基于SPH法船式拖拉机单折面轮叶驱动性能研究

船式拖拉机的驱动性能很大程度上取决于其行走机构叶轮,轮叶的结构参数是影响船式拖拉机驱动效率的重要指标。为进一步减小轮叶与土壤接触过程中的滚动阻力,提高其驱动性能,在前期研究的HH709S型船式拖拉机直面轮叶优化结构的基础上,构建了单折面轮叶—土壤光滑粒子流体动力学(SPH)模型,分析了单折面轮叶折角处半径、驱动面倾角、非驱动面倾角对驱动性能的影响,最终获得驱动效果最佳的轮叶结构。研究结果表明:优化后单折面轮叶结构的驱动效率与原直叶片相比提高了15.03%,与优化后的直叶轮相比提高了13.65%,推进力做功提升了8.13%,叶轮轮叶驱动性能得到了显著改进。     

基于离散元法的船式拖拉机直线驱动性能研究

以叶轮直叶片为研究对象,构建了单轮叶—土壤离散元模型,充分校核模型准确性后,分析了轮毂宽度对各个最优参数的影响规律以及叶片在不同速度下叶片长度最优值的变化情况。对实际工况下的叶片结构参数进行优化设计,以单轮叶叶片长度、轮叶厚度、轮叶驱动面倾角、轮叶非驱动面倾角为试验因素,驱动叶轮平均驱动效率为试验指标,进行仿真试验,研究叶轮与土壤相互作用过程中土壤颗粒空间位置的变化、颗粒堆积流动现象、叶轮受力情况以及各个参数的变化对驱动轮驱动性能的影响机理。优化后的最佳结构参数分别为叶片长度240mm、轮叶厚度6mm、轮叶驱动面倾角5°、轮叶非驱动面倾角4°,此时单轮叶的驱动效率最高。     

机耕船平面楔形驱动叶轮结构参数的优化设计

本文对机耕船上应用较广的平面楔形驱动叶轮进行了计算机优化设计。 一、平面楔形驱动叶轮的优化设计 1.运动学分析 通过对平面楔形驱动叶轮的运动学分析,求得了单个轮叶滚动一周时在土壤中所形成的理论刺孔轨迹(图1)和驱动面在各个阶段与土壤的接触线长度l_(AB)(图2)。     

机耕船水田轮运动学与能量消耗

本文分析了与机耕船能量消耗有关的水田轮叶片与水田土壤相互作用的运动学,把叶片从入土到出土划分为三个过程,即压土、挤土和挑土。通过理论分析和土槽试验,研究了每一过程中的能量消耗,研究了能量消耗随滑转率和叶片倾角变化的规律,并对降低能量消耗提出了建议。     

水田叶轮轮叶倾角的计算公式

一、问题的提出 水田叶轮,目前仍是水田拖拉机、水田农机具(机动水稻插秧机,水稻收割机等)在水田行走的主要装置。它所以能够在水田行走,主要是靠其轮叶。轮叶后面倾角(以叶顶为顶点的径向倾角,下面简称为轮叶倾角)的确定,是轮叶设计的主要问题。     

基于SPH法的船式拖拉机叶轮单轮叶驱动性能研究

叶轮是船式拖拉机独特的行走驱动装置,其设计参数对驱动性能和作业效率具有很大影响。为此,以课题组前期研发的HH709S型船式拖拉机叶轮为研究对象,采用光滑粒子流体动力学法,建立了轮叶-土壤的动力学仿真模型,并在此基础上对单轮叶与土壤的作业过程进行了分析。通过分析不同结构参数下单轮叶推进力做功及驱动效率的变化规律,为轮叶结构参数优化设计提供依据。研究结果表明:单轮叶结构优化后最大支撑力减小了3.83%,最大推进力提升了9.66%,推进力做功提升了13.72%,驱动效率提升了20. 35%,驱动性能得到了显著提高。     

水田叶轮轮叶驱动面几何形状参数分析

水田叶轮的轮叶是参与土壤相互作用,产生推力,承力的基本元件。轮叶驱动面的几何形状参数对驱动轮工作性能和整机牵引性能有根本影响。 关于轮叶几何参数设计的两个基本原则:一是机械原理的共轭啮合基本定律,要求两共轭啮合元件在啮合过程节点位置保持不变,压力角保持不     

无缘叶轮单轮叶动力性能分析及其轮叶驱动面的优化设计

本文从曲面轮叶运动关系、动力关系出发,利用水田土壤挤压强度的观点,建立了单个曲面轮叶动力性能的计算模型。应用惩罚函数法(SUMT)在计算机上优化搜索并绘制出了具有较好牵引性能的优化轮叶驱动曲面的形状。并发现,不同滑转率下的优化曲面是不一样的,滑转率越大,优化曲面当量倾角越大。该文进一步分析求解了最佳滑转率值(δ=14.3％)及相应的最优驱动曲面形状。在箱式土槽及测试台车上的试验表明,单轮叶动力性能计算模型与试验结果有较好的一致性;在最佳滑转率附近,最优曲面轮叶与相应尺寸的平面轮叶相比牵引性能有所改善。     

手扶拖拉机旱田驱动叶轮的研究

根据手持拖拉机结构参数和其在旱地作业的状态进行了旱地驱动叶轮的设计,建立了轮缘外径、轮叶齿数、轮叶齿端曲线等方程,据此确定了沭河81拖拉机旱地驱动叶轮主要参数。与轮胎进行性能对比,未耕地和已耕地作业时最大牵引功率分别提高22％和17％,最大牵引力分别提高33％和24％,齿形夹角150°的驱动叶轮较轮叶夹角120°的驱动叶轮最大牵引力提高24％。     

手扶拖拉机旱田驱动叶轮的研究

根据手扶拖拉机结构参数和其在旱地作业的状态进行了旱地驱动叶轮的设计,建立了轮缘外径、轮叶齿数、轮叶齿端曲线等方程,据此确定了沐河81拖拉机旱地驱动叶轮主要参数。与轮胎进行性能对比,未耕地和已耕地作业时最大牵引功率分别提高22％和17％,最大牵引力分别提高33％和24％,齿形夹角150°的驱动叶轮较软叶夹角120°的驱动叶轮最大牵引力提高24％。     

水田驱动叶轮仿生叶片机理数值模拟分析

根据水牛蹄独有的几何外形适于水田等松软地面行走和行走阻力低的特性,运用逆向工程技术提取仿生信息,并设计水田叶轮仿生叶片.通过数值模拟的方法研究仿生叶片性能改善的机理,以进一步指导叶轮的设计.仿生叶片与平面单叶片轮叶的计算机模拟对比分析表明,仿生叶片提高推进力的机理主要为:有效延缓叶片表面流体速度突变造成的流体介质冲击与分离,减小分离流对叶片的撞击阻力,提高叶轮驱动力;仿生叶片可增加叶片驱动扭矩,使叶轮驱动力增加.     

水田驱动叶轮轮叶下土壤流动特性与动力性能研究

在自制的小土槽试验装置上,进行了水田驱动叶轮轮叶下土壤流动的拍摄和轮叶上土壤反力的测试.在研究轮叶下土壤流动轨迹、流动模式和流动区大小变化规律的基础上,分析了轮叶产生的推进力和支承力,驱动效率的变化规律及其与土壤流动之间的关系.深入分析了有较大陷深和作旋轮线运动的轮叶的驱动效率较低的原因.     

水田驱动叶轮轮叶下土壤流动特性与动力性能研究

在自制的小土槽试验装置上,进行了水田驱动叶轮轮叶下土壤流动的拍摄和轮叶上土壤反力的测试。在研究轮叶下土壤流动轨迹、流动模式和流动区大小变化规律的基础上,分析了轮叶产生的推进力和支承力,驱动效率的变化规律及其与土壤流动之间的关系。深入分析了有较大陷深和作旋轮线运动的轮叶的驱动效率较低的原因。     

射流离心泵动静叶栅匹配的水力与声学性能优化设计

为提高射流离心泵叶轮和导叶水力设计水平,优化动静干涉对泵的水力性能及其声学响应特性影响,采用正交试验方法结合CFD/CFA(计算流体动力学/计算流体声学)技术对叶轮与正导叶的动静叶栅匹配进行多目标优化设计,试验设计统筹考虑叶轮和正导叶相关结构参数,分析叶轮叶片数、叶轮叶片型线、导叶叶片数、导叶叶片型线及动静叶栅间隙对射流离心泵扬程、水力效率和动静叶栅内部流体动力噪声的影响规律,采用矩阵分析法确定多目标优化方案,获得综合性能最优的动静叶栅匹配组合。结果表明:优化后,额定工况下泵的扬程不变,水力效率提高0. 5个百分点,动静叶栅内的整体噪声明显降低,其中叶轮诱导噪声降低7. 1%,导叶诱导噪声提高2. 2%,验证了权矩阵分析法确定多指标优化方案的可行性;低噪声射流离心泵设计的关键是合理确定动静叶栅间隙及动静叶栅的叶片数;动静叶栅的不同匹配方案对射流离心泵扬程的影响比对其水力效率的影响更加敏感,对导叶诱导噪声的影响比对叶轮诱导噪声的影响更加敏感;压力脉动引起具有偶极子特性的流体动力噪声,导叶诱导噪声的频谱特性与压力脉动的频谱特性基本一致,但叶轮诱导噪声的频谱特性与压力脉动的频谱特性有较明显的区别。     

不同载荷分布型式下轴流泵叶顶间隙流特性研究

轴流泵叶顶泄漏流对水泵内外特性有重要影响,从控制叶片载荷角度建立了轮缘载荷分布型式与叶顶泄漏流的关系。基于三维反问题设计方法设计得到了具有前载、中载和后载3种典型轮缘载荷分布型式的轴流泵叶轮模型,采用三维湍流模拟技术研究了上述3种轮缘载荷分布型式对轴流泵叶顶泄漏流及其诱导的泄漏涡流动的影响。结果表明,相对于轮缘前载型叶轮和轮缘中载型叶轮,轮缘后载型叶轮可有效消除叶片进口附近低压区,有利于叶轮空化性能;小流量工况性能有所提高,有效抑制流量扬程曲线的驼峰现象;同时轮缘后载型叶轮具有更好的小流量工况压力脉动性能。     

不同载荷分布型式下轴流泵叶顶间隙流特性研究

轴流泵叶顶泄漏流对水泵内外特性有重要影响,从控制叶片载荷角度建立了轮缘载荷分布型式与叶顶泄漏流的关系。基于三维反问题设计方法设计得到了具有前载、中载和后载3种典型轮缘载荷分布型式的轴流泵叶轮模型,采用三维湍流模拟技术研究了上述3种轮缘载荷分布型式对轴流泵叶顶泄漏流及其诱导的泄漏涡流动的影响。结果表明,相对于轮缘前载型叶轮和轮缘中载型叶轮,轮缘后载型叶轮可有效消除叶片进口附近低压区,有利于叶轮空化性能;小流量工况性能有所提高,有效抑制流量扬程曲线的驼峰现象;同时轮缘后载型叶轮具有更好的小流量工况压力脉动性能。     

导叶时序位置对离心泵叶片载荷影响的数值模拟

采用结构化网格及SST湍流模型,对不同导叶时序位置下离心泵内部流场进行三维非定常数值模拟,并对模拟结果进行试验验证,研究时序效应对叶轮叶片和导叶叶片载荷的影响.结果表明:当隔舌大约处在2个导叶中间(cl0,cl5位置)时,蜗壳不对称作用对叶轮内部流场影响降低,叶轮叶片压力面载荷增大,叶轮做功能力较好; 当叶片逐渐靠近蜗壳隔舌时,蜗壳不对称作用对叶轮内部流场影响增大,叶片出口吸力面大于压力面载荷的位置逐渐向叶片中段偏移,导致叶轮做功能力逐渐降低; 导叶叶片载荷分布受导叶与隔舌相对位置的影响较为明显.当导叶叶片尾缘靠近蜗壳隔舌时,导叶叶片载荷出现吸力面大于压力面的情况.     

机耕船水田驱动轮的试验研究

本文通过对不同结构型式和参数机耕船驱动轮的牵引试验,分析了驱动轮结构型式和参数对机耕船牵引性能的影响,为机耕船的总体参数研究及驱动轮的优化设计提供了一些依据。     

诱导轮进口轮毂比对离心泵空化性能的影响

以某型LNG电动超低温潜液泵作为模型泵,基于数值计算和试验,研究了诱导轮进口轮毂比对空化性能的影响规律.采用RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型对模型泵进行全三维数值计算,试验验证了数值计算的准确性,并选取诱导轮进口轮毂比分别为0.260,0.274,0.289,0.303和0.318的5组离心泵设计方案,对比分析了诱导轮和叶轮内空化发展过程、静压分布规律及离心泵的空化特性曲线.结果表明:采用不同诱导轮进口轮毂比的离心泵,其诱导轮和叶轮流道内的空化发展过程基本一致,空化首先发生在诱导轮进口轮缘处的低压区;增大诱导轮进口轮毂比会提高诱导轮轮缘处液流的进口轴面速度,致使叶片进口冲角降低,在叶片吸力面产生脱流,并且低压分布区域的面积逐渐扩大,离心泵的空化性能下降.因此,在诱导轮的设计过程中,为了获得更高的离心泵空化性能,可在适当范围内降低诱导轮进口轮毂比.     

潜水离心泵叶轮叶片数及导叶叶片数的匹配

为分析叶轮和导叶叶片数对潜水泵性能的影响,在原型泵(叶轮叶片数为7,导叶叶片数为8)基础上设计了9个不同叶轮和导叶叶片数的潜水泵模型,基于雷诺时均Navier-Stokes方程Spalart-Allmaras湍流模型对各模型泵内的流场进行了三维定常数值模拟计算,获得了泵的扬程和效率曲线.结果表明,当潜水离心泵泵的叶轮叶片数为6,导叶叶片数为8时,潜水泵具有最佳的整体性能.性能最优潜水泵效率提高2.61%,扬程提高0.574 m.通过对性能最优和原潜水泵内流场对比分析发现,性能最优潜水泵具有更大的相对高压区,叶轮和导叶叶片数变化对潜水泵流场速度分布影响较小.通过对原型潜水泵的外特性试验验证了数值模拟方法合理可行.