卷盘式喷灌机冲击式水涡轮结构参数优化

针对JP75卷盘式喷灌机冲击式水涡轮驱动力矩小、水力效率低、压力损失高等问题,以提升水涡轮水力性能为目标,在单因素分析的基础上,基于响应曲面模型和CFD数值模拟,选取叶轮侧端间隙宽度(侧端间隙)、出水管入口倒圆半径(倒圆半径)和喷嘴中心与叶轮轴的间距(中心间距)为设计变量,以水涡轮效率最高、驱动力矩最大和压力损失最小为目标函数,运用Box-Benhnken中心组合试验设计方法,开展三因素三水平优化设计分析。结果表明:所建立的二次多项式响应面模型可以准确表征响应指标与设计变量之间的关系,中心间距是影响水涡轮水力性能的最主要因素;水涡轮结构参数最优组合为:中心间距73 mm、侧端间隙2 mm、倒圆半径20 mm;设计工况下的试验结果表明,与原型水涡轮相比,优化的水涡轮效率提高17.6个百分点,驱动力矩提高13.2%,进出口压降降低29.3%。     

基于Fluent卷盘式喷灌机喷头内部流场分析

为了了解喷头内部流场的变化情况,根据计算流体力学的基本理论,运用Fluent软件对卷盘式喷灌机喷头内部流场进行了仿真。对在相同压力下不同规格型号的喷头以及相同规格型号的喷头在不同工作压力下的内部流场进行了分析,通过该仿真分析可直观了解在不同条件下,喷头内部流场的分布情况和变化趋势。因此对喷头内部流场的仿真分析在喷头设计或选型中都起着积极作用。     

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.     

国外卷盘式喷灌机的选用

卷盘式喷灌机是目前世界上更为先进的喷灌设备,国外经过30多年的开发与研制,已形成系列产品.为科学合理的选用其进口设备,文中从卷盘式喷灌机的结构原理、规格性能方面出发,介绍几种机型,并阐述其适用条件、喷灌工作步骤,以及使用中应注意的技术问题,便于选择卷盘式喷灌机时,更好地了解其技术性能.     

卷盘式喷灌机排管装置的研究

排管装置作为喷灌机的重要组成部分,其设计的优略直接影响着喷灌机的喷灌效率及制造成本。本文对喷灌机排管装置进行了研究与分析,排管装置采用正反向"8"字螺旋轴排管装置,能够更好更精确地完成喷灌机PE管的回收及排列。     

卷盘式喷灌机选型辅助决策系统的开发

卷盘式喷灌机选型辅助决策系统的研制开发 ,为卷盘式喷灌机田间工程规划中的正确配套选型提供了快捷、准确、高效的方法 ,并能指导卷盘式喷灌机制造者的优化设计 ,以发挥卷盘式喷灌机的最佳工作效益。     

卷盘式喷灌机卷盘驱动负载计算与分析

为优化卷盘式喷灌机驱动结构,研制高效卷盘喷灌机驱动器,需要对卷盘式喷灌机的卷盘负载情况进行计算和分析。为此,以软管牵引式卷盘喷灌机为对象,建立了卷盘负载转矩计算的物理模型,理论推导了在运行时的卷盘负载转矩数学计算模型。以JP50和JP75型卷盘式喷灌机为例,按推导所得数学模型进行计算,得到了运行时卷盘负载转矩随已回卷PE管长度的变化规律和估计值。计算结果表明:JP50型卷盘式喷灌机运行时最大负载转矩约为960N·m,JP75型为6 001N·m;卷盘负载转矩随已回卷长度的增加而减小,且当卷盘回卷半径变化时,负载转矩将突然变大;负载转矩的大小和变化规律只与喷灌机的参数和运行条件有关,与运行时的速度无关。     

软管卷盘式自动喷灌机特性分析

该机条带形喷洒成两种运动合成的近似螺旋重叠区。随行程变化保持喷头车匀速移动才能达到良好喷哂质量，必须设调速器随机控制。只要匹配合理，节能效果是好的。本机采用中密度ＰＥ材质管，性能优良．水力驱动机以橡皮囊式为优。通过分析认为这种喷灌机适于我国国情。     

卷盘式喷灌机牵引装置油光互补供电系统配置优化

针对卷盘式喷灌机灌溉准备工作中拖拉机牵引喷头车及供水管时存在的压实土壤、破坏作物、能耗浪费及灵活性差等问题,基于光伏板、蓄电池、汽油发电机互补供电技术,提出了一种电动牵引装置。根据牵引装置动力需求,以供电系统年费用为目标函数,以负载亏电率、蓄电池荷电状态为约束条件,以光伏板、蓄电池数目和汽油发电机额定功率为决策变量建立优化模型,利用基于罚函数的粒子群算法(Particle swarm optimization algorithm,PSO)求解,并在陕西省杨凌地区气候条件下进行了优化模型应用,得到年费用最低的供电系统配置:光伏板数目为2块、蓄电池数目为4块、汽油发电机额定功率为3 k W,此配置下年费用为2 740. 69元。通过不同配置方案的对比,对模型优化结果进行了验证。最后,以最优方案配置供电系统进行了为期3 d的田间运行试验,结果表明:不同时段、不同天气类型下系统发电量始终大于耗电量,系统累计发电量为5. 01 k W·h,负载累计耗电量为4. 71 k W·h,所选试验条件下优化配置满足牵引装置运行要求。     

JP75卷盘式喷灌机水涡轮水力性能分析与结构改进设计

为了揭示JP75卷盘式喷灌机切击式水涡轮的水力性能及内部流动特征,采用电涡流制动器阻力代替喷灌机负载,进行水涡轮水力性能试验,并基于SST k-ω模型对水涡轮内部流动进行数值模拟。在此基础上,通过模拟正交试验对影响水涡轮水力性能的主要因素进行分析。研究结果表明,水涡轮进出口水头差及输出功率随流量增加近似呈抛物线型增加,不同工况下水涡轮效率均低于35%;水涡轮喷嘴出口处存在回流区,回流区的低速流动降低了喷嘴射流速度,造成水涡轮驱动力矩下降;叶轮内存在一个主过流叶片通道,喷嘴出流在叶轮内主要由主过流通道流经叶轮,主过流通道内叶片工作面压力高于其他区域;叶片出口侧环形流道内流速相对较高,对叶轮内非主过流通道流动起阻滞作用,导致叶轮区形成回流漩涡;喷嘴出口直径和叶片侧端间隙大小对水涡轮水力性能有显著影响,模拟正交试验获得了喷嘴出口直径24 mm、叶片侧向切削点与叶轮旋转轴径向距离52.7 mm、叶片侧端间隙6.8 mm的水涡轮改进方案;与原型水涡轮相比,不同工况下,改进方案水涡轮的进出口水头差降低了20%~30%,输出功率提高了10%~15%,效率提高了12~17个百分点,最高可达52.21%。     

节能保质的卷盘式喷灌机双喷枪技术

针对卷盘式喷灌机搭载单喷枪灌溉所需工作压力较高的问题,文中提出使用双喷枪组合灌溉,并对双喷枪与单喷枪在不同工作压力下的移动喷洒水量分布开展试验,对比分析2种喷枪在不同轮灌组合间距下的灌水均匀度.结果表明,双、单喷枪工作压力分别为0.10和0.25 MPa时,其喷洒幅宽分别为45.08和45.60 m, 2种喷枪以1.5倍喷头车喷洒半径组合轮灌时,组合均匀度分别为81.72%和80.36%,喷洒效果基本相同.运用等效年值法,对2种喷枪的初始投资、能耗费和年运行费进行对比发现,此工况下,双喷枪的初始投资、能耗费和年运行费分别为27.45,77.58和105.04元/hm²,单喷枪分别为12.95,193.96和206.91元/hm²,双喷枪初始投资虽略有增加,但能耗费和年运行费较单喷枪分别减小了60.00%和49.23%.因此,使用双喷枪喷洒可在保证喷洒质量的同时,降低工作压力、能耗费和年运行费.     

卷盘式喷灌机研究进展与发展趋势分析

为促进我国卷盘式喷灌机快速发展,提高对卷盘式喷灌机关键技术的整体认识和比较国内外差距,本文概述了国内外的发展历程和卷盘式喷灌机的主要类型和机型,从内外特性指标两方面,阐述了影响卷盘式喷灌机的关键因素及研究现状,总结出喷头车行走速度的均匀性、行走速度与喷头旋转扇形角及速度的匹配关系、喷头车运行稳定性、喷头进口压力的稳定性、喷头的姿态和地形等是影响喷灌均匀性指标的关键因素,各组成部分的能量转换效率和优化匹配是影响整机能耗的关键因素。分析了卷盘式喷灌机驱动动力、传动系统、速度控制、关键环节能量转换和喷头车稳定性等关键技术的研究进展和存在的问题。提出了我国卷盘式喷灌机需要重点研究的应用基础和关键技术问题,展望了卷盘式喷灌机多功能和智能化的发展趋势。     

卷盘式喷灌机使用效益分析

随着农业技术的发展,人们越来越明显地意识到灌溉方式对农业生产的重要性。传统的地面灌溉有着明显的不足,尤其是水资源的有效利用率很低,形成不了良好的田间小气候,对复杂地形的适应性较差,浪费有限的耕地,劳动力消耗大等。而目前国     

基于卷盘式喷灌机的低压双喷枪喷洒水力特征研究

针对卷盘式喷灌机配备中高压大流量喷枪导致的能源消耗问题,基于HY50叶轮式喷枪在低压条件下的移动水量分布特性,将两个HY50叶轮式喷枪水量分布曲线以12m喷枪间距进行组合叠加,使其在较低工作压力下喷洒,但不降低喷洒宽度,以达到降低能耗、提高生产效率的目的。研究发现,随着工作压力的增加,双喷枪喷洒幅宽、喷灌水深均随之增加,同时,双喷枪移动水量分布形式逐渐趋向“三角形”,有利于多喷枪组合喷洒;并对12m低压双喷枪在0.15、0.25MPa工作压力下的水力性能进行了田间试验,12m双喷枪的田间试验结果与计算值最大偏差不大于11.62%。双喷枪基本达到了降压不降喷洒域的目的,对于低压喷灌设备的研究具有一定参考意义。     

JP90-330淋灌型卷盘式喷灌机主机部分的改进设计

本文重点阐述了此综合调速系统的研究对JP90-330淋灌型卷盘式喷灌机主机部分进行重新设计并优化,采用优化了整机结构、水涡轮/齿轮箱一体部件重新设计、优化了传动机构,并改进了智能监测系统和整机外观的设计。该设计提高了传动效率,降低了驱动能耗,提升了智能化水平,提升了外观美感,推广应用前景广阔。     

JP75型卷盘式喷灌机水涡轮能量转换数值模拟分析

为了对JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行能量转换分析、参数优化及探究其内部流动性能,采用CFD技术,对转速为250 r/min下的水涡轮进行三维建模、多面体网格划分以及数值模拟.分析水涡轮压力云图和速度云图,发现进口管道中不合理的弯道、喉部、喷嘴设计导致了水涡轮运行效率偏低,来流中的压力势能未能转化为有效的叶片冲击动能,大量能量仍以势能的形式储存在液流中.分析过流断面流线图,发现叶片间隙及出口管道入水口处有大量涡旋产生,造成部分能量损失,从而表明现有的JP75型水涡轮进出口设计和叶片设计需要改进.对进水管道喉部之后的射流段和转轮这两处进行能量转换计算,平均效率分别为26.31%和45.44%,转换效率明显偏低.对现有JP75型卷盘式喷灌机水涡轮进行了参数优化设计,经计算,初步确定了优化模型的标称直径为0.201 m、射流直径为0.021 m、设计水头为13.65 m.     

进水方式对卷盘式喷灌机水涡轮水力性能影响的数值模拟

为揭示卷盘式喷灌机切击式与蜗壳式水涡轮的内部流态特征与水力性能差异,在叶轮与出水管道相同的情况下,采用基于SST k-ω模型的数值模拟方法,对2种进水方式的水涡轮内部流动进行计算分析,并将切击式水涡轮外特性预测结果与试验数据进行对比验证.结果表明:切击式水涡轮叶轮流道内存在大尺度回流旋涡和强烈的叶片侧端间隙泄漏流动,蜗壳式水涡轮叶轮内部压力与流线分布相对均匀,叶片侧端间隙泄漏流动沿周向无显著差异;不同流量下,切击式水涡轮各主要过流部件的水力损失占比基本保持恒定,叶轮内水力损失约占总水力损失的55%,蜗壳式水涡轮各部件水力损失的占比随流量发生变化;2种进水方式的水涡轮外特性曲线变化趋势基本相同,相同工况下蜗壳式水涡轮的效率相比切击式水涡轮效率高18%~22%,两者最高效率分别为35.6%和59.6%.研究结果可为卷盘式喷灌机水涡轮水力设计及结构改进提供一定依据.     

基于直接自由曲面变形技术的液环泵壳体优化

对液环泵壳体型线进行优化分析,提出了基于直接自由曲面变形(DFFD)方法的液环泵壳体型线的响应面优化方法.采用DFFD方法对液环泵壳体型线进行精确的参数化控制,在控制变量空间进行了试验设计,采用VOF模型对液环泵内的气液两相流动进行数值模拟,对液环泵壳体型线进行响应面优化分析,建立了液环泵壳体型线与其进口真空度及效率之间的响应关系,实现了对液环泵进口真空度及效率的优化.算例优化结果表明:壳体型线对液环泵水力性能有较大的影响,在一定范围内可实现泵效率及进口真空度的提高;具有较大吸气区面积扩散比的壳体型线所对应的液环泵具有较高的进口真空度,而泵的效率随该面积比的变化规律正好相反;在试验设计变量空间,泵的效率随其进口真空度的增大近似呈线性下降趋势.     

一种减速装置的结构优化及模态分析

为改进农业设备内部构件,对应用广泛的减速装置进行结构优化。根据工作场合及性能要求,对行星齿轮减速装置结构组成与工作原理进行分析,选取核心技术参数,建立正确的理论模型,并加入群体空间算法,通过UG软件绘制减速装置核心部件三维模型。同时,通过ANSYS软件进行有效衔接进行轴系与箱体的模态分析试验,得出减速装置的各阶振型与应力分布云图。试验结果表明:结构优化后行星齿轮减速装置核心参数(如阻尼比、固有频率等)指标均有所提升,准确避开应力集中区域,整体模态柔度均度得到优化。此思路可为其他类似减速装置结构设计提供借鉴。