改进型环形射流泵输送不同果蔬试验

为了研究果蔬的形状、大小和密度对环形射流泵输送性能的影响,该文采用喉管直径为60 mm的环形射流泵进行了马铃薯、胡萝卜、圣女果和金桔的输送试验,对入口结构、流量比、输送高度和果蔬种类4个因素对输送性能的影响进行了研究,并分析了不同工况对果蔬损伤的影响。结果表明:吸入口结构对输送性能有很大的影响;该环形射流泵输送马铃薯、胡萝卜、圣女果和金桔的最高输送能力分别为3 038.13、2 158.83、2 302.92和1 949.50 kg/h;在相同的面积比和输送高度下,输送能力随工作流体流量的增加而增大;在相同的面积比和工作流体流量下,输送能力随输送高度的升高而降低;在相同的工况下,输送椭球形的果蔬的能力要优于输送长条形果蔬的能力,输送密度较大的果蔬的能力要优于输送密度较小的果蔬的能力。输送单位质量果蔬的能耗在低流量比时变化不明显,在高流量比时有较大提升。马铃薯和胡萝卜在输送过程中损伤很小,损伤原因是与管道或泵内壁或者管道接口处碰撞,马铃薯和胡萝卜的最大质量损失率分别为0.13%和0.21%,最大表面损失率为0.68%和1.20%,圣女果和金桔在所有工况没有损伤。该研究可为今后环形射流泵输送果蔬的深入研究提供参考。     

喉管与喷嘴截面积比对射流式鱼泵输送性能及鱼损的影响

为探究喉管与喷嘴截面积比对射流式鱼泵输送性能及鱼损的影响规律,该文设计了喉管与喷嘴截面积比分别为1.75和3的射流式鱼泵,以鲫鱼为试验对象进行鱼类输送试验,获得了不同喉管与喷嘴截面积比射流式鱼泵的输送能力及单位质量能耗,并采用表观损伤统计、解剖和血清指标检测等方法分析了射流式鱼泵喉管与喷嘴截面积比对鲫鱼损伤的影响。研究结果表明:在相同被吸流体流量工况下,喉管与喷嘴截面积比较小的射流式鱼泵输送鱼类能力较强,且单位质量能耗较低。试验中喉管与喷嘴截面积比为1.75的射流式鱼泵输送鱼类能力达到1913kg/h,而单位质量能耗仅为1.51 kW?h/t。鱼类损伤的主要类型是局部鳞片少量脱落(轻度损伤),约占所有过泵鱼类的10%。在相同被吸流体流量下,喉管与喷嘴截面积比较小的射流式鱼泵中鱼类轻度损伤率较高,而喉管与喷嘴截面积比对重度损伤率影响较小;喉管与喷嘴截面积比较大的射流式鱼泵在输送过程中对少数鲫鱼肝脏造成的损伤较严重;而不同喉管与喷嘴截面积比射流式鱼泵输送过程均会对鲫鱼肾脏造成影响,但是这种影响在24 h内可以恢复到未过泵时的水平。综合考虑输送能力及鱼损情况,喉管与喷嘴截面积比为1.75的射流式鱼泵更适合鱼类输送。研究结果可为射流式鱼泵推广应用提供支持并可作为其优化设计的参考。     

高速摄影技术分析射流式鱼泵流量对鱼运动规律影响

采用高速摄影技术初步研究了草鱼、团头鲂和鲫鱼等3种鱼类在射流式鱼泵内的运动规律,分析了鱼类逆流游动率、逆流游动过泵时间、姿态变化率及鱼类与泵壁面碰撞所受力与工作流体流量之间的关系。试验研究表明:在5种工作流体流量工况下,随着工作流体流量的增加,鱼类逆流游动率逐渐降低,过泵时间逐渐减少,姿态变化率逐渐升高,所受碰撞力逐渐升高;在工作流体流量较低时,鱼类逆流游动率超过85%,过泵时间均超过300 ms,姿态变化率均小于6%,所受碰撞力在1～3 N的范围内;在工作流体流量较高时,鱼类逆流游动率在50%～85%之间,过泵时间在125～175 ms之间,大多数情况下姿态变化率9%～18%之间,所受碰撞力在5～7N的范围内;在试验所用3种试验鱼中,草鱼的过泵时间最长,姿态变化率最高,并在大部分工况中所受碰撞力最大。     

多喷嘴射流泵数值模拟及试验研究

设计了一种能够缩短喉管长度的多喷嘴射流泵。并采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同结构参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟和试验研究。结果表明,喷嘴数和喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大。得出了射流泵的最佳性能喷嘴数,确定了工作流体和被吸流体喉管混合均匀长度,验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度,提高了射流泵工程应用价值。     

不同进气方式下气力提升泵水力特性理论模型与验证

为了深入研究气力提升泵的提升性能,该文首先进行了理论分析,建立了适用于不同进气方式的气力提升模型。同时通过改变进气面积与气孔分布方式进行试验研究,试验结果与理论分析结果吻合较好,该模型在一定范围内能够较好地预测提升泵的提升流量;并且根据试验结果,进一步分析了不同进气方式对气力提升泵的液体提升量与提升效率的影响规律。结果表明:首先,7 mm方形喷嘴进气方式下,随着气流量的增加,提升液体流量先较快增加,之后上升趋势逐渐变缓,提升效率先迅速升高,达到峰值后又下降,而沉浸比升高会使峰值效率提高。其次,沉浸比为0.5时,不同进气面积下,较小的进气面积导致提升效率降低;在相同进气面积下,不同的气孔排布方式对提升液体流量与提升效率的影响并不明显。再次,当管内流型接近弹状流型时,提升效率较高,稳定性较好;在环状流下,提升泵的效率最低,稳定性差。     

不同工况下大型箱涵式泵装置压力脉动特性及振动特性

为了研究箱涵式泵装置无汽蚀、开敞出流和汽蚀条件下压力脉动特性和振动特性,在进水喇叭管和叶轮室进口壁面布置了4只压力脉动传感器和箱体顶部布置了2只振动传感器,对多个工况点压力脉动特性和振动特性进行了动态测量,揭示了轴流泵进水部分不同条件下的压力脉动规律和振动特性。试验结果表明,叶轮室进口压力脉动峰峰值较大,叶轮室监测点主频值均为叶片转频,进水喇叭管除低频脉动外主频主要分布在叶频和转频位置;各工况点叶轮室进口两测点压力脉动有较好的对称性,进水喇叭管南北两侧压力脉动不对称;叶轮室进口压力脉动峰峰值基本都是随着流量的增加而减小;汽蚀条件下和开敞式出流条件下与没有发生汽蚀时相比,频谱图对应性较好,频率分布大体规律基本能够吻合,主要频率对应的幅值比不发生汽蚀时略大,汽蚀条件下频谱分布更广;水平振动位移均在10μm以内,竖直振动位移较大,说明泵装置运行时竖直振动更为明显。振动位移的大小随着流量的增大而减小。汽蚀条件下振动位移较非汽蚀时增大2.4~8.6μm,其中流量越小竖直振动位移增加越大,因此,实际工程中应尽量避免在小流量工况汽蚀条件下运行。该文关于箱涵式泵装置进水部分压力脉动试验研究可为同类泵站优化设计提供参考。     

双级射流混药装置的试验研究

植保机械中射流混药装置具有在线混合、环保等优点,而单级射流泵有混合比过大及混合比不稳定等缺陷.根据植保机械的要求,研制出双级射流混合装置.在不同主辅射流嘴直径,主、辅射流管距情况下进行试验,通过对双级射流混药装置中压力和混药比进行检测,得到其变化规律,揭示了试验参数对压力损失、混药比等系统参数的影响,为双级射流混药装置的设计提供了参考.     

竖井与轴伸贯流泵装置水力特性比较

为比较竖井与轴伸贯流泵装置的水力特性,借助大型商用CFD软件在水泵水力模型、导叶以及流道总长度保持不变的情况下,对竖井和轴伸贯流泵装置进行了数值仿真模拟计算,并对竖井式贯流泵装置外特性进行了试验验证,试验结果表明设计工况点扬程和效率的模拟结果和试验误差在1%以内,非设计工况误差偏大。计算结果表明:进水流道水力损失较小但是能够影响着水泵性能的发挥,竖井与轴伸进水流道出口的面积加权均匀度分别为92.8%、95.2%,1.25倍设计流量工况下,叶轮的效率在竖井内比在轴伸贯流泵装置内效率最多低1.3%。出水流道的水力损失较大并影响着泵装置的性能曲线,轴伸与竖井出水流道水力损失最大值出现在0.59倍设计流量工况点,此时轴伸出水流道内水力损失值为0.459 m,竖井直管出水流道内水力损失值为0.741 m,轴伸贯流泵装置效率比竖井高了3.5%。算例中扬程以1.27 m为分界线,扬程低时竖井贯流泵装置整体性能较好,扬程高时轴伸贯流泵装置性能较好。该研究可为低扬程泵站的选型提供参考。     

射流喷嘴几何参数对喷灌泵自吸性能的影响

为探索射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵自吸性能的影响规律,该文选择射流喷嘴的喷管总长L1、喷管角度θ、出口长度L2及出口直径D2为变化因素,按L9(34)正交试验的方法设计了9种不同参数的射流喷嘴,通过数值模拟得到使用9种不同射流喷嘴的泵自吸过程气液两相体积流率、叶轮进口速度、叶轮进口气相体积分布及叶轮气相体积分布规律。分析结果表明:射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵气相及液相流率影响的主次顺序为D2>L2>L1>θ;对叶轮进口速度影响的主次顺序为L2>θ>D2>L1;对叶轮进口气相体积分布影响的主次顺序为θ>L1>D2>L2;对叶轮气相体积分布影响的主次顺序为D2>θ>L1>L2;对该射流式自吸喷灌泵射流喷嘴各几何参数最佳组合为射流喷嘴的喷管总长L1=55mm、喷管角度θ=42°、出口长度L2=2mm及出口直径D2=13mm。研究结果可为射流式自吸离心泵射流喷嘴的设计提供参考。     

基于CFD的射流自吸泵性能优化与试验

为提高射流自吸泵效率,该文选择关键结构参数射流器喉管直径、射流器出口直径、叶轮出口宽度和叶片数作为目标因素,设计四因素三水平正交试验,共9组试验。运用数值分析软件提供的湍流模型对各方案进行数值计算。通过极差分析确定性能最优参数组合,其中对效率影响最主要因素为喉管直径。以喉管直径为优化目标设计单一变量试验,分别在小流量点、额定流量点及大流量点进行数值计算,通过数据拟合得到正交试验最优参数组合在不同流量下以喉管直径为自变量的扬程、效率方程式,运用极值运算及加权平均得到最优喉管直径。试验结果表明:相比原型泵,优化模型在额定流量点效率提高约5%。该研究为同类泵的优化提供了一种较可靠的试验设计及数据处理方法。     

弹性揉搓式马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土分离与清土除杂效果不够理想，伤薯率、破皮率和含杂率较高等问题，该研究采用“双重振动分离+弹性揉搓除杂+缓冲减损集薯输送”收获工艺，设计了一种弹性揉搓式马铃薯联合收获机，主要部件包括挖掘装置、液压调控薯土分离装置、弹性揉搓清土除杂装置和缓冲减损集薯输送装置等。在阐述整机结构、收获工艺特点和工作原理的基础上，分析马铃薯运行轨迹、碰撞过程及土块破碎透筛过程，确定双重振动薯土分离段、弹性揉搓清土除杂段和缓冲减损集薯输送段的结构及运行参数，以满足高效分离除杂和减损防损需求。通过田间试验验证，在挖掘深度为220 mm，作业速度分别为3.17和4.16 km/h时，损失率分别为1.17%和1.43%，伤薯率分别为1.30%和1.27%，破皮率分别为1.98%和1.84%，生产率分别为0.41 和0.54 hm²/h，各项性能指标均满足相关标准的要求，可为装备研发和优化改进提供参考。     

甘薯联合收获机高度自适应集薯装置设计与优化

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业过程中的运动学与力学特性,通过新的集薯方式以满足落薯高度自适应、集薯装筐和自动卸料换筐等作业要求。通过落薯高度自适应功能减小并控制薯块下落的高度达到有效减少甘薯伤薯率与破皮率的目的。在单因素试验分析结论的基础上,以清选平台转速、落薯机构转速和落薯设定高度为试验因素,开展三因素三水平Box-Benhnken试验,以伤薯率、破皮率、微破率和损伤率为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析。回归模型进行多目标优化后获得装置最优工作参数组合为：清选平台转速108.07 r/min、落薯机构转速74.75 r/min、落薯设定高度18.15 cm。对优化结果进行验证试验,试验结果为：伤薯率0.39%、破皮率0.54%、微破率22.93%和漏薯率0.54%,各评价指标与模型预测值相近。研究结果可为甘薯联合收获机高度自适应集薯装置进一步设计与优化提供参考。     

基于机器视觉的马铃薯自动分级方法

为了实现马铃薯的自动分级,设计了基于V型平面镜同时获取三面图像的马铃薯机器视觉分级系统,并提出了相应的分级算法。根据大小特性,提出基于最小外接柱体体积法的马铃薯大小分级检测方法;根据外形特性,采用最长径外接矩形的宽高比法,实现了类圆形、椭圆型以及长型马铃薯的分类;根据马铃薯缺陷特点,分别提出以缺陷面积大小作为判别准则的孔洞、干腐马铃薯判别方法,以外接矩形对角线长度作为判别准则的机械损伤马铃薯判别方法和基于交叉法的发芽、畸形马铃薯检测方法。最终马铃薯的分级正确率为91.0%。试验结果表明:基于机器视觉的马铃薯自动分级检测方法可行,可用于马铃薯外部品质的在线检测。     

缓冲筛式薯杂分离马铃薯收获机研制

针对现有马铃薯收获机薯土分离效果不理想、伤薯率和破皮率较高等问题,该文采用"2级高频低幅振动分离+薯秧分离及侧输出+低位铺放"的薯土分离工艺,研制了一种缓冲筛式薯杂分离马铃薯收获机,该机具主要由挖掘装置、松土限深装置、切土切蔓装置、分离筛、振动调整装置、薯秧分离装置、秧蔓侧输出装置、低位铺放装置以及压实整平装置等部分组成。结合分离筛末端与缓冲筛衔接处的薯杂分离状况,分析了缓冲筛倾角变化对薯块和秧蔓的影响规律,优选出较佳的缓冲筛倾角为36°。试验结果表明,在收获速度为0.88和1.16 m/s时,生产率分别为0.41和0.54 hm~2/h,伤薯率分别为1.47%和1.12%,破皮率分别为1.89%和1.07%,各项性能指标均满足相关标准的规定。随着收获速度的增加,薯块碰撞加速度峰值和碰撞次数均减小,可有效降低伤薯率和破皮率,但明薯率有所降低;反之,碰撞加速度峰值明显增大,明薯率提高的同时伤薯率和破皮率也明显增大。薯块位于分离筛上对应于薯垄边缘位置时,容易产生较大的碰撞加速度峰值(150g)。研究结果可为进一步探讨薯土分离减损控制方法及薯土分离工艺的优化改进提供参考。     

圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制与试验

针对目前中国马铃薯收获机械普遍存在的薯土分离不完全、易于堵塞、振动大和功耗过大等问题,该文研制了一种与四轮拖拉机配套的圆盘栅式马铃薯挖掘机。为提高分离效率,该机采用栅条式挖掘装置和圆盘栅式分离装置,通过计算确定了挖掘装置和分离装置各关键参数。改进了圆盘切刀结构,方便其切土的同时漏掉侧边细小土壤。田间试验表明:圆盘栅式马铃薯挖掘机挖掘、输运流畅、分离效果显著,伤薯率为4.3%、损失率为3.3%、明薯率为97.5%,3项指标结果均达到了技术规范设计要求。此外与拨指轮式马铃薯挖掘机进行的田间试验对比中发现,该机在明薯率和损伤率2项参数对比中占优。因此,圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制成功为西北旱作农业区垄作马铃薯的挖掘提供了一种防堵、薯块易捡拾、功耗小和适应性强的马铃薯挖掘机。     

基于机器视觉的马铃薯质量和形状分选方法

马铃薯的质量和形状是机器视觉分级的2个重要特征和依据,为实现马铃薯质量与形状检测分级,该文提出了一种基于图像综合特征参数的分选方法。首先提取马铃薯俯视图的面积参数和侧视图的周长参数,通过回归分析建立马铃薯的质量检测模型,实现对马铃薯的质量分选;然后提取马铃薯俯视图像的6个不变矩参数,输入到已训练好的神经网络,完成对马铃薯形状分选。试验结果表明:该方法可以有效的检测马铃薯的质量并区分其形状,质量分选准确率为95.3%,薯形分选准确率为96%。可满足实际应用的要求。     

收获期马铃薯块茎碰撞恢复系数测定与影响因素分析

为了建立马铃薯块茎在土薯分离机构和振动筛上发生碰撞时的碰撞模型,该文基于质点对固定面的碰撞动力学理论在自制测定装置上对马铃薯块茎碰撞恢复系数进行了试验测定。对块茎碰撞恢复系数的主要影响因素碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种等进行了混合正交试验和单因素试验。混合正交试验结果表明,各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为:碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种,其中碰撞材料、下落高度、块茎质量和含水率影响较为显著。单因素试验结果表明,马铃薯与65Mn钢、橡胶、马铃薯和土块间块茎碰撞恢复系数依次减小,其中新大坪的值分别为0.791 2、0.710 5、0.663 2、0.525 3,陇薯7号的值分别为0.762 7、0.695 2、0.690 4、0.563 1;马铃薯块茎碰撞恢复系数随着下落高度、块茎质量和含水率的增加而减小,回归方程决定系数均大于0.9。研究结果可为马铃薯收获机挖掘及土薯分离装置关键部件的优化设计提供参考。     

马铃薯机械化收获除杂技术与装备研究进展

高效低损除杂是马铃薯机械化收获的核心环节,直接影响马铃薯的收获效率与收获品质,是助推马铃薯收获模式制定与收获装备研发与产业化进程的关键。由于不同马铃薯种植地区的自然环境等区域差异性较大,各地区马铃薯种植和收获模式复杂多变,因此对马铃薯机械化收获的除杂技术、装置结构和作业原理的需求各不相同。机械化收获除杂是减少生产成本、提高经济效益的重要方法,该研究基于国内马铃薯种植农艺,分析了国内外典型的马铃薯收获机基本结构和技术特点,对马铃薯机械化收获秧膜杂处理技术进行归纳总结,阐述薯土分离、薯秧分离、残膜回收及杂质清选等环节的装置结构与工作原理,对比分析不同除杂装置的特点与技术指标。针对国内覆膜种植、丘陵地区土壤粘重等特点,指出制约国内马铃薯除杂机械化发展的关键问题,并提出规范种植体系,研制适用机型与专用装备,农机农艺农信相融合和产学研相结合等建议,以期为马铃薯机械化收获除杂技术装备的研发应用奠定基础。