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气吸式马铃薯播种机风机的设计与性能分析

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摘要

1 引言

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 气吸式播种机研究概况

1.2.2 风机研究概况

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 研究技术路线

2 风机结构及内部流场分析

2.1 整体结构及工作原理

2.2 风机结构

2.2.1 风机分类

2.2.2 风机叶轮结构

2.2.3 主要性能参数

2.3 风机气流场力学分析

2.3.1 风机叶轮处气体进出口三角形

2.3.2 风机理论风压

2.4 本章小结

3 风机内部气流场仿真分析

3.1 ANSYS FLUENT应用与分析

3.1.1 基本控制方程的建立

3.1.2 FLUENT分析过程

3.2 模型的建立及前处理

3.3 网格划分

3.4 仿真结果分析

3.5 本章小结

4 试验研究

4.1 影响风机的主要因素

4.2 二次旋转正交组合设计

4.2.1 试验结果分析

4.2.2 响应曲面分析

4.2.3 参数优化验证

4.3 验证试验

4.3.1 风机CFD气动性能试验

4.3.2 台架试验

4.4 本章小结

5 性能分析

5.1 连续运转分析

5.1.1 试验方法

5.1.2 试验结果与分析

5.2 倒频谱技术在风机轴承故障诊断上的应用

5.2.1 倒频谱分析的原理与指标

5.2.2 风机轴承故障诊断分析

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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摘要

中国马铃薯的种植面积和产量居世界首位,预计到2020年,马铃薯种植面积将达到1亿亩以上,实现马铃薯机械化精量播种是推动我国马铃薯产业发展的关键。而目前,我国马铃薯的播种广泛采用人工播种和机械式播种,部分马铃薯播种机还无法实现全自动化播种,需要人工辅助作业,严重制约了马铃薯的质量和产量。气吸式播种机相比于机械式播种有着诸多明显的优势,不仅能够实现精量播种而且作业速度高、重播率和漏播率低等。但现有的气吸式播种机仅针对玉米、大豆等中小颗粒作物无法满足马铃薯的播种需要。主要原因包括:马铃薯种薯(整薯、切块薯)质量大、尺寸不规则的物料特性;所需正负压风机转速高、流量大、风压高的技术要求,最终决定了风机的设计及加工的难度。
  针对这些技术问题,通过从风机内部结构和气流场方面展开理论与试验研究,获得满足马铃薯播种需要的风机结构与工作参数,实现马铃薯气吸式播种。主要研究内容如下:
  (1)通过风机气流场力学分析及FLUENT仿真分析,建立描述风机进口风压与风机内部结构参数的数学模型,综合考虑风机的内部结构和外部因素,确定蜗舌半径、风机转速、蜗舌与叶轮间距、叶片进口和出口安装角为影响风机进口风压的主要因素。
  (2)采用仿真试验的方法,通过SolidWorks三维软件改变风机结构模型,每次改变影响因素组合得到对应结构参数下的风机进口风压,并通过方差分析对试验数据进行处理,优化得到最优参数组合。得到当蜗舌半径为34.45mm、蜗舌与叶轮间距为76.50mm、叶片进口安装角为15.47°、叶片出口安装角为106.82°的新型风机结构。
  (3)通过CFD气动性能试验,验证新风机的气动性能。试验结果表明:风机的气动性能即全压、静压、效率、轴功率等明显改善。并加工新风机进行台架验证试验,台架试验表明:优化的风机满足微型薯、切块薯和常规薯三种马铃薯种薯播种要求,平均合格指数为96.1%、重吸指数为1.8%和漏吸指数为2.1%,均在允许范围内且播种效果较好。该风机能够给排种器提供持续稳定的负压,满足作业要求。
  (4)对优化后的风机进行性能分析,风机高速运转一段时间后,其轴承外侧、内侧以及环境温度趋于稳定状态。通过对风机轴承处安装传感器,对采集的振动信号进行分析与处理,实现对风机轴承工况与故障的及时反馈与处理,使气吸式马铃薯播种机保持良好的工作状态。实现了风机在马铃薯的气吸式播种上的良好运用。
  本文的相关研究为马铃薯气吸式播种机风机的设计与研究提供了有效的解决办法,为马铃薯气吸播种机的设计改进及优化提供了理论支撑和技术参考,促进马铃薯机械化播种的进一步发展。

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