浅谈摇臂式喷头的扇形机构

扇形机构又称换向机构,在移动式、固定式喷灌系统中常采用有扇形机构的喷头来控制喷头喷洒范围和提高喷头喷洒质量。摇臂式喷头的扇形机构主要包括定位销、拨杆、突变机构。(图1)     

PY140型摇臂式喷头摇臂碰撞过程数值模拟

基于显式动力分析软件ANSYS/LS〖CD*2〗DYNA,建立了摇臂式喷头摇臂绕轴旋转、碰撞喷体 的 有限元分析模型,在3种摇臂转动角速度和喷体安装弹性橡胶垫与否的组合工况下,对摇臂 与喷体的碰撞过程及动应力分布进行了计算模拟。结果表明,PY140型摇臂式喷头在转动 角速度400(°)/s时,计算的碰撞动应力峰值为423MPa,与试验值的误差小于05%,预 测的发生位置距离摇臂转轴中心15cm,与试验结果相同。摇臂各断面的动应力极值和碰撞 接触应力均随转动角速度的增加而增大,喷体打击块安装橡胶垫后,3种转动角速度下动应 力峰值平均降低了104%,但接触时间平均增加了766%。     

PY_1 40型摇臂式喷头摇臂碰撞过程数值模拟

基于显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了摇臂式喷头摇臂绕轴旋转、碰撞喷体的有限元分析模型,在3种摇臂转动角速度和喷体安装弹性橡胶垫与否的组合工况下,对摇臂与喷体的碰撞过程及动应力分布进行了计算模拟.结果表明,PY_140型摇臂式喷头在转动角速度400(°)/s时,计算的碰撞动应力峰值为42.3 MPa,与试验值的误差小于0.5%,预测的发生位置距离摇臂转轴中心15 cm,与试验结果相同.摇臂各断面的动应力极值和碰撞接触应力均随转动角速度的增加而增大,喷体打击块安装橡胶垫后,3种转动角速度下动应力峰值平均降低了10.4%,但接触时间平均增加了76.6%.     

四川省试制成功垂直摇臂式塑料喷头

为了更快更好地推广喷灌技术,成都塑料厂和四川省水利局科研所经过反复试验,自行设计、研制成功了川喷76-1型垂直摇臂式(或称间歇反作用式)中低压双喷咀旋转式塑料喷头,为我国自行设计,自己制造的喷头增添了新品种。其工作原理是水舌冲击摇臂作垂直摆动,每冲击一次就给喷体一个推动力矩,使喷头作间歇转动。是一种反作用式喷头。它克服了连续反作用式喷头存在的或者工作不可靠或者转动太快的缺点,保留了结构简单的优点。     

灌溉用反作用式喷头简析

反作用式喷头是一种旋转式喷头,它与摇臂式喷头、叶轮式喷头都是农业上常见的喷洒设备。在我国,喷灌系统上多数还是采用摇臂式喷头,这是因为摇臂式喷头的设计,制造都比较成熟,喷头的各项性能又都能满足生产需要。近几年来,随着喷灌的发展,具有我国特色的全射流式喷头,垂直摇臂式喷头等相继通过鉴定并投入生产,丰富了旋转式喷头的品种,给使用部门选择喷洒设备创造了更为有利的条     

摇臂式喷头换向器的改进

临颖喷灌机厂经过几年努力,研制成功了摇臂式喷头弹珠摆块式换向器,经过二年来的田间考核,并经水利部农田灌溉研究所性能测试,证明性能良好,使用可靠,现简介如下: 结构与工作原理 1.弹珠摆块式换向器主要有摆块、压缩弹簧、滚珠、拨杆、换向器座组成(图1)。全部零件联结在换向器座上,由两个     

ANSYS/FLOTRAN在摇臂式喷头压力损失分析中的应用

利用ANSYS建立了装有稳流器的中压摇臂式喷头的CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模型,对不同的工作压力进行了模拟计算,得到喷头流道压力等值线图和压力损失值,并利用台架实验进行了验证。结果表明,摇臂式喷头流道压力损失模拟计算值与台架实验值之间的平均偏差均小于2．5％,从而确定可用仿真模拟计算代替台架实验,研究喷头流道水力性能,减少了实验次数,为摇臂式喷头流道结构的优化研究提供了有效的手段。     

多自由度空间摆动式自动喷洒机构设计与实现

在对果树、农作物与城市街道绿化的树木花草进行药物喷洒作业时,由于作业环境恶劣、喷洒高度不够及喷洒效率低等诸多原因的限制,往往需要人工进行喷洒及人爬高进行高危喷洒作业,不仅劳动强度大、喷洒效率低,而且存在一定的安全隐患。为此,设计出一种往复摆动式自动喷洒机构,以期解决上述问题。为保证机构运行时对稳定性和可靠性的要求,对摆动导杆机构进行了动力学模拟仿真,得出影响机构稳定性的主要因素,并对摆动导杆机构进行了优化设计。样机喷洒试验结果表明:摆杆喷头的稳定性保证了喷洒的均匀性。     

方形喷洒域摇臂式喷头喷洒机理分析

对方形喷洒域摇臂式喷头的喷洒机理进行了深入分析。应用有关射程公式得出了方形喷洒域摇臂式喷头的理论和修正压力-转角关系曲线,将该关系曲线应用于ZY-1型方形喷洒域摇臂式喷头的设计中,进行了实际场地喷洒试验。结果表明,该方形喷洒域摇臂式喷头的实际压力-转角关系曲线与修正压力-转角关系曲线吻合得较好。     

摇臂式喷头的力学原理

摇臂式喷头是目前国内外应用最普遍的一种喷洒器。它依靠一个带导流器的活动摇臂,反复接受水舌的冲击能量,并以碰撞的形式推动其喷体转动。实践表明,传递水舌能量的摇臂是这种喷头工作质量好坏的关键所在。本文尝试从摇臂的运动入手,分析摇臂的力学特征,进而探讨摇臂式喷头内在的、普遍适用的力学规律,力求能为摇臂式喷头的设计提供基本的理论说明。本文以全园喷洒的喷头为主,分析讨论以下几个方面的问题: 1、导流器上的水流运动情况; 2、摇臂在水舌中运动和受力情况; 3、导流器位置参数的设计依据; 4、摇臂的能量及与摇臂转动惯量的关系; 5、摇臂摆功的规律和摇臂撞击频率概念,同时提出相应的数学表达式。     

垂直摇臂式喷头导流器的流固耦合分析

以垂直摇臂式喷头的导流器为研究对象,对导流器从水射流中获取的驱动力进行理论分析和试验测量.基于流固耦合原理,初步建立了垂直摇臂式喷头导流器驱动力数值模拟计算模型,并通过试验结果验证数值模拟结果的准确性.将流场计算结果加载到导流器固体域上,对导流器进行了力学分析和模态分析.结果表明:模拟得到的导流器从水射流中获取的驱动力值与试验值的最大偏差为15.98%,但随着压力的升高,偏差值逐渐降低;通过力学分析得到导流器在受水射流冲击时的变形主要分布在弯曲叶片部分;通过有限元模态分析,得到导流器前6阶模态的固有频率和振形,当导流器的工作频率小于122.6 Hz时,其振动以一阶振形为主.为了提高导流器的工作稳定性与可靠性,可以通过改进局部结构或提高材料的力学性能实现.     

黑土区玉米秸秆-土壤混料离散元模型参数标定

由于黑土区保护性耕作中关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,在一定程度上制约了机具的优化改进。以黑土区玉米秸秆-土壤混料为研究对象,构建玉米秸秆-土壤混料离散元仿真模型,采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行离散元仿真接触参数标定。首先,采用圆筒提升的方法确定玉米秸秆-土壤混料的实际堆积角,利用Design-Expert软件中Plackett-Burman试验筛选出对堆积角有显著影响的参数为：土壤-土壤滚动摩擦因数、土壤-钢静摩擦因数、秸秆-土壤滚动摩擦因数、土壤JKR表面能;进一步通过最陡爬坡试验确定4个参数的最优取值范围,根据Box-Behnken试验原理以堆积角为响应值,建立堆积角与显著参数的二次回归模型;以实际堆积角为目标,利用软件寻优功能对显著参数进行优化并得到最优参数组合：秸秆-土壤滚动摩擦因数0.16、土壤-土壤滚动摩擦因数0.24、土壤-钢静摩擦因数0.75、土壤JKR表面能0.67J/m2。通过仿真试验对最优参数组合进行对比验证,仿真堆积角与物理试验堆积角相对误差为1.64%。研究结果表明标定的参数真实可靠,可为黑土区玉米秸秆-土壤混料的离散元仿真提供理论参考。     

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4％±1％)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定.首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆...     

考虑水滴运动蒸发的喷灌水量分布模拟

提出了有风条件下喷头水滴运动与喷灌水量分布模拟方法,并利用Visual Basic 6.0开发了喷灌水量分布模拟软件.该软件在已知单喷头的径向水量分布数据时,可以模拟出不同风速、风向、空气温湿度等环境条件下单喷头或多喷头组合的喷灌水量分布,计算出喷灌系统的组合喷灌强度、喷灌均匀系数和蒸发损失率.以9708A型喷头为例,分别对工作压力为0.20、0.25和0.30 MPa下单喷头径向水量分布以及喷灌系统组合间距为14 m x 14 m和14 m×12 m时的喷灌水量分布进行了模拟,并与实测值进行了对比,结果表明:模拟的单喷头径向水量分布与实测值总体一致,由模拟水量分布推算的喷头流量与实测值的相对误差为0.83％ ～8.01％;喷灌均匀系数模拟值与实测值的相对误差为0.69％～6.36％,蒸发损失率模拟值为0.51％ ～ 1.75％,小于实测的水量损失率.模拟了不同组合间距下的喷灌水量分布,得到的喷灌均匀系数模拟值与其他软件比较,相对误差在0.11％ ～2.44％之间.     

隙控式全射流喷头运转动力学分析

针对隙控式全射流喷头在恶劣工作条件下出现的附壁力小、驱动力矩小等不足,研究了获得射流元件的最大附壁驱动力矩和减小摩擦阻力矩的方法,对射流元件进行优化设计,以保证喷头的正常运转．分析了隙控式全射流喷头的转动驱动力矩和摩擦阻力矩,喷头转动驱动力矩由射流附壁时与射流元件侧壁产生的驱动力矩,射流与出口盖板的作用力矩组成,喷头的摩擦阻力矩由空心轴端面摩擦阻力矩,空心轴与轴套间的摩擦力矩,密封机构摩擦阻力矩组成．根据动量守恒方程推导出附壁射流中心线方程,得到中心线附壁点距离及附壁冲角的计算公式．推导了理论状态下,附壁力矩最大值与结构尺寸之间的关系．由刚体转动定律计算出全射流喷头的力矩公式及全射流喷头步进角度公式．     

基于虚拟样机的桁架式喷洒车稳定性动力学仿真

为了提高卷盘式喷灌机桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力,克服喷洒车试验周期长、成本高、试验优化能力受限制的缺点,采用虚拟样机软件ADAMS建立JP75型喷灌机桁架式喷洒车的动力学参数化仿真模型,对喷洒车的纵向、横向抗倾覆性以及爬坡能力进行了仿真。分析了不同坡度角工况下影响桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力的几种关键因素,采用二分法控制仿真坡度角的变化,对各因素的影响程度进行了仿真试验研究,提高了仿真速度。通过对影响爬坡和倾覆性能较大的地面粘附系数、质心高度、轮距等关键因素进行优化,使临界爬坡角比现有喷洒车提高了21.48%。优化后新机型的试验运行结果表明,在同样坡度工况下新机型倾覆次数明显减少,能够达到的最大爬坡角得到提高,仿真优化取得明显效果。     

基于响应曲面法的土壤离散元模型的参数标定研究

为准确地建立土壤的离散元模型,获取土壤离散元仿真中的仿真参数,以真实的土壤直剪切试验,与堆积试验来获取土壤的泊松比、堆积角。以堆积角为响应值,基于响应面优化,标定土壤离散元的相关参数。采用Design Expert软件依次设计Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验与Box-Behnken试验得到土壤的最优参数组合。选用堆积角为目标对回归模型进行优化,得到了一组最优解。最终获取土壤的内摩擦角19°,泊松比为0.40,土壤的内聚力9.06,土壤接触模型JKR表面能为3.927 J/m~2、土壤—土壤恢复系数为0.332、土壤—土壤静摩擦因数为0.719,实际堆积角试验与最优解仿真堆积角试验相比较结果表明,两者在堆积角角度以及堆积角形态上有较高的相似性。证明了本次仿真标定的可行性,为后续农业机械离散元仿真奠定基础。     

变量喷洒全射流喷头副喷嘴优化与评价

为解决全射流喷头实现变量喷洒时由于压力变化而产生的水量分布不均匀问题,以20PXH型变量喷洒全射流喷头为研究对象,设计不同副喷嘴改善水量分布。通过射流理论分析设计了8种副喷嘴方案,测量了喷头径向水量分布,采用不同压力下喷灌强度差值分析的方法,得到方案5挡板式副喷嘴结构改善水量情况最好。通过测量不同挡板角度及不同压力下水量分布,以均匀性系数值最大为目标,以挡板角度及均匀性取值范围为约束条件,首次建立了变量喷洒全射流喷头喷洒均匀性的综合评价函数,并求导得到最佳挡板角度为21.2°。     

绿豆种子离散元仿真参数标定与排种试验

为提高绿豆精密排种过程离散元仿真模拟试验所用仿真参数的准确度,进一步优化排种部件,基于绿豆种子的本征参数,采用Hertz Mindlin with bonding粘结模型建立种子仿真模型,分别采用自由落体碰撞法、斜面滑动法、斜面滚动法对绿豆种子与接触材料(有机玻璃、Somos8000树脂)间仿真参数进行标定,结果表明：绿豆与有机玻璃碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.445、0.458、0.036,与Somos8000树脂碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.434、0.556、0.049。以种间接触参数为因素,以实测堆积角与仿真堆积角相对误差为指标,进行了最陡爬坡试验、三因素五水平旋转组合设计试验,以最小相对误差为优化目标,对试验数据寻优分析得到：绿豆种间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.3、0.23、0.03。对标定结果进行排种验证试验,结果表明：仿真试验漏吸率与台架试验漏播率最大相对误差为4.71%、重吸率与重播率最大相对误差为4.94%、单粒率与合格率最大相对误差为0.98%,证明标定结果可靠。该研究结果可为绿豆精密排种装置的设计与仿真优化提...     

六方(四方)形摇臂式喷头水力学特征分析(四)

在室内模拟试验的基础上分析了六方(四方)形摇臂式喷头的压力、流量、能耗等水力学特征，为深入探求该类喷头的水力学本质和进一步优化结构打下了良好的理论与实验基础。