土壤对固体材料粘附和摩擦性能的研究

本文从表面间相互作用的理论出发,探讨土壤粘附和摩擦的机理,并分析了土壤机械组成、土壤含水量、正压力和材料表面性质等因素对土壤粘附和摩擦性能的影响。     

仿生柔性技术减少煤粘附的试验

针对煤与工作部件表面的湿粘和冻粘问题,根据生物柔性脱附功能,设计了仿生柔性试件,研究了仿生柔性技术对煤的脱附效果。通过与45号钢的对比试验证明,湿粘时仿生柔性试件法向粘附力约为45号钢的60％,滑动阻力比45号钢小40％;冻粘时法向粘附力可降低80％,切向粘附力可降低75％。     

模型铲刀表面的法向压力及其土壤粘附

采用模型试验法，利用模型铲刀和小型压力传感器对模型铲刀表面的法向压力分布规律及土壤流动、粘附情况进行了试验研究，拟合出模型铲刀表面法向压力的回归方程。研究结果表明，法向压力在模型铲刀表面呈二次曲面分布，在模型铲刀的中部取得最大值。法向压力的变化引起土壤变形区域的含水量发生改变，导致土壤粘附主要发生在模型铲刀的上部和下部。     

高地下水位冻土区抛物线形渠道冻胀力学分析

考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设,提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法及抗裂验算公式.以河北某抛物线形渠道为例,分析衬砌截面轴力、弯矩及应力分布规律.结果表明:轴力自渠顶向渠底中部逐渐增大且均为压力;衬砌板主要在负弯矩作用下凸向内侧,仅在临近渠底时由负变正转而凸向外侧;由于存在拱效应,各截面均以压应力为主,仅渠坡中下部内侧及渠底中部附近外侧出现拉应力从而易导致开裂.分别应用直梁理论和曲梁理论计算衬砌板截面应力并进行对比分析.发现渠底中心附近曲率较大处两者相对误差可达11.78%,且直梁理论的计算结果量值偏小、安全性低,应当基于曲梁理论进行应力分析更加合理.     

给定转子动力学参数的离心泵内部流体力研究

通过数值模拟和试验,研究了涡动情况下偏心距和涡动频率比对离心泵内外特性的影响。在给定一系列转子动力学参数条件下,采用RNG k-ε湍流模型对包含前后泵腔在内的全流场进行数值模拟,分析了偏心距对离心泵外特性的影响和涡动频率比对离心泵内部流场的影响,研究了离心泵内部流体力的分布情况以及偏心距和涡动频率比对离心泵内部流体力的影响。研究结果表明:随着偏心距的增大,泵高效区范围变窄;流体力的法向分力Fn、切向分力Ft均与涡动频率比ω/Ω近似呈二次函数关系,这种二次函数关系与偏心距大小相关;叶轮受到的流体力主要来源于叶轮内部流体,且叶轮内部流体周向压力分布不均。对于离心泵来说,当ω/Ω>0时,叶轮内的旋涡较少,水力损失较小,对涡动效果有抑制作用;当ω/Ω<0时,叶轮内旋涡较多,水力损失较大,对涡动效果有促进作用。     

灌溉用压力调节器性能试验与受力分析

为了研究灌溉系统压力调节器的工作特性与结构参数的关系,对7种内置弹簧式规格的低流量压力调节器进行了调压特性试验,对压力调节器的弹簧参数与出口预置压力的关系以及内部运动部件的受力情况进行了分析.结果表明,压力调节器的出口预置压力越低,调压性能越优良,测得的临界工作压力与出口预置压力之差随着出口预置压力的增大而增大,并非常数0.034 MPa;随着出口预置压力的上升,内置弹簧丝直径越粗,弹簧自由长度越短,其弹簧刚度系数越大;压力调节器调节组件所受的初始弹簧力和最大弹簧力与出口预置压力存在近似的线性关系,而且在向压力调节器进口端运动的过程中,调节组件所受的弹簧力占其出口所受水压作用力从57.9%逐渐增大至66.5%,而密封圈摩擦力和橡胶膜片变形力之和占出口所受水压作用力则从39.9%下降至31.3%.     

乳液设备机械密封端面改型及冲洗降耗分析

针对乳液输送设备双端面机械密封主密封在实际运转中频现失效问题,采用端面螺旋槽造型技术对主密封进行端面改型,在考虑黏温关系的情况下,借助动网格UDF技术建立密封间隙液膜热流体计算模型,研究冲洗压力对液膜厚度、开启力、温度和冲洗液泄漏量等性能参数的影响规律,进行改型前后密封液膜热特性与冲洗液参数关系及端面摩擦功耗的对比分析.研究表明:冲洗压力增大,密封间隙膜厚减小,膜压增大,膜温升高,冲洗液泄漏量增大;主密封端面改型后,密封端面周向平均温度明显降低,随冲洗压力增大而增大的幅度明显减小,以及受温度、流量的影响程度也明显降低,且密封稳定性增加;同工况下,冲洗压力可降低0.1~0.5 MPa,达到延长密封寿命和显著降低冲洗系统能耗的目的.     

螺旋离心泵固液两相非定常流动诱导力特性

采用雷诺平均N-S方程,结合滑移网格技术对150×100LN-32型螺旋离心泵进行了固液两相非定常流动的数值计算,给出了在不同固相体积分数下蜗壳出口面的压力脉动、叶轮径向力、叶轮轴向力以及作用在叶轮上扭矩的分布规律,并分析了固相体积分数的变化对其大小和方向的影响.结果表明,不同固相体积分数对蜗壳出口面压力、作用在叶轮上的扭矩、轴向力和径向力在1个周期内的变化趋势和力的方向没有影响,但各个力的大小随着固相体积分数的增加而增大;蜗壳内壁各监测点的压力在1个旋转周期内呈波动状态,并且波动趋势明显不同,这与各监测点的位置和叶轮与蜗壳之间的干涉作用有关,随着叶轮的旋转,在螺旋叶片的作用下,全流道内的压力顺着蜗壳内壁沿叶轮旋转的方向逐渐增大;固相体积分数的改变对蜗壳内各监测点的压力脉动趋势影响较小,固相体积分数的增加使得各监测点的压力值随着固相体积分数的增加而增加,但是固相体积分数变化对蜗壳表面压力波动的幅值影响较小.     

农业机械对土壤压实的试验研究

对农业机械在砂壤土上进行了碾压次数、碾压载荷与土壤主要物理机械性能参数的试验研究。结果表明:在0～10 cm处,少次碾压对土壤容重、坚实度的影响比较大,多次碾压对其影响小;含水量的损失量随碾压次数的增多而减小;容重、含水量的损失量和坚实度都随碾压载荷的增大而增大,6911拖拉机使含水量最大减小了13.7%,收割机使其最大减小了20%;载荷小的机械碾压对土壤表土层(10 cm以内)的坚实度的影响大,载荷大的对土壤深层的坚实度影响要大些。     

基于分形理论的结合面法向接触阻尼与损耗因子模型

基于结合面法向阻尼耗能机理及MB接触分形修正模型,提出了一种结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型.仿真结果表明,分形维数在较小范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凹弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大;分形维数在较大范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凸弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而增大,随着分形尺度参数的增大而减小.而结合面损耗因子与法向总载荷呈微凹弧非线性关系且随着法向总载荷的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大,分形维数在较大值范围内,结合面损耗因子随其增大而增大.     

土壤-金属界面水膜粘附规律的试验研究

依据土壤粘附机理及界面水膜理论,利用由土壤粘附力测试仪,界面水膜测量仪等设备组成的多功能试验台采用化学的测试方法,对界面水膜的平均面积及厚度进行了定量测量,并对界面粘附规律进行了定量研究建立了界面水膜粘附规律的数学模型。     

波纹形非光滑推土板减粘降阻的简化力学模型

针对粘性土壤提出了一个简化力学模型,数值模拟了具有一定粘性的土壤与波纹型推土板之间的作用力。数值计算结果显示,在通常的力学条件下波纹板与土壤的接触面积小于相应的平板面积,可以达到减粘降阻的目的。计算了波纹板表面的压力分布,并指出在土壤与农机具粘附系统中波纹形表面摩擦力最大的位置。     

多元铜基钎料成分优化试验

仿生非光滑表面减粘降阻研究的关键技术是非光滑单元体材料（合金白口铸件）与钢的连接。CuZn系钎料在白口铸铁表面的润湿性能和钎缝剪切强度低于在纲表面的润湿性能和钎缝剪切强度，白口铸伯向钎料过度溶解所造成的溶蚀，是钎料润湿性差的钎缝剪切强度低的主要原因。为提高钎料的综合性能，作者运用二次回归组合设计方法，研究了合金级元素间交互作用对润湿性能和力学性能的影响规律，建立了合金元素与润湿性能及力学性能的数学模型，从而为新型铜基钎料成分设计提供了理论指导。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

仿生非光滑推土板减粘降阻的试验研究

对模拟土壤动物典型几何非光滑表面的各种形状的仿生非光滑推土板在固，液，气三相组成的土壤中，进行了减粘降阻试验研究，试验土壤为砂土，湿砂土，松散黄粘土和结构性较好的黄粘土，研究非光滑表面改变切削深度，切削角度探讨了下减粘降阻效果及非光滑表面减粘降阻机理，结果表明，在切削成垡状粘性土壤时，非光滑表面可降低阻力２５％以上，且其脱土性能比光滑板好。     

黑龙江西部玉米调亏灌溉的节水增产效应

采取测筒试验,对玉米单生育阶段、连续生育阶段和全生育期进行不同程度的水分亏缺处理,研究了调亏灌溉对玉米耗水量、产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:就单生育阶段调亏而言,产量和耗水量之间呈开口向下的二次抛物线关系,苗期中度水分亏缺(水分控制上限为60%)为最佳的灌水处理模式,玉米产量和水分利用效率分别提高了1.23%和11.95%;连续生育阶段和全生育期调亏均对作物的产量有不利影响;全生育期充分灌溉时的产量最高,但水分利用效率较低。     

履带板、齿间黏附底质对集矿机附着性能的影响

为优化设计集矿机的机构，分析了行走履带板、齿间黏附稀软底质对集矿机附着性能的影响。该文分析了集矿机的履带板、齿与稀软底质的黏附，通过建立集矿机在稀软底质上的附着力数学模型，理论研究稀软底质的物理力学参数和集矿机结构参数对其附着性能的影响。稀软底质的物理力学特性和履带板、齿材料特性等因素影响了底质的黏附，稀软底质在链环上依次分布沿前进方向逐渐减少，黏附底质使集矿机的附加重量和接地压力约增加25%。集矿机的附着力由内聚作用力、驱动力、摩擦阻力和内摩擦作用力等组成，前二者分别约占附着力的40.6%和33.8%，内摩擦作用力和摩擦阻力可忽略。履齿的有效剪切高度降低，大大降低了集矿机的附着力，集矿机的齿高应设计为15 cm。履带板、齿间黏附底质降低了集矿机的附着性能。     

水表面张力对切向土壤黏附力的影响（摘选）

土壤黏附力特别是土壤与轮胎或履带间的切向黏附对提高非公路用车的性能具有显著的作用。从另一方面来说,土壤黏附作用在轮胎或履带上会降低车辆的通过性。为了能有效解决这一问题,有必要对土壤黏附的机理进行探讨。该研究意在探讨水表面张力对土壤粒子与接触面间切向土壤黏附力的影响。不同直径的玻璃微珠用来模拟土壤颗粒,对3种不同材料进行试验。试验测定了玻璃微珠外不同直径水膜下,玻璃微珠与金属板之间的切向力。结果表明,在任何玻璃微珠直径下,任何试材的切向黏附力都与水膜直径成正比。对于任何材料,比例系数k（反映切向黏附力与水膜直径的关系）都随着玻璃微珠直径呈线性增加。如果使用亲水材料,则k接近线性系数。因此,切向黏附力与玻璃微珠外水膜密切相关。      

径流小区尺度土壤入渗率影响因子与估算模型研究

基于次降雨水文过程,确定了影响土壤平均入渗率(i_m)的多个因子;借助野外人工径流场观测资料,研究im与多个因子间定量关系,构建i_m估算模型。i_m与坡度之间呈二次抛物线关系,随坡度增加呈先升后降的变化趋势。i_m随坡长、降雨强度的增加均呈线性增加规律,随次降雨量增加呈指数增加趋势,随土壤颗粒分形维数增加呈线性降低规律。im与地表植被盖度、前期土壤含水率之间均存在双曲函数关系,随二者递增分别呈逐渐增加和降低规律。基于上述7个函数关系,采用多元非线性回归法建立估算im的回归模型,模型约72%的数据点相对误差不超过10%。采用上述7个因子作为输入参数,建立预测i_m的BP神经网络模型;通过灰色关联度分析法确定了模型最优训练算法为Levenberg-Marquardt、隐含层神经元结点最优个数为15;模型约81%的数据点相对误差不超过10%。