夏进启团队在《农业工程学报》发表表面涂层对旋耕刀功耗影响论文

　　华中农业大学工学院夏进启团队在《农业工程学报》发表论文《表面涂层厚度对旋耕刀功耗的影响及优化》。该研究针对涂层提升旋耕刀耐磨性但增加作业功耗的行业痛点，通过离散元仿真与田间试验结合的方式，探明了不同厚度涂层对旋耕刀功耗的影响规律，确定1.25 mm为最优涂层厚度，既保证耐磨性能又控制功耗增长，为农机涂层强化工艺提供了科学依据。

　　旋耕刀是农业旋耕作业的核心部件，长期受土壤砂石磨损影响使用寿命，表面涂层强化是主流耐磨解决方案，但涂层厚度与作业功耗的平衡一直缺乏系统研究。夏进启团队联合多家科研机构，开展了针对性技术攻关。

　　研究团队首先通过SOLIDWORKS和EDEM软件建立旋耕仿真模型，标定土壤颗粒接触参数，明确旋耕刀易磨损位置为正切刃及折弯部分。随后采用等离子堆焊技术制备1、1.5、2 mm三种厚度的铁基耐磨涂层，该涂层硬度较传统65Mn旋耕刀提高2.5倍，摩擦系数降低42.1%，耐磨性能优异。

　　田间试验结果显示，随着涂层厚度从0增至2 mm，旋耕刀平均功耗依次增加12.4%、17.3%、26.8%，与仿真结果趋势一致，误差范围仅0.17%~6.77%，验证了仿真模型的准确性。机理分析表明，涂层导致功耗增长的核心原因包括刀刃增厚增大土壤接触面积、旋耕刀质量增加提升惯性阻力、涂层凸起改变土壤运动轨迹等，其中垂直阻力受涂层厚度影响最大，2 mm涂层的垂直阻力较无涂层刀增加23.33%。

　　结合成本分析、耐磨性测试与功耗数据，团队建立综合评价体系，最终确定1.25 mm为最优涂层厚度。该厚度下，旋耕刀有效耕作面积较无涂层刀提高49%，而功耗仅增加12.3%，实现了耐磨性能、作业效率与使用成本的最佳平衡。

　　该成果破解了农机涂层厚度选择的盲目性问题，为旋耕刀及同类触土部件的涂层强化工艺提供了量化标准，对提升农业机械作业效率、降低能耗具有重要实践价值。