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。     

矿物纤维增强酚醛树脂基摩擦材料热压工艺

为优化矿物纤维增强酚醛树脂基摩擦材料的热压工艺,该文采用均匀试验设计方法对干法共混热压成型工艺对摩擦材料性能(摩擦磨损性能、冲击强度、硬度等)的影响规律进行了研究。得出摩擦材料的热压成型工艺,即热压压力40MPa、热压时间10min、热压温度200℃。用SAS软件对数据进行优化分析,得出了成型压力、保温时间和热压温度对摩擦材料的摩擦因数、冲击强度的回归关系,建立了摩擦因数、冲击强度与热压工艺参数的二次响应曲面回归模型。利用MATLAB软件,分析了热压压力和热压温度的交互作用。结果表明:当温度固定,摩擦因数随压力的升高而下降;当压力固定,摩擦因数随温度的升高而上升。在热压压力50MPa、热压时间40min时,冲击强度达到最大值。该研究可为研制高性能的摩擦材料制品提供技术参考。     

不同稳定化材料对镉砷复合污染土壤稳定化修复效果研究

  目的  探究4种稳定化材料（碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭）对镉砷复合污染土壤高效同步稳定化修复的效果。  方法  选用碱性硼泥、酸性硼泥、高岭土和铁改性生物炭4种稳定化材料,分别以0.5%、1%、2%、5%的比例添加于镉砷复合污染土壤中进行恒温恒湿培养,研究不同稳定化材料添加对土壤pH值及镉、砷有效态含量的影响。  结果  除碱性硼泥外,其他3种材料均降低了土壤pH值,其中5%铁改性生物炭对土壤pH降低最为显著,处理21 d后土壤pH值下降了3.12个单位。5%铁改性生物炭对砷稳定效果最佳,稳定效率为57.17%,其次是5%高岭土和5%酸性硼泥,稳定效率分别为40.40%和33.37%;5%铁改性生物炭对镉稳定效果也为最佳,稳定效率为35.03%,其次是5%的碱性硼泥,稳定效率为28.20%。  结论  综合考虑土壤镉－砷的同步稳定化修复效果,铁改性生物炭的修复效果明显优于其它3种稳定材料。     

硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯基复合材料干滑动摩擦磨损的BP神经网络分析

超高分子量聚乙烯及其复合材料由于其优良的自润滑和防黏性能可用于农业工程装备中的滑动接触部件和触土部件。基于人工神经网络在复杂系统建模问题上的优越性,考察了几种因素对硅灰石纤维增强复合材料的摩擦和磨损性能影响的模型。考虑到输入、输出数据个数,调试设计了一个3×10×2的BP神经网络,其输入层由3个神经元构成,分别为硅灰石纤维的处理方法、硅灰石纤维的加入量和试验过程中的法向载荷。隐含层有10个神经元。输出层2个神经元分别为材料的摩擦系数和磨损量。基于上述BP神经网络对硅灰石纤维增强超高分子量聚乙烯基复合材料的干滑动摩擦磨损性能进行了模拟和预测。对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对复合材料的干滑动摩擦和磨损的作用,大部分数据的预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的摩擦磨损预测要求。     

十二烷基苯磺酸钠改性黏土抑制沙土水分蒸发

针对荒漠化地区生态恢复中沙土有效水分涵养难的问题,采用十二烷基苯磺酸钠(linear alklybezene sulfonates,LAS)与黏土复合制备土基改性材料。研究了材料在模拟沙漠气候条件下的保水性能,并测试材料老化后抗压强度损失率和质量损失率以及其保水性能的变化。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析、热重分析对材料保水机理进行研究。结果表明,土基改性材料保水性能良好,改性后黏土的片层结构和化学成分没有明显变化,通过LAS亲水端与黏土中结合水的相互作用,将松散的黏土胶结起来,LAS中憎水端相互连接形成憎水网络,从而在地表形成透气保水的固结层来有效降低水分蒸发。模拟沙漠气候条件下的植草试验表明当LAS和黏土的质量比为2∶1时,土基改性材料保水透气性能较佳,草籽发芽率从对照组的8%提高到43%。研究结果为制备新型土基固沙植草材料提供参考。     

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。     

风化煤矸石入渗规律模拟

 利用室内模拟实验研究4种密度(1.20、1.30、1.45和1.55g/cm3)及3种煤土体积比(1∶0.5、1∶1.0、1∶2.0)条件下风化煤矸石的渗透规律。结果表明:随着密度的增大,煤矸石的渗透速率迅速减小,密度为1.20g/cm3煤矸石的初始渗透速率、稳渗速率和平均渗透速率分别是密度为1.30 g/cm3煤矸石的2.211、.92和2.30倍,分别是密度为1.55g/cm3煤矸石的60.00、102.54和129.13倍,且减小关系呈幂函数关系;随着煤土体积比的增大,煤矸石的渗透速率迅速减小,煤土体积比为1∶0.5煤矸石的初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别是煤土体积比为1∶1.0煤矸石的1.05、1.23和1.42倍,分别是煤土体积比为1∶2.0煤矸石的3.98、1.45和3.18倍;在密度为1.20和1.30g/cm3及煤土体积比为1∶0.51、∶1.0的情况下,用通用经验公式和考斯加可夫经验公式表达煤矸石的入渗过程较为理想,而在密度为1.45和1.55g/cm3及煤土体积比为1∶2.0的情况下,用通用经验公式与实测数据的拟合度表达最好。     

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。     

掺混肥常用基础肥料的物理性状及其适配性

【目的】分析评价了不同产地、厂家生产的基础原料肥的理化性质,根据影响掺混肥养分分布的主要物理指标对原料肥进行分类掺混,验证我国主要原料肥的混合性,并确定影响养分分离的主要因素。【方法】收集市场上常用的单质氮磷钾肥,测试了肥料颗粒粒径、平均主导粒径 (SGN)、均匀度指数 (UI)、硬度、休止角、密度、酸碱度、盐指数。根据密度、SGN和休止角对基础肥料进行分类,依据指标相近和不相近原则,选择基础肥料组合,每个组合配置N∶P₅O₂∶K₂O比为1∶1∶1和2∶1∶1两个掺混肥样品。利用外槽轮排肥机,模拟了上述13种掺混肥样品在排肥速度为6、8、10、12 km/h下的养分分布情况。【结果】供试基础氮、磷、钾肥的平均主导粒径分别为305～469、264～345、281～348;均匀度指数分别为41.68～69.94、46.03～60.08、40.27～47.27;密度分别在0.71～0.87、0.84～1.05和1.03～1.19 g/cm3之间,整体呈现钾肥优于磷肥,磷肥优于氮肥的趋势。供试基础肥料中氮肥硬度普遍偏低,除江苏产氯化铵 (N₆) 外,其余肥料硬度均在0.20～13.27 N之间;磷、钾肥硬度相对较高,分别为27.47～41.38 N和23.55～48.47 N。尿素和磷肥多为圆形或椭圆形,休止角较小,6个供试钾肥和硫酸铵均为不规则多边形,休止角偏大,不太适宜掺混。按照密度、SGN、休止角从小到大划分,将22种基础原料肥分为三个等级,并根据上述三个指标相近和不相近原则进行掺混,共配制出13个掺混肥样品,其氮磷钾养分比例为1∶1∶1或2∶1∶1,对这些样品进行的模拟施肥结果表明,在排肥机前进速度为6 km/h、掺混比为2∶1∶1时,SGN、休止角指标相近的掺混肥施用后的养分分离度小、可利用性高。其中,施用后养分分布最均匀的为N₁P₁K₅ (按SGN相近原则掺混),掺混后养分比为1.64∶0.98∶1.40;最不均匀的为N₇P₇K₅ (按SGN不相近原则掺混),施肥后养分比为2.22∶0.79∶0.78。休止角越小,摩擦力越小,流动性越好。选用休止角较小的原料肥,并减小原料肥间休止角差异,可降低掺混肥养分分离状况。本研究供试原料肥密度在0.71～1.19 g/cm3之间,且对掺混后养分均匀性无显著影响。【结论】80%试验肥可作为掺混原料,基础肥料颗粒的平均主导粒径SGN和休止角是影响掺混肥养分分离的主要因素。原料肥SGN值在340～348之间较适宜掺混,休止角越小掺混后养分分布越均匀。实际生产过程中,应选用颗粒相似、休止角间差异小的原料肥进行掺混,可有效提高产品施用的精准度。     

油菜机械移栽载苗基质块力学与生物学特性分析

为保证油菜载苗基质块具有良好的机械移栽适应性和幼苗生长质量,该文针对油菜机械移栽过程中载苗基质易出现破损导致取送苗失效问题,以正方体油菜载苗基质块为研究对象,对载苗基质块力学特性和生物学特性进行研究,开展以基质成分配比(蚯蚓粪:黄棕壤∶蛭石混合体积比为1∶2∶1、1∶1∶1和2∶1∶1)、基质压实度(基质与穴孔体积比为1.0、1.2和1.4)、硼硒营养液浓度(0.24%、0.27%和0.30%)为因素的正交试验。结果表明:基质成分配比和基质压实度对油菜载苗基质块力学特性影响分别为极显著和显著;基质成分配比及基质压实度对幼苗壮苗指数影响极显著,硼硒营养液浓度对其影响显著;基质成分配比和基质压实度均对基质包裹度及根系健壮度影响极显著,硼硒营养液浓度对基质包裹度及根系健壮度影响显著。采用综合评分法得出基质成分配比为1∶1∶1、基质压实度为1.2、硼硒营养液浓度为0.30%时油菜载苗基质块力学特性及幼苗生长质量较优。对上述因素组合所育油菜载苗基质块进行台架试验可知:在移栽机横向推苗速度20 mm/s,同步输送带速度30 mm/s,取苗频率40株/min试验条件下,基质损失率为2.57%、送取苗成功率为90.93%,满足机械移栽需求。     

板料冲压成形过程摩擦特性数值仿真

为了掌握摩擦力在冲压成形过程中的变化规律及不同润滑条件对摩擦特性和成形质量的影响,该文依据摩擦理论和有限元理论,提出等效摩擦系数的概念,将摩擦力产生的机理与有限元数值仿真技术有机结合,分析不同润滑条件下板料冲压成形过程中的摩擦特性。研究表明:摩擦系数增大将导致冲压成形后期摩擦力快速增加,产品成形质量评价指标降低;在润滑条件确定的情况下,可知成形过程中摩擦力的主要成分是黏着区产生的摩擦力,黏着区、边界润滑膜区、犁削区和润滑小池区产生的摩擦力占总摩擦力百分比的比值为65.3∶16.9∶15.6∶2.2。通过研究不同节点摩擦力随时间变化曲线发现,板料减薄区和起皱区的摩擦力变化规律完全不同。研究对进一步提高板料冲压成形质量有着理论和工程意义。     

黄土区灌木柠条锦鸡儿根-土间摩擦力学机制试验研究

为系统研究灌木植物根系的拉拔摩擦力学机制,该项研究在西宁盆地黄土区的自建试验区内选取生长期为2 a的柠条锦鸡儿作为供试种进行根系拉拔摩擦试验。试验结果表明:柠条锦鸡儿主根的作用主要为提供根-土间静摩擦力,侧根的作用则主要表现为增大根-土间最大静摩擦力、根-土间最大摩擦力及根-土间最大摩擦力对应的根系位移;柠条锦鸡儿根-土间最大摩擦力随着根系总表面积、根系总体积、根系总长、根系总干质量、侧根数5个根系形态学指标的增加而增大,根-土间最大摩擦力与5个根系形态学指标之间可建立幂函数关系,且通过相关性分析可知,根系总表面积是与柠条锦鸡儿根-土间最大摩擦力相关程度相对较为显著的根系形态学指标;在本试验条件下(土体质量含水率15.1%,密度1.65g/cm3)由单根(不含侧根的主根)拉拔摩擦试验所得到的柠条锦鸡儿主根与土体间静摩擦系数为0.738 9±0.04,该值显著大于区内不含根系土体内摩擦系数0.504 0±0.03,表明柠条锦鸡儿根-土界面间的摩擦力值及抵抗变形的能力大于不含根系土体。该项研究结果对于进一步探讨研究区灌木根系的拉拔摩擦力学机制,以及科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有指导意义和实际应用价值。     

谷子摩擦特性试验及其影响因素分析

为了给谷子机械化播种、收获、加工、储运等作业装备设计及相关技术应用提供摩擦特性参数,该文运用自制的小籽粒休止角测定装置、摩擦系数仪、直剪仪等试验设备,测定了含水率分别为10.7%、13.7%、16.0%、19.8%的谷子的形态尺寸和休止角、滑动摩擦系数、内摩擦系数等摩擦特性参数。分别分析了含水率对谷子各摩擦力学特性参数的影响规律,不同接触材料对谷子滑动摩擦系数的影响,以及剪切速度和垂直应力对谷子内摩擦系数的影响规律。试验结果表明：含水率的变化对谷子形态尺寸的影响不显著（P>0.05）;谷子休止角随含水率增加而线性增大（R2=0.9875）;谷子与钢板、铁板、亚克力板间的动、静滑动摩擦系数均随含水率的增加而线性增大（R2≥0.9795）,与钢板间的滑动摩擦系数最小,亚克力板次之,铁板最高;谷子内摩擦系数受剪切速度的影响并不显著（P>0.05）,随着含水率的增加而线性增大（R2≥0.908）,随着垂直应力的增大而减小。研究结果可为谷子机械化装备的研发与设计提供参考。     

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。     

农用V型带当量摩擦系数影响角的试验

为解决现有公式因忽略周向摩擦力与拉力不共线而导致V带当量摩擦系数计算不准确的问题,引入当量摩擦系数影响角。通过试验设计,采用补偿式位移型光纤传感器系统精确测量传动过程中带的径向位移,描绘V带真实运动轨迹,求得V带当量摩擦系数影响角,进而准确计算出V带当量摩擦系数。结果表明,在V带绕进到绕出主动轮的过程中,影响角值先逐渐减小而后又反向增大,当带轮角速度≤1?500 r/min时,影响角的绝对值＜4.5o;当V带角速度为600 r/min时,V带当量摩擦系数从0.9594增大到1.0596,当V带角速度为1 500 r/min时,V带当量摩擦系数从0.9529增大到1.0601。准确计算V带当量摩擦系数将为估算农业机械设备中V带的承载能力、使用寿命,以及V带的合理选用提供理论依据。     

环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性

环文蛤贝壳具有优异的力学性能,对其进行仿生设计并开发新材料已经成为研究热点。该文以辽宁营口的环文蛤贝壳为研究对象,应用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜对环文蛤贝壳各层微观形貌结构进行了观察,发现角质层表面比较光滑,背面布满大量无规则的球形颗粒,而棱柱层表面存在大量孔洞,颗粒与孔洞提高了二者的有效接触面积,增强了结合强度,环文蛤的分泌黏液通过这些孔洞到达角质层表面,当粒径与孔洞处于嵌合状态时,在黏液的作用下使角质层与棱柱层紧密结合在一起,能够进一步地提高环文蛤贝壳的机械强度;采用微观摩擦磨损试验机UMT对环文蛤贝壳的摩擦性能进行测量,试验表明,试验因素对摩擦因数的影响大小依次为砂纸规格、法向载荷、时间、滑动速度;对磨损量的影响大小依次砂纸规格、时间、滑动速度、法向载荷。采用JSM-6360LV扫描电子显微镜对环文蛤贝壳磨损表面微观形貌进行观察,环文蛤贝壳的主要磨损机理为较低试验载荷条件下的磨料磨损和轻微剥层磨损,以及在较高试验载荷条件下的磨料磨损和严重剥层磨损。     

基于乏信息理论的转盘轴承启动摩擦力矩变异分析

基于乏信息系统理论探讨转盘轴承启动摩擦力矩和载荷之间的关系,以揭示启动摩擦力矩估计真值、波动范围、信息熵、变异系数和概率密度函数的非线性演变特征。在模拟试验中,采用了2种不同的转盘轴承,对每种轴承改变载荷5次,同时测量内圈表面上均布6个点的启动摩擦力矩,并对试验数据进行变异分析。试验结果表明,随着载荷的增加,估计真值非线性增大,变异系数整体上呈现非线性衰减趋势;在变异系数的非线性衰减过程中有一个敏感点,在该点处变异系数异常增大。转盘轴承启动摩擦力矩具有变量不确定性和函数多变性。敏感点的发现可以为轴承的性能改进与测量系统分析提供参考。     

荞麦籽粒生物力学性质及内芯黏弹性试验研究

针对可供相关作业机械设计参考的荞麦籽粒生物力学性质指标可用参数缺乏的现状,该文研究了优种荞麦籽粒的常规力学性质及芯粉黏弹性力学性质,并对相关影响因素进行了分析。试验测定了不同品种荞麦籽粒在不同含水率下的三轴尺寸、千粒质量、容重等基本物性参数,采用斜面仪、休止角测定装置测定了荞麦籽粒的滑动摩擦系数及休止角,应用DMA(Q800)动态力学性能分析仪测定了荞麦(粉状)的动态黏弹性,运用物性分析仪测定了荞麦籽粒的破坏力、破坏能等力学性质,利用摆锤式动载试验机测定了荞麦籽粒所能承受的最大撞击载荷。结果表明:同一品种荞麦籽粒的长、宽、高、千粒质量、几何平均径均随含水率的降低而减小,容重随着含水率的降低而增大;摩擦系数随含水率的降低而减小,籽粒与Q235钢板的摩擦系数最大,与7075铝合金板的次之,与304不锈钢板的最小;休止角随含水率的降低而减小;随着含水率的降低,破坏力、表观弹性模量和最大接触应力逐渐增大,变形量逐渐减小,破坏能呈上升趋势。而在相同含水率下,不同品种荞麦籽粒的物性参数及上述力学特性参数均呈现极显著差异(P0.0001)。荞麦粉末的储能模量随含水率的降低而增大,弹性性能提高,损耗模量和损耗正切随含水率的降低而减小,黏性性能降低。同一品种荞麦在相同含水率下,撞击载荷越大,破碎率越高;同一撞击载荷下,随着含水率的降低,籽粒的破碎率先减小后增大。研究结果可为荞麦收获及加工装备研制、参数优化提供基础依据。