基于模型与CFD辅助的射流式混药器设计

射流式混药器结构简单,是实现药水分离的最简单有效的关键部件之一。针对混药器内部流体流动过程的复杂性,目前没有通用的理论模型来指导设计计算,没有直观的试验方法观察内部流动的问题。从非弹性介质的动量定理出发,推导出射流式混药器的特性方程,建立面积比、喷嘴与混合室距离的理论计算模型。采用多相流Mixture模型中的Zwart-Gerber-Belamri空化模型法,模拟分析混药器内部的相变过程。研究结果显示理论模型法、仿真法与试验方法的拟合优度大于0.98,证明研究方法的有效性。射流式混药器在低压力比下会发生空化现象,空化产生的气体使引射流量保持稳定,该特性能够满足稳定的混药比要求。设计面积比为1.31的混药器,混药比为0.049 8,混药比变异系数为1.23%。引射流体与工作流体在距离喷嘴出口40 mm处,其速度场已趋于一致,即混药器的混药均匀性可以满足实际需求。该研究为射流式混药器研究与应用提供技术支撑。     

不同面积比射流混药器的混药特性试验

建立射流混药器模型函数特性方程,理论分析不同结构参数的射流混药器混药状态下的压力比h与混药比q的函数关系,对面积比m∈(0.86,12.76)内25种面积比的射流混药器在工作压力范围0.4~1.2MPa内5个工作压力水平下进行在线混药特性试验,分析不同面积比射流混药器的压力比与混药比的变化规律。试验结果表明:射流混药器的h-q特性曲线斜率只与面积比m有关,与工作压力无关;不同面积比的射流混药器的压力比h和混药比q都呈线性递减,小面积比的射流混药器具有小混药比及高压力比的特点。定压力比h=0.35时,只有面积比m4.34的射流混药器处于混药工作状态(q0),其他面积比的射流混药器均处于回流状态(q0)。面积比m对射流混药器的混药区间hj影响显著,面积比m从1.34增大到4.13,混药区间hj从0.68衰减到0.35,降幅48.5%。以最大混药比q0.1、混药区间hj0.3 5为设计需求,射流混药器的面积比m范围为1.7 3~4.1 3。     

混药浓度在线检测装置的设计与实验研究

根据不同浓度溶液透光率不同,设计了一种混药浓度在线检测的装置。采用发光二极管配合灯罩的光源,线性CCD传感器作为光强接收装置,制作了透明长方体检测流道以及相关配套电路。在流量为3.2L/min、4.0L/min、4.8L/min时得到透射光灰度值与浓度拟合曲线,并进行了在线检测混药浓度装置性能的实验,用测量浓度和用烘干法所得浓度进行对比,偏差均小于等于0.045 6g/L,相对误差均小于等于9.575%,能够实现混药浓度在线检测。     

混药器流体图像采集与分割方法

通过在农药中加入示踪粒子,利用高速摄像机采集喷雾机农药与清水通过混药器在线混合后流体混合图像的方法,研究了喷雾机农药与水在线混合的混合效果.对于原始粒子图像均匀度较差的问题,提出了基于形态学的校正方法,利用灰度增强的Otsu法对粒子图像进行了有效分割,提取了粒子质心坐标等参数.     

小型施肥器的设计

针对目前由于施肥方法不当、施肥量难以精确控制、利用率低、容易造成施肥过量、肥效持续时间短、易挥发和环境污染等问题,设计了一种小型施肥器.其结构简单、操作方便且成本低廉,能在土壤中形成孔穴,将肥料直接输送到作物根部,实现精确定量和定深的施肥目标.该施肥器不仅有效提高肥料的利用率,而且减少污染、保护环境.     

小型水果采摘器的设计与研究

文章设计了一种小型水果采摘器,该采摘器采用摆杆结构,通过绳轮传功,利用摇轮、副杆的运动,调节杆件的伸缩性与工作台方位,完成水果采摘。该采摘器具有不易损伤水果,方便水果的摘取、收纳、携带等优点,为解决传统水果采摘难的问题带来了有效的参考。     

果园混肥器设计与数值模拟分析

针对我国水资源短缺、水溶性肥料溶解度较低以及灌溉施肥中水肥混合的均匀性问题,设计了一种高效混肥器,并利用ANSYS仿真计算软件,对该混肥器的搅拌装置进行模态和应力应变仿真分析。同时,基于Fluent模块对混肥器搅拌过程的流场、速度场进行模拟计算分析。结果表明：计算分析得到搅拌器的安全系数为11.95,最低阶模态主频率为19.13Hz,各阶频率远大于混肥器的激励源频率,表现出良好的振动特性,完全满足工业设计要求。由分析得到的不同搅拌速度的流场分布图可知,混肥器在大于临界搅拌速度的旋转搅拌过程中速度矢量分布较为复杂,混肥器内部产生较多的扰流和湍流,可有效提高混肥效果,同时发现,转速大于临界搅拌速度时,搅拌速度的增加对于混肥器内部流场分布的影响较小,最佳搅拌速度为600r/min,此时在得到良好的搅拌效果的同时降低了能耗。     

果园喷雾机变量混药装置设计与试验

针对目前变量混药装置喷雾压力不稳定和农药与水混合比不精确的问题,设计了一种电磁计量泵与比例溢流阀相结合的变量混药装置。通过采用电磁计量泵抽取药液,提高了农药与水配比的准确性。比例溢流阀与单片机相结合,方便调节水和药液的流量,并且能够单独控制水和药液的回路。试验表明,变量混药装置能够根据实际需要调节水和药液的流量,保持农药与水混合比稳定,而且压力满足喷雾要求。     

小型手动肥料深施器设计

介绍了一种方便实用的小型手动肥料深施器的结构设计和工作原理，并通过实验分析了它的技术参数，性能特点以及使用中应注意的一些问题。     

微小型谷物联合收获机设计与试验

针对南方丘陵山区的小田块地形及当前小型谷物联合收获机存在的问题,阐述了微小型谷物联合收获机的设计思路和关键零部件设计,并进行田间试验测试。试验结果表明,该机具有“轻、小、简、廉”特点,适应小田块作业。      

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α值和均匀性指数γ值作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时在药水比例P一定的情况下,载流流量Q越大则混合均匀性越高;不同混合比P条件下,均在载流流量Q=2400 ml/min(试验条件下最大载流流量)时均匀性达最大,Q过小会造成混合均匀性明显下降;在Q一定时,混合比P越大则混合均匀性越高,混合比P较低时,需要有较高的载流流量Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2000ml/min≤Q≤2400ml/min时可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800ml/minQ2000ml/min时可完成高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800ml/min时基本无法完成各混合比P下的在线均匀混合。     

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α和均匀性指数γ作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析混合均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像进行对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时,在混合比P一定的条件下,载流流量Q越大,则混合均匀性越高;不同P条件下,均在Q=2 400 mL/min(试验条件下最大载流流量)时混合均匀性达最高,Q过小,会造成混合均匀性明显下降;Q一定时,P越大,则混合均匀性越高,P较低时,需要有较高的Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2 000 mL/min≤Q≤2 400 mL/min时,可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800 mL/minQ2 000 mL/min时,可完成较高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800 mL/min时,基本无法完成各种混合比P下的在线均匀混合。     

脂溶性农药旋动射流混合机理与混药器流场数值模拟

以研究脂溶性农药和水的混合均匀性为目的,试验验证了传统射流混药器结构对脂溶性农药在线混合的局限,提出旋动射流混合机理以增加工作液和混合液的旋度,根据该机理设计的旋动射流混药器采用螺旋弯曲收缩管、起旋器和在扩散管中加入固定导叶等方式,增加工作液的卷吸能力、掺混作用。经过数值仿真,采用容积分数分布均匀性评判指标来判断混合效果,结果表明,喷嘴出口处面积加权平均均匀性指数γa为0.998 9,截面上药液容积分数最大值与最小值的差值很小,整个截面上的药液分布一致,旋动射流混药器结构设计能够保证出口位置处脂溶性农药与水的均匀混合。     

小型山地苜蓿播种机开沟器的设计与试验

针对黄土高原山区坡地苜蓿机械化播种存在着开沟阻力大、入土性能不佳等问题,设计了一种曲面刃口型种肥正位分施开沟器。采用中心组合试验设计方法进行开沟器的机播试验,建立了开沟性能与行走速度、入土隙角、铲面张角的数学模型,并采用响应面优化分析,得到了开沟器的最佳结构参数。田间试验表明,播种机以0.8m/s的速度行驶、入土隙角为8°、铲面张角为32°时,开沟效果最佳,开沟器入土性能较好、开沟阻力小。     

林果业小型果类采摘器机具设计与试验研究

目前,我国坚果收取方式多数为手工收取,机械化程度较低,效率不高。针对这一问题,首先分析了国内外坚果收取研究现状,研究了农林业中辊式机械的应用特点,并以夏威夷果为例,设计了一种橡胶套金属辊回转式坚果收取装置。设计完成后搭建了机械收取样机,并在室内进行了夏威夷果收取试验,以验证收取效果。结果表明:当上、下两组橡胶套金属辊的组间距为30mm、转速为28r/min时,直径在30mm以上的夏威夷果均能较快地被收取下来,且未发现果树花蕾受到明显损伤。所设计的样机具有较高的收取效率,能在收取过程中有效保护果树花蕾,适用于花果同期类的坚果收取工作。     

小型变电站设计中重合器与熔丝的配合

1重合器与电源侧的熔丝配合在小型变电站设计中,主变的一次侧采用熔断器FU保护,二次侧采用重合器保护,如图1所示,这就产生了负荷侧的重合器ACR与电源侧的熔断器FU的配合问题。按着选择性的要求,电源侧熔丝与负荷侧重合器的动作必须满足下述条件：①当配电线路中,在重合器     

风送式机动实时混药喷雾机的设计与试验

为了提高农业药物的喷洒效率,以果园为研究对象,设计出一款实时混药静电喷雾机。该喷雾机与传统喷雾机相比,性能更佳,不论是混药的均匀性,还是混药的稳定性,变异常数CV均小于5%;无冠层内,正反两面各点的附着率分别为95.44%、98.03%、75.26、79.48%、76.25%、44.62%,均优于传统喷雾机两面各点附着率的82.68%、68.72%、43.27%、40.56%、24.48%、18.66%;冠层内,正反两面各点的附着率分别为81.37%、65.24%、26.24%、57.47%、17.68%、56.84%、39.52%,均高于传统喷雾机两面各点附着率的67.83%、15.24%、18.65%、22.15%、17.68%、4.42%。试验表明:该设计可以投入农业实际生产,为我国农业实时混药静电喷雾机的设计提供参考。     

微小型旋耕机关键参数分析与改进设计

对自走式微小型旋耕作业机的演变与发展现状进行了概述,对现行微耕机的结构原理、切土碎土过程、刀片运动轨迹,影响作业质量的主要参数进行了分析,提出了自走式微型旋耕机设计中不可回避的问题,针对存在的问题,提出了改进设计方案。     

精准配比料药一体化生猪饲喂器设计与试验

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析,得出转速为40～60 r/min时排料槽轮的稳定性较好,根据(100～250)∶1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10～20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况,可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力,两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内,可实现的料药质量配比范围为(93.4～251.8)∶1,给定的料药质量配比在此范围内;进行料药配比混合台架试验,试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药,解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。