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开沟刀耐磨损性实验研究
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摘要：0 引言 林果业已成为我国现代化大农业的主流产业，其快速发展也是实现地方经济社会可持续发展的需要。灌溉与追肥在果树的生产管理中起到至关重要的作用［1］，其合理与否不但可
0 引言
林果业已成为我国现代化大农业的主流产业，其快速发展也是实现地方经济社会可持续发展的需要。灌溉与追肥在果树的生产管理中起到至关重要的作用［1］，其合理与否不但可以缩小果树大小年的产量差，还可以提高果树产量和果品质量以及经济效益。为了满足果树生产发展的需要，课题组设计了3GK－300型组合刀式果园开沟机，并且已经进入到小批量生产阶段。但是通过试用和用户调查发现，由于果园环境复杂，地下有小石块和树根等，开沟机的性能方面还存在不足之处，特别是开沟刀的使用寿命方面还有待于进一步提高。
本文结合表面工程技术，采用反应氮弧熔覆技术在开沟刀关键工作表面刀刃部分熔覆一层高耐磨性的金属陶瓷涂层，以提高开沟刀的耐摩擦磨损性能，从而增强开沟刀的使用寿命，进而整体提高开沟机的工作性能。
1 开沟刀切削阻力计算
开沟机工作原理图如图1所示。3GK－300型组合刀式果园开沟机基本参数:配套动力为14.7kW;开沟宽度为B=300mm;开沟深度为H=400mm;前进速度为V0=120m/h;链条线速度为V L=2m/s;开沟链与水平方向的夹角为α=45°;刀节距为LC=203.2mm;刀片宽度为bc=60mm。
图1 开沟机工作原理图Fig.1 Working principle of ditching machine
依据农业机械设计手册关于链式开沟机工作部件基本参数的选择与计算得出了开沟刀切削土壤的阻力［2］:
3GK－300型开沟机选用C型刀，如图2所示，Va为
求得开沟刀切削土壤的绝对速度为Va=2.024 m/s。
链刀绝对速度向量倾角β按式(2)计算得β=44.28°，即
由式(3)计算得开沟刀的切削厚度 δ=3.592mm，则有
作用在每把刀上的切土阻力为
式中 I tu—前苏联道路科学研究所坚实度计冲击值，如表1所示;
Kj—加工土壤的困难程度系数(Pa)，如表2所示;
Z c—根据链刀的切削条件而定的封闭的侧切削数，自由切削Z c=0;半封闭切削Z c=1;封闭切削Z c=2，3GK－300型开沟机为封闭式切削，取Z c=2;
K s—侧刀切削土壤的比例系数(N/m)，如表2所示;
Ky—切削角影响系数，如表3所示。
图2 开沟刀模型Fig.2 Model of trenching shovel
表1 I tu和 f t的值Table 1 Value of I tu and f t土壤类型 I tu f t沼泽泥炭土1 ～5 0.9 ～1.0沙 土 1～4 0.4～0.7沙壤土 3～12 0.4～0.7壤 土 5～10 0.7～0.8重壤土 9～18 0.7～0.8黏 土 14～19 0.8～1.0重黏土18 ～24 0.8 ～1.0
表2 Kj和 K s的值Table 2 Value of Kj and K sK j K s土壤类型/Pa /N·m－1沙壤土 22×103～23×103 13×102～12.8×102壤 土 21×102～32×103 11.2×102～15.1×102重壤土 43×103 18×102黏 土 18×103 12.3×102
表3 ψ和K y的值Table 3 Value ofψand K yψ ψ/(°)Ky /(°)Ky 20 0.85 25 0.87 30 0.90 40 1.26 50 2.13 55 2.68 35 1.00
由式(4)查表计算得F t=258.2N。
如图2所示，为开沟刀模型图，用于切削土壤的工作部分是刀的两个上刀刃，根据开沟刀实际尺寸计算得用于切削土壤刀刃面积为S=680mm2，则刀刃单位面积所受阻力为F=0.38N/mm2。
2 开沟刀的试验对比研究
2.1 试验设备选择
选用HRS－2M高速往复摩擦磨损试验机进行开沟刀摩擦磨损试验。该设备适用于材料和零部件表面的摩擦磨损性能的测试，载荷范围宽、滑动速度可调，通过计算机准确地检测材料的摩擦系数、磨痕深度、表面轮廓和耐磨性，有针对性地对材料或零部件的表面处理特性做出评估。
2.2 试验样品的制备
试验样品用一把使用后磨损废弃的开沟刀制备，在开沟刀上切割下面积相同的两个小块，分别编号为A，B。采用材料表面工程技术，制备金属陶瓷涂层制备方法［3］，对试验样品进行处理。
1)开沟刀试验样品以65Mn为基体，用砂纸打磨3个样品表面直至出现金属光泽，彻底清除表面的氧化皮和泥土油污。
2)用丙酮清洗打磨后的机体表面，保证彻底清除油污。
3)将B试件打磨清洗后的机体表面涂抹一层按照工艺要求配制的混合金属粉末，涂层厚度在1～2mm，然后将涂好的试件先自然阴干再烘干。
4)依据工艺要对涂抹好涂层的B试件进行反应氮弧熔覆，合成金属陶瓷涂层。
5)分别在B样品刀刃上进行反应氮弧熔覆TiCN，然后用平面磨床将试样熔覆层磨光至Ra1.6μm［4］。由于式样刀刃磨损，在A样品刀身平整处选一小块，采用同样处理方法磨光至Ra1.6μm。
文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2021/0213/440.html