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          氣吸式精量播種機風機性能農業研究

          來源: www.lov2go.com 發布時間:2020-03-10 論文字數:0字
          論文編號: sb2020022623102529680 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
          本文是一篇農業論文,本文在綜合分析國內外氣吸式精量播種機機風機研究進展和成果的基礎上,以優化氣吸式播種機風機為出發點,采用虛擬樣機仿真分析和臺架性能試驗研究相結合的方法,
          本文是一篇農業論文,本文在綜合分析國內外氣吸式精量播種機機風機研究進展和成果的基礎上,以優化氣吸式播種機風機為出發點,采用虛擬樣機仿真分析和臺架性能試驗研究相結合的方法,優化了氣吸式播種機風機結構并對其風機性能進行了試驗研究.

          1 緒論

          1.1 研究的目的及意義
          我國是一個傳統的農業生產國,玉米產量位居世界第二,僅次于美國,玉米可以用作食品制作和飼料的原材料,也為醫學、化學中的重要原料[1]。2014 年玉米種植面積為 3690萬公頃[2]。到 2020 年我國將達到糧食總產量1000 億噸,而屆時玉米產量將達到600 億噸[3-4]。隨著對糧食產量要求的不斷增加,農業機械化水平也亟待解決。據第三次全國農業普查結果顯示,
          2016 年末全國聯合收獲機 114 萬臺,比 2006 年末增長 105.3%;排灌動力機械 1431萬臺,增長 6.1%。三大糧食作物達到較高機械化水平,小麥機耕、機播和機收的比重分別達到 94.5%、82.0%和 92.2%。同時稻谷機耕、機播和機收的比重分別為 83.3%、29.0%和80.1%;玉米機耕、機播和機收的比重分別為 73.7%、69.9%和 61.7%。面對如此龐大數量的玉米種植機械,如何最大限度的發揮農業機械使用效率對提高糧食產量具有重要的意義。
          我國現有玉米播種機排種方式分為機械式和氣力式兩種[5]。機械式精量播種裝置制造成本低,裝置結構相對于氣力式簡單,與此同時對種子的外形尺寸有比較嚴格要求,種子必須精選分級,種子需提前使用滑石粉充分攪拌,精量播種效果差[6]。實際播種作業過程中還存在破壞種子的現象,主要原因為排種器中機械對種子造成碰撞、擠壓,因排種器充種性能的制約,播種機械的前進速度一般不超過 6km/h[7]。根據進氣形式的不同,可以將氣力式排種器分為氣吹式、氣吸式兩種,工作原理為利用風機形成真空的吸力或氣壓的作用將種子吸(壓)附于排種盤的排種孔處,達到精量播種的目的[8]。氣力式排種器對種子的外形尺寸要求不如機械式的嚴格,氣體作用于種子避免了機械對種子的損害,對種子的適應性較廣,排種性能好,能夠滿足比較高的作業要求,作業速度可達 10km/h 以上[9-10]。但氣力式排種器因為工作原理的特殊性,對排種器內部的密封行有一定的要求,于此同時增加了排種器的結構且風機消耗動力較大,使用技術要求較高[7]。
          本文針對北京德邦大為科技股份有限公司生產的 2BMG 系列玉米精密播種機配套風機為研究對象,為了獲取玉米氣吸式播種機對壓力要求下風機的結構參數,利用 FLUENT軟件對風機內部流場進行仿真試驗研究,優化風機結構參數,使其能夠滿足播種作業要求。
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          1.2 國內外研究現狀
          1.2.1 氣吸式播種機研究現狀
          國外發達國家研究氣吸式播種機的起步比國內早,在 20 世紀 50 年代初許多國家著手展開研究及開發,歷經 60 多年研發和優化設計,氣吸式播種機的通用性比較好,能播種多種作物,可以在較高轉速下作業并能保證播種質量[11],與現有機械式播種機相比,其播種精度較高,減少對種子的損傷,減少種子的投入,是當前國內大范圍推廣的播種機械[12],代表有法國庫恩、美國約翰迪爾、德國雷肯和德國豪獅等公司。
          法國庫恩(KUHN)Maxima 氣吸式精量點播機,如圖 1-1 所示,該機將氣吸管安裝在H 型水平氣吸腔橫梁上,實現一致的負壓分配,保障氣壓穩定,從而保障了株距的均勻性;播種單體質量更重,采用拉簧的形式增加下壓力,配有直切圓盤免耕部件;播深控制精確、雙平行四連桿結構,投種精確,確保了種子的完美定位[13]。
          圖 1-1 Maxima2 氣吸式精量點播機
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          2 風機三維模型的建立

          2.1 播種機整體結構及工作原理
          本文以北京德邦大為科技股份有限公司生產的 2BMG 系列氣吸式免耕精量播種機為依托對象[47-48]。該播種機主要由懸掛架、播種單體、地輪、肥箱、施肥部件裝配、劃印器、方管支撐架、風機等組成,如圖 2-1 所示。
          該播種機主要播種作物以玉米等大中種子為主,整機由平行四桿仿形機構、風機總成、播種單體等組成,可完成播種全過程所需作業要求。播種機由機車牽引前進,機車動力輸出軸為風機提供驅動動力,在機車的牽引作用下,開溝器在預先設定好的深度內開出供播種和施肥所用的土溝。風機在機車的動力輸出軸帶動下工作,產生負壓,壓力經導氣管與排種器氣室相連,種室由氣吸室、儲種室和排種盤三部分組成,氣吸室分為正壓區和負壓區兩部分。當播種機工作時,垂直放置的排種盤與風機相連的一面和大氣相通的一面產生的壓力差作用于種子,吸種孔上的種子在負壓的作用下隨排種盤一起做圓周運動并與種室分離。當種子隨排種盤運動到投種區域時,投種區與大氣相通,壓力差消失,種子在自身重力的作用下下落,然后沿導種管落入到種溝內,同時肥料沿排肥管道排入溝內,在覆土裝置和鎮壓裝置作用下對種子和肥料進行覆蓋和壓實。
          圖 2-1 2BMG 系列氣吸式免耕精密播種機
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          2.2 風機簡介
          2.2.1 風機結構及工作原理
          氣吸式播種機風機主要采用透平式 FL 風機,該風機結構主要由集流器、蝸殼、葉輪、后蓋板、軸承及軸承座、主動軸、從動軸、楔形帶和楔形帶輪組成,如圖 2-2 所示。播種作業過程中,機車的動力輸出軸和風機的傳動系統相連,將動力傳遞給風機,帶動葉輪轉動[49],氣體在葉片的動力作用下獲得能量,葉輪旋轉帶動氣體從集流器進入葉片旋轉通道,拋向葉輪外側邊緣處,經蝸殼整流最終從風機的出氣口排出,完成播種作業風壓供給。
          圖 2-2 風機裝配圖
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          3 基于 Fluent 風機流場仿真................................ 15
          3.1Fluent 軟件................................ 15
          3.2 仿真步驟.................................... 15
          3.3 控制方程的選擇...................................... 16
          4 仿真試驗研究................................. 35
          4.1 試驗條件.................................. 35
          4.2 試驗方法................................... 35
          4.3 試驗結果....................................... 36
          5 風機性能試驗........................................... 49
          5.1 風機臺架試驗.................................. 49
          5.1.1 試驗條件及評價指標...................................... 49
          5.1.2 試驗設備.................................... 49

          5 風機性能試驗

          5.1 風機臺架試驗
          5.1.1 試驗條件及評價指標
          (1)試驗條件
          試驗在黑龍江八一農墾大學收獲試驗室進行,試驗開始前調整試驗臺架位置并使用地腳螺栓進行固定,根據第四章仿真優化結果,選用 10000W 交流電機作為風機動力來源,風機轉速經電磁調速器調節,風機轉速為 5400±20r/min,葉片數量 9 片、蝸舌半徑 44mm、葉片出口安裝角 85°。
          (2)評價指標
          試驗選取風機進口壓力、軸功率為性能指標。
          進口壓力:通過試驗設備測得。軸功率通過式(3-11)計算獲得。
          在試驗過程中,風機固定在性能檢測試驗臺架上,風機在電機帶動下,通過電磁調速器調節風機轉速,經傳動機構帶動風機轉動,通過電參數測量儀、風速測試儀、差壓計讀得風機軸功率、風速、進口壓力,進行多次重復試驗,取平均值。
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          6 結論與展望

          6.1 結論
          本文在綜合分析國內外氣吸式精量播種機機風機研究進展和成果的基礎上,以優化氣吸式播種機風機為出發點,采用虛擬樣機仿真分析和臺架性能試驗研究相結合的方法,優化了氣吸式播種機風機結構并對其風機性能進行了試驗研究,主要獲得以下結論:
          (1)對葉片數量、葉片出口安裝角、蝸舌半徑三種結構參數進行了仿真分析,得到不同葉片數量、葉片出口安裝角、蝸舌半徑結構參數下風機內部流場變化,對流場進行分析;對仿真數據進行整理獲得各結構參數下風機性能曲線。
          (2)以蝸舌半徑、葉片數量、葉片出口安裝角為仿真試驗因素,風機進口壓力、軸功率為指標進行多因素仿真試驗研究。試驗結果表明:①對風機進口壓力影響的試驗因素主次順序為:蝸舌半徑 >葉片出口安裝角 >葉片數量。②對風機軸功率影響的試驗因素主次順序為:葉片出口安裝角 >葉片數量>蝸舌半徑。
          (3)通過優化選取葉片數量選取 9 片、蝸舌半徑選取 44mm、葉片出口安裝角選取85°,進口風壓為-3769.136Pa,軸功率為 1196.5W。經驗證優化后風機與仿真試驗結果基本吻合。
          (4)對優化后風機進行臺架試驗驗證,測得風機進口壓力范圍在-3891.2~-3774.9Pa,能夠滿足實際播種過程中對負壓值的要求。測得風機軸功率范圍在 1110.4W~1275.3W,與仿真結果基本吻合。并獲得風機性能參數,繪制風機性能曲線,流量為 900m3/h 時全壓最大值為 4143.2Pa;流量為 1000m3/h 時風機效率最高為 64.41%;軸功率隨流量的不斷增加呈現出先減小后增加的變化趨勢,在流量為 1200m3/h 時軸功率最小值為 1253.1W。
          參考文獻(略)

          原文地址:http://www.lov2go.com/nylw/29680.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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