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    气吸式精量播种机风机性能农业研究

    来源: www.workforlgbt.org 发布时间:2020-03-10 论文字数:0字
    论文编号: sb2020022623102529680 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
    本文是一篇农业论文,本文在综合分析国内外气吸式精量播种机机风机研究进展和成果的基础上,以优化气吸式播种机风机为出发点,采用虚拟样机仿真分析和台架性能试验研究相结合的方法,
    本文是一篇农业论文,本文在综合分析国内外气吸式精量播种机机风机研究进展和成果的基础上,以优化气吸式播种机风机为出发点,采用虚拟样机仿真分析和台架性能试验研究相结合的方法,优化了气吸式播种机风机结构并对其风机性能进行了试验研究.

    1 绪论

    1.1 研究的目的及意义
    我国是一个传统的农业生产国,玉米产量位居世界第二,仅次于美国,玉米可以用作食品制作和饲料的原材料,也为医学、化学中的重要原料[1]。2014 年玉米种植面积为 3690万公顷[2]。到 2020 年我国将达到粮食总产量1000 亿吨,而届时玉米产量将达到600 亿吨[3-4]。随着对粮食产量要求的不断增加,农业机械化水平也亟待解决。据第三次全国农业普查结果显示,
    2016 年末全国联合收获机 114 万台,比 2006 年末增长 105.3%;排灌动力机械 1431万台,增长 6.1%。三大粮食作物达到较高机械化水平,小麦机耕、机播和机收的比重分别达到 94.5%、82.0%和 92.2%。同时稻谷机耕、机播和机收的比重分别为 83.3%、29.0%和80.1%;玉米机耕、机播和机收的比重分别为 73.7%、69.9%和 61.7%。面对如此庞大数量的玉米种植机械,如何最大限度的发挥农业机械使用效率对提高粮食产量具有重要的意义。
    我国现有玉米播种机排种方式分为机械式和气力式两种[5]。机械式精量播种装置制造成本低,装置结构相对于气力式简单,与此同时对种子的外形尺寸有比较严格要求,种子必须精选分级,种子需提前使用滑石粉充分搅拌,精量播种效果差[6]。实际播种作业过程中还存在破坏种子的现象,主要原因为排种器中机械对种子造成碰撞、挤压,因排种器充种性能的制约,播种机械的前进速度一般不超过 6km/h[7]。根据进气形式的不同,可以将气力式排种器分为气吹式、气吸式两种,工作原理为利用风机形成真空的吸力或气压的作用将种子吸(压)附于排种盘的排种孔处,达到精量播种的目的[8]。气力式排种器对种子的外形尺寸要求不如机械式的严格,气体作用于种子避免了机械对种子的损害,对种子的适应性较广,排种性能好,能够满足比较高的作业要求,作业速度可达 10km/h 以上[9-10]。但气力式排种器因为工作原理的特殊性,对排种器内部的密封行有一定的要求,于此同时增加了排种器的结构且风机消耗动力较大,使用技术要求较高[7]。
    本文针对北京德邦大为科技股份有限公司生产的 2BMG 系列玉米精密播种机配套风机为研究对象,为了获取玉米气吸式播种机对压力要求下风机的结构参数,利用 FLUENT软件对风机内部流场进行仿真试验研究,优化风机结构参数,使其能够满足播种作业要求。
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    1.2 国内外研究现状
    1.2.1 气吸式播种机研究现状
    国外发达国家研究气吸式播种机的起步比国内早,在 20 世纪 50 年代初许多国家着手展开研究及开发,历经 60 多年研发和优化设计,气吸式播种机的通用性比较好,能播种多种作物,可以在较高转速下作业并能保证播种质量[11],与现有机械式播种机相比,其播种精度较高,减少对种子的损伤,减少种子的投入,是当前国内大范围推广的播种机械[12],代表有法国库恩、美国约翰迪尔、德国雷肯和德国豪狮等公司。
    法国库恩(KUHN)Maxima 气吸式精量点播机,如图 1-1 所示,该机将气吸管安装在H 型水平气吸腔横梁上,实现一致的负压分配,保障气压稳定,从而保障了株距的均匀性;播种单体质量更重,采用拉簧的形式增加下压力,配有直切圆盘免耕部件;播深控制精确、双平行四连杆结构,投种精确,确保了种子的完美定位[13]。
    图 1-1 Maxima2 气吸式精量点播机
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    2 风机三维模型的建立

    2.1 播种机整体结构及工作原理
    本文以北京德邦大为科技股份有限公司生产的 2BMG 系列气吸式免耕精量播种机为依托对象[47-48]。该播种机主要由悬挂架、播种单体、地轮、肥箱、施肥部件装配、划印器、方管支撑架、风机等组成,如图 2-1 所示。
    该播种机主要播种作物以玉米等大中种子为主,整机由平行四杆仿形机构、风机总成、播种单体等组成,可完成播种全过程所需作业要求。播种机由机车牵引前进,机车动力输出轴为风机提供驱动动力,在机车的牵引作用下,开沟器在预先设定好的深度内开出供播种和施肥所用的土沟。风机在机车的动力输出轴带动下工作,产生负压,压力经导气管与排种器气室相连,种室由气吸室、储种室和排种盘三部分组成,气吸室分为正压区和负压区两部分。当播种机工作时,垂直放置的排种盘与风机相连的一面和大气相通的一面产生的压力差作用于种子,吸种孔上的种子在负压的作用下随排种盘一起做圆周运动并与种室分离。当种子随排种盘运动到投种区域时,投种区与大气相通,压力差消失,种子在自身重力的作用下下落,然后沿导种管落入到种沟内,同时肥料沿排肥管道排入沟内,在覆土装置和镇压装置作用下对种子和肥料进行覆盖和压实。
    图 2-1 2BMG 系列气吸式免耕精密播种机
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    2.2 风机简介
    2.2.1 风机结构及工作原理
    气吸式播种机风机主要采用透平式 FL 风机,该风机结构主要由集流器、蜗壳、叶轮、后盖板、轴承及轴承座、主动轴、从动轴、楔形带和楔形带轮组成,如图 2-2 所示。播种作业过程中,机车的动力输出轴和风机的传动系统相连,将动力传递给风机,带动叶轮转动[49],气体在叶片的动力作用下获得能量,叶轮旋转带动气体从集流器进入叶片旋转通道,抛向叶轮外侧边缘处,经蜗壳整流最终从风机的出气口排出,完成播种作业风压供给。
    图 2-2 风机装配图
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    3 基于 Fluent 风机流场仿真................................ 15
    3.1Fluent 软件................................ 15
    3.2 仿真步骤.................................... 15
    3.3 控制方程的选择...................................... 16
    4 仿真试验研究................................. 35
    4.1 试验条件.................................. 35
    4.2 试验方法................................... 35
    4.3 试验结果....................................... 36
    5 风机性能试验........................................... 49
    5.1 风机台架试验.................................. 49
    5.1.1 试验条件及评价指标...................................... 49
    5.1.2 试验设备.................................... 49

    5 风机性能试验

    5.1 风机台架试验
    5.1.1 试验条件及评价指标
    (1)试验条件
    试验在黑龙江八一农垦大学收获试验室进行,试验开始前调整试验台架位置并使用地脚螺栓进行固定,根据第四章仿真优化结果,选用 10000W 交流电机作为风机动力来源,风机转速经电磁调速器调节,风机转速为 5400±20r/min,叶片数量 9 片、蜗舌半径 44mm、叶片出口安装角 85°。
    (2)评价指标
    试验选取风机进口压力、轴功率为性能指标。
    进口压力:通过试验设备测得。轴功率通过式(3-11)计算获得。
    在试验过程中,风机固定在性能检测试验台架上,风机在电机带动下,通过电磁调速器调节风机转速,经传动机构带动风机转动,通过电参数测量仪、风速测试仪、差压计读得风机轴功率、风速、进口压力,进行多次重复试验,取平均值。
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    6 结论与展望

    6.1 结论
    本文在综合分析国内外气吸式精量播种机机风机研究进展和成果的基础上,以优化气吸式播种机风机为出发点,采用虚拟样机仿真分析和台架性能试验研究相结合的方法,优化了气吸式播种机风机结构并对其风机性能进行了试验研究,主要获得以下结论:
    (1)对叶片数量、叶片出口安装角、蜗舌半径三种结构参数进行了仿真分析,得到不同叶片数量、叶片出口安装角、蜗舌半径结构参数下风机内部流场变化,对流场进行分析;对仿真数据进行整理获得各结构参数下风机性能曲线。
    (2)以蜗舌半径、叶片数量、叶片出口安装角为仿真试验因素,风机进口压力、轴功率为指标进行多因素仿真试验研究。试验结果表明:①对风机进口压力影响的试验因素主次顺序为:蜗舌半径 >叶片出口安装角 >叶片数量。②对风机轴功率影响的试验因素主次顺序为:叶片出口安装角 >叶片数量>蜗舌半径。
    (3)通过优化选取叶片数量选取 9 片、蜗舌半径选取 44mm、叶片出口安装角选取85°,进口风压为-3769.136Pa,轴功率为 1196.5W。经验证优化后风机与仿真试验结果基本吻合。
    (4)对优化后风机进行台架试验验证,测得风机进口压力范围在-3891.2~-3774.9Pa,能够满足实际播种过程中对负压值的要求。测得风机轴功率范围在 1110.4W~1275.3W,与仿真结果基本吻合。并获得风机性能参数,绘制风机性能曲线,流量为 900m3/h 时全压最大值为 4143.2Pa;流量为 1000m3/h 时风机效率最高为 64.41%;轴功率随流量的不断增加呈现出先减小后增加的变化趋势,在流量为 1200m3/h 时轴功率最小值为 1253.1W。
    参考文献(略)

    原文地址:http://www.workforlgbt.org/nylw/29680.html,如有转载请标明出处,谢谢。

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