发动机上而不需要改动发动机的结构。该文基于美国能源部对生物柴油的统计数据,利用生命循环分析法,对生物柴油从生产到消耗的生命循环中的能量消耗和产出、循环中的排放以及生物柴油汽车尾气排放等方面进行了分析。生命循环开始于普通柴油或生物柴油生产的原料提取,结束于成品油在发动机上的使用。只有分析生命循环中的所有过程,才能确定它对自然环境总量的影响。例如研究温室效应就要对整个生命循环中CO₂的排放进行分析。该文利用生命循环分析法分析了在生产生物柴油或柴油生命循环过程中的能量平衡、温室气体排放及对气体和固体污染物排放,提供了生物柴油生产过程和在发动机上使用的详细数据。分析结果表明∶生物柴油循环的石化能效比大大提高,大约是柴油的4倍;生物柴油循环中CO₂排放大大降低,大约降低了78.4%;发动机排气管有害物质的排放中,除NO_x排放增加8.89%外,CO、HC、PM等有害物质的排放大大降低（分别降低了46%、37%和68%）。     

铸铁零件电弧喷涂前的喷砂预处理工艺研究

应用二次旋转组合试验进行试验设计，建立了喷砂距离、喷砂压力、喷砂角度与涂层和基体间结合强度的数学模型。通过降维分析法分析了双因素组合与结合强度之间的关系。结果表明：选用优化的预处理工艺进行粗化，可提高电弧喷涂涂层与基体铸铁的结合强度，满足一般使用要求。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

碳化钨颗粒─高铬铸铁表面耐磨复合材料的试验研究

为提高农机具的耐磨性,采用铸造表面合金化工艺在铸铁表面获得一层碳化钨颗粒－高铬铸铁复合材料,并研究了影响复合材料质量的因素及其耐磨粒磨损性能。结果表明,对表面复合材料质量最有影响的是铁水的浇注温度;与淬火６５Ｍｎ钢相比,复合材料的耐磨粒磨损性能提高了１．８～５．３倍。田间试验也表明,在灰铸铁表面铸造耐磨复合材料工艺能明显提高农机具的使用寿命。     

压缩空气发动机工作过程分析

压缩空气发动机是一种采用压缩空气直接膨胀做功的"绿色"发动机。若将压缩空气发动机作为车辆动力源,可缓解传统内燃机车辆的尾气污染问题。然而,压缩空气发动机工作效率偏低,难以替代传统内燃机作为车辆主要动力。为提高压缩空气发动机工作效率,了解压缩空气发动机工作过程能量损失的产生机制以及其变化规律,该文应用热力学理论和分析方法对其工作过程损失分布进行了研究,并利用试验数据验证了压缩空气发动机效率变化规律。结果表明:由于节流以及高压、低温尾气排放等因素,压缩空气发动机工作过程损失主要存在于进气过程和排气过程,两者总共占进气总量的30%~40%;压缩空气发动机转速升高,进气损失和排气损失均增加;进气压力升高,进气损失减少,排气损失增加;进气温度升高,进气损失和排气损失均减少。从经济性考虑,压缩空气发动机应运行于低转速,且适当提高其进气压力和进气温度。     

小功率非道路用柴油机燃烧过程优化与降噪

为了保证4D29G31非道路用柴油机动力性、经济性以及有害物排放等满足限值要求的同时,降低燃烧噪声和降低整机噪声,该研究对缸内燃烧过程进行优化。通过对油嘴凸出量、喷油嘴孔数、喷孔直径和涡流比优化匹配,改善缸内油气混合和燃烧过程;通过对动态供油提前角的优化,缩短滞燃期,进而抑制快速燃烧期内的燃烧速率和压力振荡。各参数优化匹配后,标定工况下柴油机的最高燃烧压力和压力升高率与原机相比分别下降了18%和44.9%,整机噪声降低了0.73 dB;最大扭矩工况下柴油机的最高燃烧压力和压力升高率与原机相比分别下降了39%和40%,整机噪声降低了1.07 dB。研究可为小功率非道路用柴油机通过缸内燃烧过程优化降低噪声提供技术参考。     

自由活塞内燃发电机低速不稳定性影响因素分析

单缸低速试验表明,自由活塞内燃发电机低速模式缸内燃烧并不稳定,呈间隔循环着火。为探索其原因,构建了系统CFD(计算流体力学)模型,对比分析了自由活塞内燃发电机换气过程与传统二冲程内燃机换气过程之间的差异,通过计算解释了试验中着火不稳定的现象,并得到了换气过程中影响换气效果的关键因素是扫气箱容积变化率的结论。随后探寻改善自由活塞内燃发电机低速不稳定性的设计策略,在计算模型中进一步研究了动子(磁棒)直径、扫气箱容积、进气增压压力对换气过程的影响。研究发现:减小动子直径与缸径比、对进气增压能显著改善自由活塞内燃发电机的换气效果,而在保证提供充分混合气量基础上扫气箱容积的改变对换气效果影响不大。