微织构对挖掘机铲斗关节摩擦副表面耐磨性能研究

为了改善挖掘机铲斗关节摩擦副的磨损问题,以特定的挖掘机模型为例,通过模拟挖掘机铲斗关节摩擦副的典型工况确定其相应的载荷,采用有限元法对此加载条件下各种形貌微织构表面的应力分布进行了研究。采用GY-LC-01型飞秒激光打标机对1Cr13基体表面加工一定尺寸的微织构,在有油润滑条件下,使用端面摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,利用三维扫描深度显微镜观察磨损表面,研究了不同微织构的摩擦机理以及润滑条件下摩擦副的减摩效果。研究结果表明,织构表面的摩擦性能优于非织构表面,应力集中在织构边缘,圆形织构表面应力最小、减摩耐磨特性最好,具有最低的平均摩擦因数。

CoCrFeNiW_(x)高熵合金在室温及900℃下的摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼技术制备了CoCrFeNiW_(x)(x=0.25、0.5、0.75及1.0)系列高熵合金,研究了W元素含量对合金晶体结构、显微组织、力学性能以及室温与900℃摩擦学性能的影响.结果表明:合金中W含量较低时形成单相面心立方(FCC)固溶体,W含量较高时会促进金属间化合物μ相的形成,随着W含量提升,合金显微组织由FCC胞状树枝晶(x=0.25)转变为FCC树枝晶及晶间层片状(FCC+μ)共晶组织(x=0.5、0.75),最后转变为FCC基体上分布的粗大树枝状μ相(x=1.0).由于W元素的固溶强化及原位生成金属间化合物μ相的第二相强化作用,使合金的强度和硬度等力学性能显著增加的同时塑性降低.在试验载荷为10 N,滑动速度0.3 m/s的测试条件下,CoCrFeNiW_(x)系列高熵合金与Si_(3)N_(4)陶瓷球配副时的球-盘摩擦试验结果表明:W元素的添加显著改善了合金的室温耐磨性,但对摩擦系数的影响较小;而900℃摩擦时,摩擦表面形成的多元复合氧化物摩擦釉质层具有良好的减摩抗磨作用,特别是W元素氧化产生的WO_(3)显著降低了摩擦系数,从而显著提升了合金的高温摩擦磨损性能.本文中研究的系列高熵合金中,CoCrFeNiW_(0.75)高熵合金室温下的屈服强度为863 MPa,抗压强度达1 250 MPa,900℃仍能保持446 HV的硬度,并在室温及900℃下均具有良好的摩擦磨损性能,具有良好的工程应用前景.

用于运动状态监测的纸基柔性摩擦电传感器

为解决柔性摩擦电传感器制备流程复杂、成本高、不够环保等问题,设计了一种基于纸基导电银浆的低成本柔性摩擦电传感器。当外部压力由5 N增大至50 N时,其输出电压和输出电流逐渐增大,在频率为1 Hz、幅值为50 N的外部压力作用下,输出电压的峰值约为7.52 V。当外部压强在17~173 kPa的范围内变化时,输出电压峰值与压强呈分段线性关系。当外部压力的频率变化时,输出电压保持不变。结果表明,该传感器压力传感性能良好。当应用于运动传感中时,该传感器能够感知肘关节、腕关节的弯曲角度,并能有效区分走、快走、跑3种运动类型以及踮脚、深蹲、抱腹跳3种健身动作,计算人体行走频率与健身动作次数,在人体运动状态监测等领域具有良好的应用价值。

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

滑动摩擦副表面非对称微织构空化效应数值分析

为探究滑动摩擦副表面非对称微织构空化效应及其影响因素,基于N-S方程建立了表面织构化滑动摩擦副数值计算模型并进行求解,讨论了凹槽型非对称微织构的结构参数、运动速度和润滑油黏度对凹槽内的气相分布、空化面积率、油膜承载力和摩擦系数等的影响.结果表明:凹槽型非对称微织构的承载力大于对称微织构,而其摩擦系数小于对称微织构;在考虑空化效应时,凹槽型非对称微织构比对称微织构能更显著地改善摩擦学性能,并且非对称微织构凹槽离入口距离越远,空化效应越显著;滑动摩擦副运动速度和润滑油黏度对空化效应有重要影响,运动速度越高、润滑油黏度越大,凹槽型非对称微织构的空化效应越明显,且提升承载力的能力明显优于对称微织构,该研究对滑动摩擦副表面微织构的设计和分析有一定的参考意义.

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

纤维材质对UHMWPE水润滑轴承复合材料摩擦学性能的影响

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤维材质的不同特性对于复合材料摩擦学性能的影响存在差异.通过热压模具分别制备剑麻纤维(Sisal fiber,SF)、碳纤维(Carbon fiber,CF)和聚酯纤维(Polyester fiber,PETF)与UHMWPE混合的定向纤维复合材料,并与纯UHMWPE做对照试验.利用R-tec往复摩擦试验机模拟不同载荷(5和10 N)和不同速度(20、40和60 mm/s)下铜球与不同复合材料的摩擦过程,通过邵氏硬度和极限抗弯强度试验对复合材料力学性能进行表征测试,采用接触角测试复合材料的浸润性,试验结束后用扫描电子显微镜观察表面磨损形貌.结果表明:纤维的力学性能,尤其是硬度和抗弯强度是影响定向纤维复合材料摩擦学性能的关键因素,所添加纤维在复合材料中强有力的支撑作用使摩擦学性能显著提高,纤维的耐磨性和浸润性是次要因素.试验工况下,CF/UHMWPE摩擦系数最低,且在低速重载(载荷10 N,速度20 mm/s)时的摩擦系数与纯UHMWPE相比降低了36.92%;添加耐磨性强的PETF纤维后,复合材料磨损体积与纯UHMWPE相比降低了30.56%.

基于转动摩擦铰阻尼器的干式装配梁-柱节点抗震性能试验

基于转动摩擦铰阻尼器(RFHD),提出了转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)。为了验证DRFDBJ结构对于实现预期力学性能的可行性和合理性,以施加在摩擦片表面的螺栓预紧力(P_(c))为变量,开展了2个工况下的DRFDBJ试件低周往复拟静力试验研究。结果表明:DRFDBJ结构的力学性能主要由RFHD提供并控制,试验中节点呈现了稳定的承载力和理想的变形、耗能能力,并实现了预期的损伤集中;2个不同P_(c)水准下节点承载力的试验值与理论值误差不超过5%,通过调整P_(c)可实现节点承载力的调控,为DRFDBJ结构承载力的可调控提供了支撑。

改性碳纤维-MoS_(2)复合涂层的高温摩擦学性能研究

为了改善高温下固体润滑复合涂层的稳定性,选择经过化学改性的纳米碳纤维对MoS_(2)涂料进行性能优化,制备添加不同比例的改性粉末的涂料.通过对粉末进行XPS、红外和形貌分析,表明碳纤维已经改性.借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机分别在不同温度条件下进行摩擦试验,利用超景深显微系统对不同条件涂层表面磨损的形貌进行观测,对磨损机理进行分析,探究添加量的最优比例.试验结果表明:在试验温度分别为20、50和100℃时,添加质量分数1.5%CF-GO(氧化石墨烯改性碳纤维)涂料制备的涂层耐磨性能均优于其他的添加比例的涂层.在干摩擦5 N载荷,试验温度为200℃时,添加质量分数1.5%CF-GO的涂层比未改性的涂层的磨痕深度、宽度分别减少66.1%、29.2%,涂层的耐磨性能有了很大的提高,进一步采用扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的内部形貌可知,添加质量分数1.5%的CF-GO时,涂层内部形成清晰的网状结构,从而使得该比例下的涂层同时具有抗高温变形、耐磨以及耐热等优异的性能.

中美新局势下的贸易摩擦——动因、影响及我国对策

近年来,美国打着“国家安全”和“公平贸易”的幌子,对中国采取了一系列不公正的强硬措施,标志着两国关系进入新局势。美国发起贸易战,名义是平衡贸易关系,实则意图遏制中国经济发展和技术进步,以维护其全球霸主地位。美国拜登政府沿袭了特朗普政府对华贸易政策,以冷战思维与“零和”博弈为基调,通过关税战、芯片战、汇率战和金融战,使中美贸易摩擦蔓延至经济、科技、文化、社会等多个领域,深层次地影响中美经贸合作的长远利益。因此,在新局势下,中国须保持战略定力,构建高效投资框架和应急响应机制,探索“中国式区域合作”新模式,促进内部变革与区域合作协同发展,推动产业技术升级,完善市场体系,优化投资结构,稳固在新国际格局中的地位。

“抱团取暖”可以应对“寒冬”吗? 贸易政策不确定性与企业协同创新 ——来自中美贸易摩擦的经验证据

基于2018年美国政府发起的对华贸易战,运用广义双重差分模型考察贸易政策不确定性对企业协同创新的影响及其作用渠道与经济后果。研究发现:贸易政策不确定性通过加剧融资约束、降低风险承担能力的作用渠道驱动中国企业选择“抱团取暖”,即以“协同创新”的方式谋求技术突破和研发攻关以抵御外部风险。调节效应检验结果发现:当上市公司属于高新技术企业时,贸易政策不确定性对协同创新的驱动效应更为显著;数字化转型为企业间创新要素的聚拢和流动提供了便利,较高的知识产权保护力度降低了企业协同创新中知识被模仿和窃取的风险,因此两者均能够强化贸易政策不确定性对企业协同创新的驱动作用。进一步区分协同创新的主体后发现:当企业面临贸易政策不确定性时,更倾向于选择与供应链上下游企业、高校及科研机构进行协同创新。并且,贸易政策不确定性在促使企业选择协同创新后可显著提升企业未来一期、二期、三期的全要素生产率,从而证实“抱团取暖”的协同创新方式确实能够帮助企业安稳度过“寒冬”。本文丰富了协同创新的驱动机制研究,也为企业在急剧变化的外部贸易环境中以“抱团”方式寻求理性出路提供了参考与借鉴。

基于能量回收的新型电磁摩擦制动系统研究

为了提高车辆制动安全性,设计了一种新型电磁摩擦制动系统。对传统制动系统进行结构优化,并在电子控制单元(ECU)中加入制动器的辅助控制算法,分析新型制动系统在不同工况下制动时的工作原理,推导了不同车速下制动力矩、制动盘涡流与车速和外加磁场的关系,并建立了车辆动力学模型、电磁制动器模型和车辆电源模型,基于Simulink和Maxwell平台的联合仿真结果表明:在传统制动系统的基础上,通过优化电磁制动器可以显著缩短制动距离,提升制动性能。最后,通过能量回收装置成功实现了对车辆动能的回收和再利用。

高速列车铜基摩擦材料的氧化行为

高速列车铜基摩擦材料在制动过程中,由于摩擦热的产生和耗散,会发生循环氧化。研究铜基摩擦材料在300、400、500、600和700℃下等温氧化50h的氧化行为。结果表明:铜基摩擦材料的氧化行为呈现多阶段特征;Cu、Fe的氧化与氧的扩散共同控制着低温氧化过程,而石墨的氧化在500℃之后占主导作用;Cu的氧化首先形成Cu_(2)O纳米团簇,然后生成CuO纳米线,最后依次转变为细小的和粗大的等轴晶;氧化温度的升高会促进Fe_(2)O_(3)纳米片的生长和致密化;Cu氧化物由于体积膨胀较大,逐渐将Fe氧化物覆盖;石墨烧蚀后形成的连通孔为内氧化提供氧气扩散通道;材料表面氧化层的形成使得表面硬度提高。

基于速度控制的机器人轨迹摩擦补偿控制算法

目前机器人已在工业生产制造中得到广泛的应用,但由于机器人系统中关节摩擦等因素的影响,机器人的轨迹跟踪精度难以满足高精度生产的需求。为减少机械结构中非线性摩擦因素和系统中未建模干扰等因素对机器人运行稳定性和加工精度的影响,文中提出了一种速度模式下的摩擦补偿控制算法。首先,基于傅里叶级数和5次多项式混合的方式设计最优激励轨迹,通过最小二乘法完成动力学参数的预辨识,并利用Levenberg-Marquardt法对预辨识结果进行迭代寻优,从而建立更为精确的机器人动力学模型;然后,基于李雅普诺夫方法设计机器人轨迹跟踪控制算法,将最速离散跟踪微分器中采集的关节角度输入所设计的轨迹跟踪控制算法中,得到实时的关节速度补偿值,将补偿值实时输入机器人中实现摩擦补偿控制;最后,以六自由度串联机器人为实验对象,对所设计的摩擦补偿控制算法进行实验验证。结果表明,相对于摩擦补偿前,机器人的末端轨迹跟踪精度提升约35%,从而验证了文中所提算法在机器人摩擦补偿领域的有效性。

枪管用环保镀层摩擦行为研究

传统枪管内膛表面采用的六价铬镀层,高温耐磨性好,但对环境污染严重。为开发环保镀层,采用超景深三维显微镜、扫描电子显微镜表征了室温和高温(400℃)摩擦磨损试样,对比分析了六价铬、三价铬、钴-镍和镍-钨四种电镀层的磨损特征。研究结果表明:在500℃定性回火后,三价铬、镍-钨、六价铬和钴-镍镀层硬度依次递减,与六价铬层相比,三价铬层脆性大,镍-钨和钴-镍镀层韧性高;室温下与H62黄铜对摩后,六价铬和三价铬镀层摩擦程度较轻,钴-镍和镍-钨镀层呈现明显粘着特征,二者摩擦系数高于两种铬层;400℃下与08Al钢对摩后,六价铬呈粘着磨损特征,摩擦程度较大;三价铬层摩擦系数相对较高;镍-钨镀层呈磨粒磨损特征,摩擦系数与六价铬接近,摩擦程度相对较轻。

织构化盘式摩擦副性能及优化设计研究

为探索提高盘式摩擦副抗摩擦磨损性能的有效途径,以斜盘柱塞泵配流副为研究对象,综合运用仿真分析及试验研究方法对比分析了面积织构率和截深形状相同条件下,椭圆开口和圆形开口离散凹坑微织构及沟槽形微织构配流副的摩擦因数随织构形貌、转速和压力的变化规律。研究结果表明:摩擦因数随转速的增大而显著降低,随压力的增大而降低,椭圆开口离散凹坑微织构为三种微织构中提高配流副性能最优者。对椭圆开口离散凹坑微织构进行多目标参数优化,得出的最优参数为:椭圆开口长轴半径为452μm、短半轴为187μm、径向中心距为0.7 mm。试验结果表明,优化后的织构在不同工况下较优化前摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。

无润滑电磁轴承保护轴承跌落过程摩擦发热分析

为在设计阶段预测电磁轴承保护轴承的寿命,计算跌落过程中保护轴承的发热功率非常重要。很多场合下保护轴承无润滑或只有固体润滑,因此选择局部法,重点分析球与滚道之间的滚动弹性滞后、球自旋、差动滑动等机制引起的发热,推导了差动滑动发热功率解析公式。开展实际电磁轴承高速电机无制动自由跌落实验,实测轴心轨迹和保护轴承冲击力,利用实验数据计算了保护轴承发热功率,并与实测转子动能变化率对比。研究发现,在确定了保护轴承安装预紧力情况下,局部法计算的保护轴承发热功率与转子动能变化率在量级上相当,证明了理论计算可行性;球自旋发热最多,其次是球与滚道差动滑动发热,两者之和占总发热的主要部分,球与滚道弹性滞后发热较少。

基于拉拔试验的加筋土界面摩擦特性

加筋土具有良好的工程性能,被广泛应用于加固路基和边坡支挡等领域,筋土界面摩擦强度对支挡结构的整体性和稳定性具有重要影响.为研究不同加筋土的界面摩擦特性,自制拉拔装置,对黏土-土工格栅、黏土-碳纤维布、黏土-土工格室和碎石土-土工格室等4种加筋土进行拉拔试验.研究结果表明,4种加筋土中,土工格室与碎石土的界面摩擦强度最高,构成的加筋体承受变形的能力最强;黏土-碳纤维布构成的加筋体界面摩擦强度最低,但具有筋土间相互作用发挥较快、允许变形小的特点;不同加筋体的允许变形差别较大,在实际工程中应充分考虑.提出了一种考虑土工格室加强区的无黏性土-土工格室界面最大摩阻力计算理论模型,研究结果可为加筋土工程筋材选取提供参考.

15#航空液压油的摩擦磨损性能研究

15#航空液压油是航空领域广泛应用的1种特定型号的液压油.本文中使用MCR302流变仪测量了该液压油的黏温曲线,并选用GCr15钢球通过四球摩擦磨损试验机采用单因素变量法研究了不同载荷、温度和转速对摩擦磨损的影响.同时,使用光学显微镜、白光三维表面形貌仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析仪对钢球表面的磨斑进行微观观察,并分析其磨损机理.试验结果显示,在不同载荷下,摩擦系数相对稳定,但随着载荷的增加,磨斑直径(WSD)逐渐增大,磨损程度变得更严重.随着温度的增加,摩擦系数较为稳定,但液压油的黏度逐渐减小,导致无法形成有效的摩擦反应膜,使磨损现象变得更加显著,尤其在75~100℃范围内,磨斑直径的增长速率最为显著,增加了约60%.随着转速的提高,摩擦系数首先保持不变,然后逐渐减小,而磨损率逐渐降低.润滑状态逐渐从边界润滑过渡到混合润滑和流体动压润滑.

深中通道沉管隧道最终接头MGB滑轨摩擦系数试验研究

深中通道沉管隧道最终接头采用了水下推出式对接方式,推出过程中采用MGB滑轨作为底部滑行系统,为分析结构受力,建立了与施工现场荷载相同的试验结构,研究了深中通道沉管隧道最终接头MGB滑轨与防腐涂层在不同施工荷载和润滑状态下的摩擦系数,并与厂家提供的摩擦系数进行了对比。研究结果表明:MGB材料的摩擦系数随着荷载的增大而减小,干摩擦情况下的静摩擦系数范围为0.181~0.266,滑动摩擦系数范围为0.150~0.226,在水润滑条件下摩擦系数小于干摩擦,摩擦系数与接触界面有关,工程中建议根据实际荷载和摩擦界面情况对摩擦系数进行测试。