考虑药罐液体晃动的高地隙喷雾机底盘悬架优化设计

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统参数进行了优化,得到了不同路面及充液条件下的悬架刚度、阻尼最优参数矩阵。优化结果表明,最优悬架参数下的整车车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷较优化前分别降低27.5%、16.4%、25.8%及17.6%。搭建喷雾机整机试验平台,开展两种典型路面工况条件下的喷雾机整车试验。试验结果表明,与初始参数条件下的整车平顺性评价指标相比,悬架最优参数条件下的车身垂向加速度分别降低了15.58%与18.72%,车身侧倾及俯仰角速度均降低10%以上。研究结果可为包括喷雾机在内的罐体类车辆悬架设计、参数优化及控制提供参考。     

液力减速器启动过程的瞬态压力脉动分析

为研究叶片倾角、充液率对液力减速器启动过程瞬态压力脉动的影响,该文基于INV3020数据采集系统组成的瞬态压力脉动测试系统,对60°、75°、90°共3种叶片倾角和60%、70%、80%、90%、100%共5种充液率工况下的压力脉动信号进行采集。结果表明:不同叶片倾角的液力减速器在启动过程压力脉动峰值所对应的频率均出现在200 Hz以下,压力脉动主要集中于叶频处且随着叶片倾角的增加呈现增大的趋势。不同充液率液力减速器在启动过程压力脉动主要集中于叶频处,在60%~90%充液率工况下,压力脉动幅值随着充液率上升而减小,在90%~100%充液率工况下,随着充液率上升而快速增大。因此,减小叶片倾角和维持充液率在70%~90%下能有效减小压力脉动。研究结果揭示了不同叶片倾角,不同充液率对液力减速器启动瞬态压力脉动的影响规律,可为低振动,低噪声液力减速器的优化设计提供理论依据。     

半开式叶轮离心泵气液两相条件下内部流动特性分析

半开式叶轮离心泵输送气液两相流时,其性能经常随入流含气率(α)的增加而下降,主要由内部的气液两相不稳定流动造成.为解决传统欧拉双流体模型不能考虑气泡直径变化及气泡形变的问题,采用一种群体平衡模型(Musig模型)数值计算了某设计比转速为88.6的半开式叶轮离心泵在不同入流含气率下的内部流场,并进行了试验验证.研究结果表...     

农用无人机药箱防晃内腔结构优化设计

针对农用无人机易受药液晃动造成失稳的问题,分别采用水平阻尼格栅和竖直阻尼格栅对药箱的内腔结构进行优化设计.以激励方向液体重心相对箱体的位移幅值和液体对箱体侧壁的冲击力为评价标准,采用Fluent软件中的流体体积(volume of fluid,VOF)多相流及非稳态k-epsilon湍流模型对无人机侧向急停激励下,10％、30％、50％、70％和90％的充液率,格栅布置高度为箱体高度的30％、50％和70％,采用不同槽数的水平和竖直阻尼格栅的防晃效果进行了仿真.仿真结果表明,2种阻尼格栅都减小了晃动液体在激励方向的重心变化.在液体对箱体冲击力方面,当液面高度和布置位置重合时水平阻尼格栅会造成液体对箱体的冲击力分别增加34.4％、24.5％和15.1％,其余位置的水平格栅可以减小液体对箱体的冲击力,并在槽数为6时趋于稳定;竖直阻尼格栅使30％、50％和70％充液率下液体对药箱的冲击力降低了42.6％、51.1％和61.7％,并在格栅槽数为9时趋于稳定.据此,选取在30％和70％的药箱高度位置布置6槽的水平阻尼格栅以及9槽竖直格栅作为最终药箱的内腔结构,并制作了实物进行台架试验,试验结果与软件仿真结果相符,优化改进后的药箱对液体的晃动有较好的抑制作用.     

植保无人机药箱液量监测装置的设计与试验

药箱的液量是植保无人机精准作业中需要监测的重要信息之一。为了实现对植保无人机药箱液量的实时监测,针对植保无人机作业过程中存在的液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等特点,该文提出一种双气压式液量监测装置的设计方案,包括双气压式液位监测、药箱液面震荡干扰滤波、机身倾斜干扰校正以及液位-液量换算模型等。为了验证方案的可行性,制作了液量监测装置的样机,并设计了相关的验证试验进行性能测试。试验结果表明:采用同时监测环境气压和密闭气室内气压的双气压式差值法,液位高度与气压差值之间呈线性负相关关系,决定系数为0.998 9,可有效消除环境气压变化对测量精度和稳定性带来的影响;融合了中位值平均滤波法与滑动平均滤波法优势的混合数字滤波算法,使药箱液位数据的变异系数由滤波处理前的28.45%降低到12.27%,对液面震荡干扰具有较好的滤波效果;基于微机械陀螺仪的校正算法,在机身倾斜30°时,气压差值误差从校正前的-1.09 h Pa,降低至校正后的0.05 h Pa,可较好地消除植保无人机飞行中机身倾斜带来的药箱倾斜干扰误差;在植保无人机机载动态测试试验中,设计了前进、后退、田间掉头移行等3种常见的飞行工况中进行测试,在2、4、6 L的载药量时,液量监测器输出的液量数据均值分别为1.985、3.942、5.984 L,经过校正处理后液量相对误差分别为0.75%、1.45%、0.77%,均方根误差分别为0.182、0.199、0.180 L,表明液量监测器在不同实际作业工况中的数据输出较稳定可靠。     

沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验

为满足沼肥采运车的工作效率,设计12 t大型车载式沼肥采运储罐,并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时,储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏,为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volume of fluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟,得出采运车的最佳运输充料比范围0.8~0.9;利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,根据采运车工况,施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算,依据计算结果调整储罐设计并优化结构,重新计算得到储罐的变形和应力分别为6.25 mm、136 MPa;运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数,模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1:64的比例关系,模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案,同时也为类似运输罐车的研究提供参考。     

直升机施药药箱药液阻尼防晃模拟及试验

直升机施药在林业病虫害防治中应用广泛,药箱作为药液载体,合理的防晃结构对其作业稳定性具有重要意义。为降低作业过程中药液晃动,通过布置防晃栅格结构对药箱内腔进行优化设计,并借助Fluent中流体体积多相流及Realizable$ k-\\varepsilon$湍流模型进行数值模拟。结果表明,增加栅格结构高度,参考点的最大压力值随之增加且高度选为100 mm时液体晃动的频率更低;增加栅格槽数量,参考点的最大压力值随之变小,且在数量为9时趋于稳定。通过构建药箱晃动试验台模拟直升机作业飞况进行防晃效果验证,结果表明药箱加速度越大,箱壁所受最大压力越大,受到最大压力的时间提前;充液率越大,箱壁所受最大压力越大,充液率为0.8较0.4时的最大压力增长了27.7%,同时高充液率下箱体不易受到激励后的二次冲击。随着前倾角度的逐步增加,液面所需稳定时间减小,从0°转变为20°,稳定时间相对减少了44.6%,而出现侧倾时液位较低的一侧晃动更加激烈,所需稳定时间更长。根据仿真结果选择高度为100 mm,栅格数量为9个的竖直阻尼栅格结构,对比数值仿真和试验结果,防晃阻尼栅格能有效减小受激励后箱体内液体晃动幅度,相较于原箱液体从开始晃动到液面平稳的时间降低了54.8%,具有较好的抑制效果。该优化箱体对提升直升机植保作业的安全可靠性具有一定价值。     

周边进水沉淀池配水槽设计方法的配水均匀性模拟研究

为分析周边进水沉淀池配水槽各种常用设计方法的实际效果,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对直径为20m沉淀池进水槽进行了三维稳态模拟,比较了各种设计方法下配水孔的配水、配泥质量流量的均匀性,模拟以Eulerian-Eulerian multiphase model中的均匀混合连续流体模型(homogeneous model)为框架,包含配水槽中的水、污泥颗粒和水面上部的大气三相,设计方法选择了工程实践中常用的变槽宽定孔径、变槽宽变孔径、定槽宽定孔径和定槽宽变孔径4种配水槽设计方法。模拟结果显示:4种配水槽设计方法中各配水孔质量流量的标准差最小在10%左右,变槽宽的等流速设计整体来说配水、配泥相对均匀,可以考虑优先采用;变孔径设计孔径变化很小,但当采用等槽宽设计时,配水、配泥质量流量的均匀性改善明显。     

靶向灭草机器人药液喷洒空气动力学模型建立与验证

为提高除草剂的有效利用率、降低环境污染,该文研制了一种靶向灭草机器人,建立机器人的药液喷洒动力学模型是提高对靶施药精度的关键。在综合考虑多种影响因素前提下,采用空气动力学原理建立了液滴在喷洒过程中的动力学模型,并推导出液滴的落地点公式;在此基础上通过计算机数值模拟得出了液滴群的落地覆盖区域,同时分析了液滴阻力特性及各工作参数对运动过程的影响;在室内无风条件下,应用高速摄像技术进行了喷洒试验,将液滴群的实际落地覆盖区域与理论覆盖区域比对,相对误差为8%~13%,同时采用吸水纸称质量法分析了药液有效覆盖区域的沉积量分布特性。研究结果表明:借由药液喷洒动力学模型得出的理论药液覆盖区域与试验结果具有一定的吻合性,验证了模型的适用性。该研究可为搭建相关靶向喷洒系统提供参考。     

流量对河水滴灌重力沉沙过滤池内流速分布的影响

为研究流量对河水滴灌重力沉沙过滤池流速分布规律的影响,该文对5种不同流量下的水沙两相流流场进行了数值模拟。通过对不同流量下流速沿程分布规律、流速沿水深方向分布规律及水沙分离效率的对比与分析,可知河水滴灌重力沉沙过滤池的适宜流量范围为0.05~0.2 m3/s,进水流量越小,流速变化幅度也就越小,越有利于泥沙沉降,水沙分离效率不小于72.5%。不同流量下沉淀池中流速沿程变化规律可分成3个阶段:流速迅速增加阶段、流速缓慢减小阶段和流速迅速减小阶段。清水池中流速方向与沉淀池的相反,流速沿程减小。受进水口、出水口和固体边界,以及侧向溢流堰的影响,不同流量下河水滴灌重力沉沙过滤池中的流速沿水深方向分布规律有差别。当流量为0.05和0.1 m3/s时,远离进水口、出水口及侧向溢流堰的位置,流速沿水深方向的分布规律包含流速迅速增加、流速缓慢减小和流速恒定3个阶段,而清水池则只包括流速迅速增加和流速恒定阶段。研究可对大首部的应用提供参考。     

液氮冷媒介质对速冻饺子冻裂率的影响

研究饺子新型冻结技术,探索液氮速冻工艺对调理食品品质的作用规律。该文以饺子为研究对象,和面水面质量比、皮馅质量比、面粉品质、馅料配比、产品规格、冻结时间、冻结方式、冻结介质等诸多因素对饺子冻裂率都有重要影响。该试验以猪肉、香菇、大豆组织蛋白为饺子馅主要原料,研究了和面时的水面质量比、面团的静置时间、皮馅比、饺子在液氮池中的沉浸时间对饺子冻裂率的影响。结果表明:以上四因素对饺子的冻裂率都有不同程度的影响。和面水面质量比为56∶100、面团静置时间在10 min、皮馅质量比在1∶1.3、液氮池沉浸时间为40 s,制作好的饺子在立即速冻后的冻裂率为37%,感官评定得分为77.6。该研究为液氮沉浸速冻工艺在调理食品的应用提供了一定的理论参考。