鼹鼠趾仿生及表面热处理提高齿形开沟刀减阻耐磨性能

• Published in: 农业工程学报 Vol. 35; no. 12; pp. 10 - 20
• Main Authors: 王少伟, 李善军, 张衍林, 万强, 陈红, 孟亮
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 华中农业大学工学院,武汉,430070%国家现代农业(柑橘)产业技术体系,武汉,430070%农业农村部长江中下游农业装备重点实验室,武汉,430070%农业农村部柑橘全程机械化科研基地,武汉,430070 15.06.2019
• Subjects: 减阻性能; 仿生; 开沟; 热处理; 耐磨性能; 农业机械
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.12.002

S229+.1; 为提高农用开沟机械开沟刀的减阻耐磨性能,该文针对课题组前期研制的齿形开沟刀,利用仿生结构和不同表面热处理对原齿形开沟刀进行优化.以鼹鼠前爪第3趾为仿生对象,设计了仿生开沟刀.使用EDEM软件进行模拟仿真试验,通过分析齿形开沟刀和仿生开沟刀的开沟功耗,对比2种刀片的减阻性能;进行台架磨损试验,利用金相显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验机分析5种表面热处理仿生开沟刀的耐磨性能.单齿仿真试验发现,仿生开沟刀刀齿的整体三维表面结构特征有利于减阻.仿真试验结果表明沟深为150、200、250、300和350 mm时,仿生开沟刀比齿形开沟刀的开沟功耗分别降低9.68％、10.44％、10.22％、10.70％和10.95％,仿生开沟刀的减阻性能更优.台架磨损试验结果表明,渗铬淬火高温回火(Ⅱ型刀)、渗碳淬火低温回火(Ⅲ型刀)、激光熔覆WC/Ni60A粉末合金(Ⅳ型刀)和氧乙炔火焰堆焊铸造WC焊条(Ⅴ型刀)比淬火中温回火(Ⅰ型刀)处理的仿生开沟刀的磨损质量分别降低14.17％、42.05％、66.98％和75.96％,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的耐磨性能依次提高,Ⅴ型刀最优.5种刀片组织结构、显微硬度和摩擦系数的分析结果表明,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型刀的硬化层显微组织主要为淬火和回火马氏体,Ⅳ和Ⅴ型刀主要为WC硬质相,Ⅳ和Ⅴ型刀的组织结构更优;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的平均显微硬度为558、700、888、1195和1441 HV0.1;平均摩擦系数为0.67、0.57、0.26、0.25和0.22,Ⅴ型刀的显微硬度和摩擦系数最优,与台架磨损试验结果相一致.田间试验结果表明,优化后的Ⅲ型和Ⅴ型刀比原来齿形开沟刀的开沟功耗分别降低11.45％和5.41％,磨损质量分别降低28.26％和82.63％,仿生结构优化与表面热处理能够提高齿形开沟刀的减阻耐磨性能.该研究可为提高开沟刀减阻耐磨性能提供参考.