风幕式高地隙喷杆喷雾机的研制与试验

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病虫草害防治是我国玉米生产中最重要的田间管理作业之一。中后期是玉米多种病虫害的集中发生期,该时期玉米植株高大并且玉米枝叶交叉造成行间荫蔽,一方面开展病虫害防治时常规机动植保药械存在机型较小且底盘地隙较低无法进地作业,另一方面现有机械技术性能落后、雾滴在玉米冠层穿透性较差,喷雾量大、雾滴漂移扩散造成环境污染、农药浪费严重及在玉米冠层沉积不均匀等问题。因此,研究一种能够适合我国玉米生长中后期病虫草害防治的大型高地隙高效精量植保机具已迫在眉睫。本文在充分调研分析的基础上设计了高地隙底盘与风幕式防飘技术相结合的风幕式高地隙喷杆喷雾机。该机采用全液压四轮驱动,四轮转向,以柴油机为动力,带动三组液压泵工作,分别为行走转向系统的轮边马达和转向油缸、喷雾系统的主药泵和搅拌泵马达、风幕系统的风机马达、驾驶室升降油缸、喷杆架组件的升降油缸、喷杆架组件的折叠展开油缸以及调平油缸等工作部件提供动力。主药泵从主药箱中抽取药液,加压后一部分经过喷雾压力控制阀和喷雾开关电磁阀组输送至五段喷杆上面喷嘴喷出,另一部分回流到主药箱进行回水搅拌,两个搅拌泵分别从一侧药箱中抽水加压后经管路送入另一侧药箱,对两侧药箱药液进行射流搅拌。风幕系统风机马达驱动风机产生高速气流,经风筒及风囊下方出风孔吹出,形成一道风幕,从而隔绝或减弱自然风的影响,降低雾滴飘失,高速气流还可以胁迫雾滴定向加速飞向靶标,增加了雾滴对植株冠层的穿透性。本文研究的主要内容包括:确定风幕式高地隙喷杆喷雾机整机方案,包括龙门式机架、底盘行走液压驱动系统、喷杆架组件、喷雾系统、风幕系统等的设计与选型;利用Solidworks三维建模软件建立各零部件的三维模型,并按照设计方案进行虚拟装配,利用AutoCAD绘制二维图纸,利用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对风幕系统内部速度场进行仿真分析,进而对风幕系统结构进行改进。在理论分析与设计基础上完成了样机试制与试验。试验结果表明:喷头喷雾量一致性、风幕风速均匀性较好;有风幕时,玉米整个冠层叶片正面和反面雾滴平均覆盖率分别为59.17%和12.29%,无风幕时,玉米整个冠层叶片正面和反面雾滴平均覆盖率分别为43.02%和2.39%,有风送较无风送雾滴在玉米整个冠层覆盖率提高了57.37%;在距基面30、60、90、120cm以及顶部高度处,雾滴飘失量分别减少了61.5%、82.2%、83.0%、75.5%以及42.8%,风幕系统对于增加雾滴在玉米冠层沉积及减少雾滴飘失作用明显。
中文摘要第7-8页
Abstract第8-9页
1 引言第10-20页
    1.1 课题的研究背景和意义第10-11页
        1.1.1 课题研究背景第10-11页
        1.1.2 课题研究意义第11页
    1.2 国内外高地隙植保机械及风幕式防飘喷雾技术研究现状第11-17页
        1.2.1 国外高地隙植保机械及风幕式防飘喷雾技术研究现状第11-14页
            1.2.1.1 国外高地隙植保机械研究现状第12-14页
            1.2.1.2 国外风幕式防飘喷雾技术研究现状第14页
        1.2.2 国内高地隙植保机械及风幕式防飘喷雾技术研究现状第14-17页
            1.2.2.1 国内高地隙植保机械研究现状第14-16页
            1.2.2.2 国内风幕式防飘喷雾技术研究现状第16-17页
    1.3 课题来源第17页
    1.4 研究内容与技术路线第17-20页
        1.4.1 主要研究内容第17-18页
        1.4.2 技术路线第18-20页
2 风幕式高地隙喷杆喷雾机整体方案确定第20-23页
    2.1 整机总体结构第20-21页
    2.2 工作原理第21-22页
    2.3 主要技术参数第22-23页
3 风幕式高地隙喷杆喷雾机关键零部件设计与选型第23-43页
    3.1 龙门式机架设计及可靠性分析第23-26页
        3.1.1 龙门式机架设计第23-24页
        3.1.2 龙门式机架的可靠性分析第24-26页
    3.2 底盘行走液压驱动系统设计第26-29页
        3.2.1 底盘行走液压系统液压马达参数的确定与选型第26-28页
        3.2.2 底盘行走液压系统液压泵参数的确定与选型第28-29页
    3.3 喷杆架组件设计第29-34页
        3.3.1 喷杆架组件结构设计第29-30页
        3.3.2 喷杆架组件的可靠性分析第30-32页
        3.3.3 喷杆架组件模态分析第32-34页
    3.4 喷雾系统设计计算选型第34-39页
        3.4.1 隔膜泵计算与选型第35-37页
        3.4.2 主药泵及搅拌泵液压驱动马达参数的确定与选型第37-38页
        3.4.3 喷雾控制系统主要元件选择第38-39页
    3.5 风幕系统设计计算选型第39-43页
        3.5.1 风量的确定第40页
        3.5.2 风压的确定第40-41页
        3.5.3 风机轴功率第41-42页
        3.5.4 风机液压驱动马达参数的确定与选型第42-43页
4 风幕系统的仿真研究第43-46页
    4.1 前处理和求解第43-44页
    4.2 后处理及结果分析第44页
    4.3 风幕系统结构优化第44-46页
5 样机加工与性能试验第46-57页
    5.1 样机加工第46页
    5.2 性能试验第46-57页
        5.2.1 喷头喷雾量一致性试验第46-48页
        5.2.2 风幕风速均匀性试验第48-51页
        5.2.3 雾滴沉积分布试验第51-53页
        5.2.4 防飘性能试验第53-57页
6 结论与建议第57-59页
    6.1 结论第57页
    6.2 主要创新点第57-58页
    6.3 建议第58-59页
参考文献第59-62页
致谢第62-63页
攻读硕士学位期间的成果第63页
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