带风送叶片的单圆盘式切稍器的气流场研究

摘要

甘蔗作为我国十分重要的糖料农业生产作物，在我国农业经济中占据着举足轻重的地位。当前我国整体的甘蔗生产机械化主要存在的问题是：机械化程度不高、普及率较低等等，这些问题已经成为阻碍以及制约我国甘蔗产业进一步往前发展的主要因素，相较一些甘蔗生产大国已经全面实现机械化，并向信息化高速发展情况，我国已经远远落后。甘蔗收获的机械化技术是甘蔗生产机械化中一个非常重要的环节，是阻碍我国甘蔗生产机械化技术发展和进步的“瓶颈”。目前，我国研究和制造的甘蔗收割机机型主要分为：整秆式甘蔗联合收割机以及切段式甘蔗联合收割机，但都普遍存在的问题是含杂率偏高，因此如何降低甘蔗收割机收获甘蔗的含杂率一直以来都是甘蔗收获机械化技术研究的重点和难点。
　　前置切稍器作为甘蔗联合收割机收割作业的第一道工序，同时也是除杂的第一步。因此本文以4ZZX-48型侧悬挂整秆式甘蔗收割机的前置切稍器作为理论研究对象。首先对切稍器切稍过程进行理论分析，说明进行气流场仿真的必要性；运用Fluent软件对切稍器的气流场特性进行了分析；结合并对切稍器进行了单因素和正交试验的分析。本文的主要研究工作和所得结论如下：
　　（1）对切稍器气流场进行了数值模拟。使用 Fluent对切稍器气流场模型进行了模拟仿真，获得了在不同转速(100r/min、200r/min、300r/min、400r/min以及500r/min)下切稍器气流场的分布状况。专业后处理软件TECPLOT对Fluent模拟得到的气流场分布状况进行分析，获得包括风速、静压、动压以及全压的分布状况。
　　（2）通过试验验证模拟结果的真实可靠性。对不同转速下检测点的风速和表压进行对比，以及实验台切稍器的空转功耗和仿真状态下的功耗进行对比。得出结论：模拟所选用的方法也是非常适用的，模拟获得的气流场分布是真实可靠的。
　　（3）对切稍器切割性能进行了实验台试验，以切稍器因素对功耗的影响进行研究。通过单因素试验结果证明，切稍器的功耗随切稍器的转速从250r/mim、350r/min到450r/min先减小后增大；随甘蔗喂入速度从0.5m/s、1m/s至1.5m/s逐渐增大；随甘蔗喂入倾角从0o、7o至14o先减小后增大。
　　（4）通过正交试验证明；切稍器转速、甘蔗喂入速度切稍器功耗的影响都非常显著，甘蔗喂入倾角对切稍器功耗存在一定影响。主次关系为：切稍器转速、甘蔗喂入速度、甘蔗喂入倾角。交互作用无影响。通过综合试验得到最优组合是为：切稍器转速为350r/min、甘蔗喂入速度为1m/s、甘蔗喂入倾角为7o。

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1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外切稍方式的研究现状与应用

1.3 Fluent在农业机械方面的应用与研究

1.4 本文的研究内容及方法

1.5 本章小结

2 单圆盘切稍器结构以及建立仿真模型

2.1 引言

2.2 切稍器的结构及工作原理

2.3 建立模拟模型

2.4 划分网格

2.5 本章小结

3 切稍器气流场特性分析

3.1 引言

3.2数值仿真软件

3.3 基本控制方程

3.4 湍流模型选择

3.5 计算模型选择

3.6 边界条件和初始条件设置

3.7 控制方程离散化格式选择

3.8 求解方法选择

3.9 收敛判定方法

3.10 本章小结

4 仿真结果分析以及试验

4.1 引言

4.2 风速分析

4.3 压强分析

4.4 试验验证

4.6 本章小结

5 切稍器性能试验

5.1 试验目的和方法

5.2 试验指标与数据处理

5.3 切稍器实验台设计

5.4 试验材料

5.5 切稍器单因素试验

5.6 影响切稍器功率的正交试验

5.7 本章小结

6 结论与讨论

6.1 结论

6.2 讨论

致谢

参考文献

附录A 试验原始数据

附录B 攻读硕士期间参加的科研工作、发表的论文和专利发表论文及专利