双螺旋推进式挖藕机关键部件设计与试验

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针对莲藕收获困难、采挖作业效率低的问题,基于目前大型挖藕机无法自走、移动困难,小型挖藕机动力不足、效率低的研究现状,本研究提出了一种双螺旋推进式挖藕机。对挖藕机进行了总体设计与计算,基于虚拟仿真技术对挖藕机的关键部件展开分析,开展性能试验测试其工作特性。本文主要研究内容如下:(1)开展了双螺旋推进式挖藕机总体设计。以双螺旋驱动底盘为行走部件,搭载水力冲刷系统,配合动力系统、液压操控系统和摆动冲刷调节机构完成莲藕采挖。基于底盘平衡性分析完成底盘结构参数设计和各部件结构布局;基于水射流理论,对水泵进行选型与核验;完成发动机和液压元器件的选型,并对传动系统和操控系统开展设计;基于作图法完成挖藕机摆动冲刷作业调节机构设计与布局。(2)基于Fluent流体仿真试验对挖藕机喷嘴类型、收缩段结构和喷嘴结构参数展开优化。通过三因素三水平正交试验,探究了喷嘴进口内径、收缩角度和出口直段长度对喷嘴出口截面流体湍流强度和进出口截面间压力损耗的影响显著性。试验结果表明,锥柱形喷嘴产生的射流集聚性好,速度衰减慢,冲刷能力强,并确定了喷嘴较优参数,即喷嘴进口内径40 mm,收缩角度30°,出水口内径16 mm,出口圆柱直段长度20 mm时,喷嘴具有较优的冲刷性能。(3)基于Recur Dyn-EDEM耦合仿真试验开展了挖藕机双螺旋驱动底盘关键参数设计。仿真试验探究了影响双螺旋驱动底盘行走性能的主要因素及其影响趋势,获得双螺旋驱动底盘较优的结构参数。以螺旋叶片螺旋升角、叶片高径比和浮筒长径比为试验因素开展了正交试验,探究了各因素对滚筒的旋转阻力矩、推进滑转率和推进速度变异系数的影响趋势和显著性关系。通过极差分析和方差分析,采用综合平衡法获得了螺旋滚筒较优关键参数为:螺旋滚筒直径500 mm,叶片螺旋升角30°,螺旋叶片高径比0.2,滚筒长径比4。(4)开展了挖藕机关键部件性能试验,对挖藕机各部件工作性能进行系统分析。开展了水力冲刷系统冲挖性能试验,探究了影响水力冲挖性能的影响因素,试验表明喷嘴出口压力维持在0.30 MPa及以上、喷嘴与泥面水平夹角为60°、喷嘴出口紧贴泥土表面时水力冲刷系统具有较佳的冲刷性能。开展了双螺旋驱动底盘推进性能试验,对螺旋驱动底盘不同运动状态下行走马达进出油口压力、螺旋滚筒转速、螺旋推进距离、滚筒沉陷量和推进滑转率进行了性能测试,综合评判了双螺旋驱动底盘的推进性能。挖藕机关键部件试验结果表明,各部件均能满足挖藕机适配要求。
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