PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击

在PWM间歇喷雾式变量喷施系统中,流量变化会引起喷杆各管路中的压力损失的变化,电磁阀的快速启闭会在管路中形成液压冲击,致使各喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性出现畸变。为揭示其管路压力损失的变化特性和液压冲击特性,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并对其进行了流体动力学分析,确定了不同喷雾流量下的管路药液流态,建立了压力损失和液压冲击的计算模型,分析了0.3 MPa设定喷杆压力下的管路压力损失变化范围和液压冲击幅度,并进行了实际试验测试。结果表明:在0.3 MPa设定喷杆压力下,同一喷头前端管路的压力损失的变化幅度可达140 kPa,不同喷头间的实际喷雾压力差异可达25 kPa,由于电磁阀快速启闭而引起的液压冲击幅值可达170 k Pa。     

PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试

在PWM间歇喷雾式变量喷施系统中,隔膜泵间歇性吸排液等特点会在管路中形成压力脉动,且电磁阀快速启闭会在管路中形成液压冲击,二者综合作用致使各喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性出现畸变。因此,为了揭示其管路压力脉动的变化特性和液压冲击特性,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并在不同隔膜泵转速、不同PWM控制信号频率和占空比下进行了压力脉动和液压冲击的综合测试研究。结果表明:随着隔膜泵转速的增加,压力脉动周期逐渐变小,幅值逐渐变大;随着PWM信号频率的增加,液压冲击和压力波动趋于压力脉动的形式,周期逐渐变小,幅值逐渐变大;而PWM信号占空比对液压冲击和压力波动的影响不明显。     

脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制

采用6013型直动式高速电磁阀、TR80-05型圆锥雾喷头、DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀和自制的PWM变量喷施控制器,设计了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统.就隔膜泵输入轴转速、喷头位置、喷雾压力、PWM控制信号频率和占空比等因素对喷头喷雾流量的影响进行了试验测试,采用单因素线性拟合法建立了0.2、0.3和0.4 MPa喷雾压力下TR80-05型圆锥雾喷头的喷雾流量计算模型,得出了相应的施药量控制模型,并对整个PWM变量喷施系统的施药量控制性能进行了试验测试.测试结果表明:喷雾流量受喷头位置和PWM控制信号频率的影响很小,而受喷雾压力和PWM控制信号占空比的影响很大;在启用喷雾压力稳定控制功能的情况下,隔膜泵输入轴转速对喷雾流量的影响很小;在该电磁阀与喷头组合下,系统流量调节范围约为10∶1;当目标喷雾流量大于等于0.3 L/min时,喷雾流量控制误差在±4％范围内;整个系统的施药量控制误差在±6％范围内.     

PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响

PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量。为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验。测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大。     

多回流式变量喷药控制系统设计与试验

针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP-1200型喷杆式宽幅(22 m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0. 994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4. 1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。     

果园喷雾机施药管路压降特性仿真与分析

为探究仿树形喷杆喷雾机施药管内部液流运动情况，利用SolidWorks软件设计了喷头模型，并通过压力-流量关系验证了喷头模型的准确性；绘制施药管路模型并对不同结构的竖直施药管仿真，分析了喷杆放置倾角、喷口数量、喷杆长度和喷口位置等对管路内部压力的影响效果。仿真试验数据表明：在单喷管上喷口数量较少、喷杆趋近水平放置、喷口均布于喷杆末端时，施药管内部压降小，压力稳定。利用三因素三水平的BBD试验对施药管转角处压降进行分析表明：施药管内径对转角压降的影响呈极显著相关(P<0.01),转角角度、转角半径对转角压降呈显著相关(0.01相似文献   

基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验

针对国内现有农田喷药机的定量施药方式,设计了一套基于模糊PI控制的变量施药系统。该系统采用多传感器实时采集喷药机车速、流量、压力等参数,并以此为控制依据,通过改变比例阀开度实时调整管道内药液流量,同时控制多组喷头的开闭。该系统采用主路流量调节方案,5组开关电磁阀控制多组喷头。喷药机喷头流量控制试验与田间喷药试验结果表明,单个喷头流量误差＜2.5%,模糊PI控制优于传统PI控制,田间喷药误差＜2.2%。      

轻小型喷灌机组逐级阻力损失水力计算

为了解决精确计算轻小型喷灌机组阻力损失的问题,从管路中流体力学机理出发,对其进行了分析;将机组布置成线型,根据构成特点与运行特性,采用逐级计算方法对其进行水力计算,计算过程中将任意两喷头间的总水头损失简化为其输水管路沿程损失乘上经验系数,推导出喷灌机组中各喷头工作压力的计算公式,确定逐级阻力损失的计算方法.结合一个算例,选择型号为65ZB-40C＆12×PY120的喷灌机组进行室外试验对比,理论计算时经验系数取为1.1,试验时保证该喷灌泵在其设计工况点运行,多次测量计算出的平均值作为最终的试验数据.计算值与试验值的对比结果表明：在管路流动中,随着流量沿程减小,各喷头工作压力在管路首端时相差较大,末端时基本保持一致.绘制了喷头工作压力的理论计算值与试验值的误差条线图,通过计算得出绝对误差最大的是3号喷头,它们的相对误差在0.27%～1.96%范围内.     

水田慈姑植保无人机施药装置设计与试验

针对水田慈姑蚜虫虫害防治的低量定向施药需求,在对水田环境、慈姑植株特性以及慈姑蚜虫防治等调研的基础上,设计了水田慈姑植保无人机施药装置。利用有限元软件进行四旋翼植保无人机旋翼下风场和施药场数值模拟,并对平台进行不同工况的喷雾试验研究。结果表明：悬停高度提高,旋翼下流场强度分布层次丰富,更容易产生雾滴偏移;飞行速度降低,来流造成的雾滴飘移减小;喷头流量为20mL/min、压力增加达到0.07MPa时,喷头雾化达到最佳工况。无人机高度降低,喷洒雾滴附着率增加,无人机速度降低,喷洒雾滴附着率增加。因此,低空低速条件下雾滴叶片附着率更高、施药效果更佳,可实现可靠高效的慈姑病虫害防治。     

长距离有压管道输水系统过渡特性研究

针对已运行的调蓄工程中大流量、长距离有压泵站输水管道在瞬变过程中阀门两段关闭的响应特性进行数值实验。选定管路中特征断面的最大、最小压力值,水泵流量倒流最大值和转速倒转最大值及持续时间作为观测指标,分别考虑阀门两段关闭时间和快关阀门角度变化,研究了观测指标的变化规律,得出最大负压主要由快关时间决定,而最大压力上升由慢关时间确定,并根据控制参数的特性可确定两阶段关阀控制"可行域"。研究结论可为泵站输水工程确定瞬变最优阀门控制规律提供指导。     

基于嵌入式PID的喷雾头结构设计及雾化效果仿真

针对喷雾施药过程中药物的不合理利用现象,提出了一种喷雾头结构设计方法,并设计了一种压力流量自动调控喷雾头。该方法结合了嵌入式PID控制和遗传优化算法,将喷头机械结构设计成空心圆锥雾化喷嘴形式,对压力和流量调节过程进行遗传编码,采用积分和比例系数实现优化控制过程。为验证所设计喷雾头喷嘴的喷雾效果,对喷嘴内部流场和外边喷雾场进行了数值仿真模拟,通过数值仿真模拟计算发现:采用嵌入式优化算法对喷嘴的流量和压力进行控制,加大了喷雾的面积,增强了雾滴的粉碎程度,实现了均匀的喷药过程,提高了药物的利用率,为生态农业的发展提供了技术支持。     

弹尾形稳流器对摇臂式喷头内流道水力性能影响

对PY140型摇臂式喷头在不同的弹尾形稳流器与喷嘴直径组合工况下进行了喷头内流道水力性能试验。结果表明:喷头内流道阻力损失与喷嘴直径、稳流器长度及进口工作压力呈正比,并建立了回归模型;喷管段产生的阻力损失与喷头内流道阻力损失之比的平均值为0.666;当进口工作压力一定时,喷嘴工作压力与喷嘴直径、稳流器长度呈反比,喷头流量的最大相对误差为4.7%;锥角为40°的圆锥形喷嘴流量系数算术平均值是0.928。     

喷头数量对光伏喷灌系统运行特性的影响

【目的】探讨喷头数量对无蓄电池光伏灌溉系统运行特性的影响。【方法】搭建光伏灌溉系统试验台,采用试验测量的方法获得不同喷头负载数量下的系统性能。【结果】(1)不同负载下的喷头压力均随着光照强度变化而变化,变化幅度随着光照强度区间增大而降低,2负载的饱和光照强度比4负载低了300 W/m~2;(2)随着系统负载喷头数量增大,喷头饱和工作压力逐渐降低,2负载饱和压力约为450 kPa,4负载饱和压力约为435 kPa,喷头达到饱和压力所需光照强度逐渐升高;(3)随着喷头数量增大,喷头径向降水量逐渐减少,喷头各段之间降水量差值逐渐减小,2负载的径向水量分布结构为较差的"梯形分布",4负载的径向水量分布结构为较好的"三角形分布";(4)喷灌均匀系数随着负载喷头数量增加而增大,4喷头最大均匀系数比2喷头大2%。【结论】随着喷头负载数量增大,系统饱和光照强度增大,喷头饱和压力减小,泵扬程、转速、流量随光照强度瞬态变化的幅度逐渐减少,泵流量-扬程曲线与管路特性曲线的交点右移,系统在较大流量工况下运行,喷头工作压力降低,喷灌均匀性更好。     

旁通阀对长距离重力流输水管线水力过渡过程的影响

为研究旁通阀在长距离重力流输水管路检修过程中的作用,基于特征线法,建立了旁通阀计算模型.结合某大型重力流输水工程,对设置旁通阀与否的管路水力过渡过程进行了分析.结果表明,不设置旁通阀时,检修阀关闭会引起系统较大升压;设置旁通阀后,系统压力波动明显变缓,最高压力包络线与设计压力线在检修阀下游几乎重合,在检修阀上游稍有升高,相应地,最低压力包络线在检修阀上游与设计压力线稍有下降,在检修阀下游几乎重合.通过调试检修阀与旁通阀的关闭规律可以发现,检修阀关闭时间一定时,旁通阀关闭时间越长,最大压力越小,压力波动越平缓;而旁通阀关闭时间一定时,检修阀关闭时间的变化对压力波动形状影响不大,但会影响压力波动的开始时刻.同时,对不同管段检修工况压力极值统计发现,旁通阀对系统不同位置管段的防护程度不同,对起点和末端管段的压力防护作用最大.     

基于超声靶标探测的果园变量喷药控制系统设计

开发了一套基于超声波靶标探测的果园变量喷药控制系统,采用超声波传感器列阵探测果树靶标,通过对调压阀的PID调节来稳定管道压力,通过高压电磁阀的PWM驱动来调节喷头施药量,实现了果园对靶变量施药。喷药主控制系统以西门子S7-224XP作为控制核心,电磁阀驱动模块控制核心采用mega16单片机,二者通过485总线进行数据交互。果园施药试验结果表明:系统可以在一定程度上稳定管道压力,并根据果树靶标探测数据实现了变量施药,单喷头流量调节最大误差为9.5%。     

光照强度对光伏抽水灌溉系统性能的影响

为掌握光照变化对无蓄电池光伏灌溉系统运行特性的影响,搭建光伏灌溉系统开式试验台,试验测量了不同光照强度下的系统性能.试验结果表明:较低光照强度下喷头工作压力、射程随光照强度增大而增大,较高光照强度下随光照强度上下波动,射程变化趋势与工作压力变化趋势一致,但旋转周期变化趋势与工作压力呈相反规律;喷头工作压力变化趋势与光伏水泵出口压力、光伏组件输出功率变化趋势一致;光照强度1 000 W/m²附近系统运行参数达到阈值,喷头射程与工作压力最大值分别为9.8 m和0.44 MPa,水泵流量与出口压力最大值分别为1.68 m³/h和0.45 MPa;未达到阈值前,影响水泵与喷头运行的主要因素是光照强度,运行参数变化幅度较大,达到阈值后影响因素主要为光照强度和温度,运行参数变化幅度较小;较低光照强度下,组合平均喷灌强度随着光照强度增大而增大;较高光照强度下,组合平均喷灌强度随着光照强度上下变化,与光伏组件输出功率的变化趋势一致;随着光照强度增大,喷头喷灌均匀系数和分布均匀系数逐渐趋近最高值,喷灌均匀系数最高达到88%.     

多功能摇臂喷头性能试验研究

多功能喷头是以PY20摇臂喷头为基础,从摇臂喷头的中部插入掺气管,实现掺气、掺液的喷灌喷头。采用液气体积流量比和液液质量流量比衡量多功能喷头的抽吸性能,并在不同工作压力下开展了试验测量。在相同喷头流量条件下,对比了摇臂和多功能喷头的水力性能、不同组合间距下正方形布置方式的喷洒均匀系数。结果表明:随着工作压力的增大,液气比和液液比呈曲线下降且渐趋向于某一值,喷头掺气、掺液量增大;不同工作压力下多功能喷头与摇臂喷头相比,掺气时射程变化不大,而掺液时缩短约1 m;掺气和掺液对于改善射流前段和中段的水量分布效果明显,且降低了喷头末端的降雨强度和打击力度;多功能喷头掺气、掺液时,最佳组合喷灌间距为1.2R,优于摇臂喷头的1R,节约了灌溉管网开支成本。     

一种H型组合喷头的设计与试验

为优化植保器械,设计了一种H型组合喷头,对组合喷头田间作业参数对施药效果的影响进行试验研究.阐述分析了H型组合喷头的构造及工作原理,根据田间试验得到该组合喷头各部件的优选参数.结果表明:在0.3～0.9MPa压力下,H型组合喷头的流量为208.3～293.3mL/min、雾滴粒径分布跨度为0.71～0.82;常规喷头流...     

基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究

构建了一套可采集测量喷头喷雾压力数据的PWM变量喷雾实验平台,通过喷头压力与流量关系特性,经卡尔曼滤波算法得出喷雾瞬时流量数据,并对其积分得到喷雾流量。设计了一种自动分段线性拟合方法将滤波后得到的喷雾流量与PWM信号占空比相关联,最终建立PWM喷雾流量模型。在喷雾压力为0.2、0.3和0.4 MPa条件下,对各喷雾流量模型进行喷雾流量控制精度实验,实验表明3种压力条件下所建立的PWM喷雾流量模型决定系数R2均在0.995以上,喷雾流量控制误差在±6%范围内,说明该方法可以为快速、在线建立喷雾控制模型提供参考。     

四回路保护阀启闭特性检测系统建模仿真与实验验证

四回路保护阀(简称四保阀)启闭特性检测系统中,管路孔径、压力数据采集频率对四保阀的开启压力、关闭压力检测结果影响较大,由于目前缺乏相关研究,导致不同检测系统的检测结果无法比对。在研究阀体力学模型及流量特性模型的基础上,构建了四保阀检测的启闭动态过程数学模型,搭建了启闭特性检测系统的AMESim仿真模型并进行了研究。结合实测实验数据,对管路孔径和采样间隔对四保阀启闭检测结果的影响进行了分析。结果表明:进气节流孔越大,开启压力检测时间越短,检测数据稳定性越差;排气管路孔径越大,关闭压力越大;数据采集频率越高,开启压力检测数据稳定性越好;进气节流孔面积为0.5 mm2,采样间隔为0.001 s,可同时兼顾开启压力检测的稳定性和效率。