基于仿生微织构的电动修剪机刀具磨损性能研究

作     者：孙健峰 霍东飞 李波 邢凯峰 王伟强 杨洲 SUN Jianfeng;HUO Dongfei;LI Bo;XING Kaifeng;WANG Weiqiang;YANG Zhou

作者机构：华南农业大学工程学院广州510642 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2020年第51卷第S2期

页      面：593-602页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 08[工学] 09[农学] 0802[工学-机械工程] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：广州市珠江科技新星项目(201710010105) 广东省自然科学基金项目(2019A1515011039) 现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS3110) 广东省山区特色农业资源保护与精准利用重点实验室项目(2020) 

主　　题：电动修剪机刀具 仿生微织构 激光刻蚀 磨损性能 

摘      要：针对普通电动修剪机刀具易磨损、崩刃等情况,设计了一种蚯蚓仿生微织构刀具,以蚯蚓体表形貌为基础,利用激光成型技术加工刀具表面微织构,研究激光成型参数对成型沟槽几何尺寸的影响;通过摩擦磨损对比试验研究了仿生微织构刀具和普通刀具的摩擦因数和磨损情况,分析仿生刀具减磨机理;通过自制剪切试验平台对不同直径龙眼树枝进行刀具剪切试验,验证仿生刀具减磨特性。研究结果表明:优化后激光成型仿生刀具的工艺参数为:激光功率75 W、激光扫描速度4.8 mm/s;仿生刀具微织构实际尺寸为:沟宽138.3μm,沟深33.5μm;与普通刀具相比,载荷400 g下沟槽间距1.6 mm时微织构仿生刀具表现出最小摩擦因数0.2619和体积磨损量616.70 mm^3,具有明显减磨特性;随载荷增加磨损机制逐渐由黏着磨损、微切削磨损向磨粒磨损和氧化磨损的复杂磨损形式转变;磨损稳定时,沟槽间距1.6 mm微织构仿生刀具所需剪切次数50~55次,比普通刀具剪切次数(45~50次)高5~10次,沟槽间距1.6 mm微织构仿生刀具在剪切直径10、15、20 mm的树枝磨损面积稳定次数分别为35~40次、45~50次、50~55次,树枝直径越大微织构刀具抗磨效果越明显。