JP50卷盘式喷灌机水涡轮水力性能的试验与模拟

针对目前国内卷盘式喷灌机用水涡轮的外特性和内部流场分布规律的研究较少,设计了水涡轮试验台,对JP50卷盘式喷灌机配套使用的水涡轮进行试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对水涡轮内部流动进行了数值计算,分析水涡轮在不同流量下的压力分布和速度矢量分布,得到了内部流动分布规律.结果表明：水涡轮的工作效率很低,最高效率仅为13%,最高效率点前效率曲线比较陡峭,最高效率点后效率曲线相对较为平坦;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为6.87%;高压水通过水涡轮主要工作叶片后压力迅速递减,造成了较大的水力损失;进出口压差随流量的增大而逐渐增大,与水涡轮的水头-流量及轴功率-流量曲线相吻合;水涡轮叶轮出口处出现回流现象;水涡轮出口管道下壁面附近存在低压区,并且随着流量的增大低压区的面积逐渐减小,随之出现了涡流现象.     

离心泵变压供水系统控制模型辨识的试验研究

离心泵变压供水被认为是一种节能供水模式,但由于对其控制模型的研究不够深入,在水泵变工况运行时常常造成用户端水压不稳,推广应用受到很大限制。为提高变压运行控制系统性能,利用变频器、虚拟仪器搭建离心泵供水系统试验台,编制LabView测控程序,进行变工况下的变压和恒压模型辨识试验。根据各响应过程,通过MATLAB系统辨识工具箱建立过程模型与理论模型比较,并对比分析相同阀门开度下和不同阀门开度下变压与恒压过程控制模型的参数和结构变化。结果表明随着离心泵工况改变,变压供水控制模型是定结构的带延迟二阶模型,参数具有较大幅度的变化,其惯性、时变和时滞特性比恒压供水更大,建议针对系统暂态性能改善设计具有PID特性的变参数控制器。     

基于Sufacer和Pro/E的潜水搅拌器叶轮反求设计研究

为了进行某型搅拌器叶轮的抗磨损研究和叶轮备件的国产化，通过三坐标测量机获得叶轮的分散点云，采用Surfacer软件进行点云的处理，获得总的点云，创建叶片曲面，再采用Pro/E软件生成叶轮的三维实体造型。通过这种反求工程方法获得的叶轮实体造型与原叶轮有较高精度的一致，已成功应用于叶轮模具的制造、叶轮的抗磨损研究和备件的国产化工作。     

高稳定性卷盘喷灌机单喷头喷洒车设计

针对国产卷盘式喷灌机最常采用的单喷头钢架拼接式喷洒车在工作运行过程中受到喷头压力水后坐力、螺旋盘管扭曲的作用力和地面坡度等环境的作用而出现的弯扭、翻倾等问题,克服在喷头车上直接安装水泥配重块这一传统解决方案带来的成本提高、造型笨重粗糙等不足,从喷洒车的具体结构推导出影响其稳定性的理论因素.建立了单喷头喷洒车的三点支撑型式和五点支撑型式2种主要车架拓扑结构模型.以安装摇臂式喷头的喷洒车为例,考虑地面与车轮之间的摩擦因素,对一定坡度工况下运行的车体进行受力和受弯矩的平衡稳定性分析,将最大不翻倾临界坡度角作为衡量喷洒车稳定性高低的指标,基于MATLAB平台对影响稳定性的重心高度、前后支撑点距离等因素进行了优化,结果表明喷洒车的最大不翻倾临界坡度角提高了39.53%,优化后喷洒车的稳定性得到增强.分析思路和优化方法可为高稳定性喷洒车的设计优化提供有益的借鉴.     

基于行星齿轮的卷盘喷灌机传动设计与优化

为了提高卷盘喷灌机运行效率,拓宽原动机的调速范围,使实际工况下原动机尽可能工作在高效区,重新设计了基于三级NGW型行星齿轮的传动系统.新型传动结构可以实现正常工作档、工作中途动力回收档、断电或无高压供水下的手动回收档等三档变速功能.新型传动型式总效率提高近21%.针对新设计的传动系统的行星齿轮部分建立以传动效率最高和体积最小为目标的多目标优化模型,针对包含有模数、齿数以及变位系数等混合离散变量的问题,采用遗传算法工具箱GADS进行了混合离散变量多目标线性加权优化,优化后的三级行星齿轮传动与初始设计相比效率提高了10.64%,体积减少了16.3%.新设计的传动系统方案为新型卷盘喷灌机的开发升级提供了比较有益的借鉴.     

供水系统模型辨识与动态特性分析

为掌握离心泵供水系统在不同工况下转速突变时的动态模型结构、运行情况及其特性,通过改进水泵供水系统的出口端阀门结构,搭建了新的离心泵调速供水试验系统.通过试验台的改进在试验中实现系统的阶跃输入扰动,较为准确地反映系统工况的变化并进行调速工况下的模型辨识试验.试验中使用虚拟仪器和高频电参数测量仪搭建测量系统,对供水系统中所需数据进行测量采集.试验基于阶跃响应辨识原理,采用最小二乘法,通过Matlab系统辨识工具箱对数据进行预处理并确定其传递函数,绘制所得传递函数的零极点图和阶跃响应曲线.对比分析发现,系统运行在升频的工况下时,其超调量和震荡情况明显大于系统运行在降频工况下.结果表明,离心泵供水系统是最小相位系统,数学模型为二阶惯性加时滞结构.其模型参数会随着工况的变化而改变,实时辨识和实时变参数控制更为适合该系统.     

离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟

采用离散颗粒模型(DPM)对离心泵内示踪粒子运动进行了数值计算.在该模型中,采用经典的RNGk-ε模型来求解离心泵内的清水流场,并与试验对比验证模拟计算的可靠性,然后在清水流场基础上对离散示踪粒子采用Lagrange方法模拟,求解不同性质的粒子运动方程.通过粒子运动轨迹线与恒定或准恒定流线的对比,以及粒子相对速度随流场空间尺度的变化关系分析了粒子的跟随特性.数值模拟结果表明:当粒子直径大于50μm,不同密度的粒子在泵内跟随性差别很大,而直径在20 μm以下,粒子跟随性对密度的敏感度降低;粒子密度与流体密度相等是一个重要的界点;对于流道内存在漩涡等不稳定流的追踪,只有无量纲密度比ε接近1,且直径足够小的粒子其轨迹线才与流体的流线接近;直径在20 μm以下的粒子相对速度大小与流体接近,跟随精度较高;考虑到粒子的散射特性,建议本泵选用直径在20μm左右的聚苯乙烯粒子作为示踪粒子.     

基于ADAMS的垂直摇臂式喷头多体动力学建模与优化

以Nelson SR100型垂直摇臂式喷头为对象,针对现有垂直摇臂式喷头动力学性能的研究存在忽略摩擦因素、过于简化模型等问题,基于虚拟样机软件ADAMS建立了垂直摇臂式喷头的动力学仿真模型,综合考虑摇臂与转轴、喷管与水管密封等部位实际的摩擦情况,以试验数据确定各部件之间的实际摩擦因数。针对垂直摇臂式喷头的垂直上下摆动、水平左右步进旋转这两个主要动作,运用STEP函数构建一个完整周期非自由与自由运动时间段内喷头导流器所受水平与垂直力的模拟函数进行动力学仿真。最后通过换向仿真,模拟实际摇臂在换向过程中,摆动杆对限位板的接触碰撞力的大小。以接触碰撞力最大值最小为目标函数,对上述接触碰撞力最大值进行优化,将影响换向顺利程度的换向杆长度等因素作为约束条件,优化后的最大碰撞力较优化前减少了55.9%。其动力学仿真结果可以为垂直摇臂式喷头的结构强度分析与疲劳寿命优化等相关动力特性的进一步分析及喷头动力学特性的设计提供基础。     

中国农业节水喷微灌装备研究进展及发展趋势

喷灌装备还存在大型喷灌机单井水量不足、中小型喷灌机智能化程度不高、整机效率低、工况适应性较差、系列化程度不足等方面的问题,微灌灌水器不同水质下的抗堵性能还需进一步加强,微灌水肥一体化系统智能决策的精准算法、实用性和可靠性有待提高.对"十三五"以来在中国喷微灌装备研发方面取得的新进展进行综述,重点阐述了中小型喷灌装备、滴...