水动比例注入泵性能参数研究

摘要

比例注入泵是一种高精度、可调节的定量施肥装置，比例可调、水力驱动是其主要特点。目前对于比例注入泵的产品性能研究较多，但运行机理和性能参数研究不足，无法为注入泵设计提供足够的理论指导，同时研发手段有限导致市场上的产品大多是仿制国外。因此，通过数值模拟方法研究和性能参数研究来建立系统的比例注入泵设计方法具有重要的学术意义和工程意义。本文在比例注入泵机理分析的基础上编译用户自定义程序，采用流固耦合中的动网格技术对其进行数值模拟，通过实验验证了模拟方法的可行性和准确性，通过分析注入泵的内部流动和活塞受力，研究进出口直径、进口腔直径、驱动腔直径、进水阀口直径、出水阀口直径以及换向弹簧刚度对比例注入泵水力性能的影响；研究吸肥腔结构参数对比例注入泵吸肥性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴结合比例注入泵运行原理进行驱动活塞的力学分析，利用C语言和宏编译UDF，采用数值方法对注入泵的运行过程进行模拟。进行高速摄影实验，对比模拟、实验结果验证模拟方法的可行性和准确性，分析注入泵内部流动和受力。结果表明：驱动活塞的运动特性是先加速再匀速，其第一、三表面受力较稳定，第二表面受力是先减小或增大再趋于稳定。在工作范围内，模拟和实验平均流量的最大误差为4.20%,活塞运动频率最大误差为20.95%，活塞运动规律基本相同，说明模拟方法准确可行。⑵采用动网格方法研究水力驱动机构结构参数对比例注入泵水力性能的影响，结构参数主要包括：进出口直径、进口腔直径、驱动腔直径、进水阀口直径和出水阀口直径。同时通过实验研究换向弹簧刚度系数对水力性能的影响。结果表明：随着进出口直径增大，平均流量和活塞运动频率增大并趋于平稳，22mm时两者都达到最大值；平均流量与进口腔直径成正比，随着腔径增大，活塞运动频率升高并趋于平稳，流量脉动削弱，71mm时流动脉动系数最小；随着驱动腔直径增大，平均流量呈波动式下降，流量脉动逐渐增强，100mm时脉动程度最弱。活塞运动频率减小并趋于稳定；进水阀口直径增大导致平均流量呈线性递增。活塞运动频率增大并趋于稳定，19mm时流量脉动最小。平均流量和运动频率都与出水阀口直径成正比，12mm时流量脉动最弱。换向弹簧刚度系数对比例注入泵水力性能影响不显著，但刚度系数越小，其启动压力越小，承压能力越弱。⑶搭建比例注入泵水力性能测试实验台，通过实验研究吸肥腔结构参数对注入泵吸肥性能的影响。吸肥腔结构参数包括压差、进口流量、吸肥腔直径、配合公差以及单向阀弹簧刚度。结果表明：随着压差增大，注入泵吸肥量增大并趋于平缓，拟合出吸肥量、压差以及吸肥比例的回归模型，吸肥量与进口流量成正比；吸肥腔直径增大导致注入泵吸肥量迅速增大，但直径较小的吸肥腔的吸肥效率较高；活塞垫圈与腔体过盈量为0.5mm时吸肥性能最优，过小或者过大的过盈量都会导致密封性变差。单向阀弹簧刚度在一定范围内不影响吸肥性能，但超过一定值后，注入泵失去吸肥功能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

1.2 比例注入泵类型及国外内研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 比例注入泵机理分析及内部流动模拟方法

2.1 比例注入泵水力驱动原理

2.2 比例注入泵内部流动数值模拟

2.3 本章小结

第三章 驱动机构结构参数对泵水力性能的影响

3.1 结构参数选取

3.2 进出口直径对泵性能的影响

3.3进口腔直径对泵性能的影响

3.4驱动腔直径对泵性能的影响

3.5进水阀口直径对泵性能的影响

3.6出水阀口直径对泵性能的影响

3.7 换向弹簧对泵性能的影响

3.8 本章小结

第四章 吸肥腔结构参数对吸肥性能的影响

4.1 理论基础

4.2 吸肥性能实验

4.3实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究成果总结

5.2 研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目和取得的研究成果