水动比例注入泵运动分析及性能优化

发布时间：2017-03-23 02:18

  本文关键词：水动比例注入泵运动分析及性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水动比例注入泵是一种广泛应用于农业灌溉、畜牧养殖、工业添加等领域的产品,具有添加比例精确,无需电力,比例可调节等特点。本文采用理论与试验相结合的方法,分析得出注入泵驱动活塞单向阀尺寸间关系以及注入泵注入比例计算公式;根据注入泵的比例计算公式对其进行性能优化,提高了国内注入泵的注入精度;运用高速摄影试验研究驱动活塞在不同压差下的运动状态,研究其运动频率与水力性能之间的关系;对驱动导杆进行模态分析,静力学分析,提出导杆的结构优化修改意见。本文的主要研究工作和结论如下:(1)采用理论分析的方法,研究水动比例注入泵的内部结构、工作原理和各个阶段的运动情况,推导出关键结构尺寸与水力性能之间的关系。通过对水动比例注入泵驱动活塞受力分析,推导出注入泵施肥精度的理论公式,驱动活塞的尺寸关系以及换向机构中进口阀片与出口阀片的尺寸关系,推导出活塞单向阀的尺寸范围。得出驱动活塞的运动周期计算公式,从公式中可发现活塞的运动周期与进出口压差、驱动活塞面积、驱动活塞重力以及运动行程有关。(2)根据比例计算公式优化改善注入泵性能,提高了某国内注入泵的注入精度。采用性能试验的方法,通过搭建注入泵的性能试验台对国内外水动比例注入泵进行性能试验,考察注入泵的施肥精度、压差损失、得出注入泵的进口流量与进出口压差的关系;结合注入泵内部结构特点,提出修改吸肥腔直径的改进方法,使得吸肥腔体积与驱动腔体积符合施肥精度比例公式。结果表明:在相同压差下国产注入泵的流量小于国外即国产注入泵压力损失较大,吸肥量随着压差的增加而增加并趋于平缓,改进后的样机施肥精度比之前有较大提高,进一步验证了施肥精度比例公式的正确性。(3)试验研究驱动活塞运动情况,分析运动频率对水力性能和容积效率的影响。通过高速摄影试验拍摄出了驱动活塞的运动照片,详细的分析了驱动活塞在腔体内的四个不同运动状态以及试验中驱动活塞的运动现象。试验结果表明:密封圈不均匀会造成驱动活塞震动,在较大压差下活塞的容积效率会下降。驱动活塞在一个周期中的运动过程中,其速度随时间的变化曲线近似呈正弦变化,压差越大,其周期越短,在不同的压差下都呈现出相似的规律。驱动活塞运动频率对进口流量、容积效率都有影响。(4)通过对驱动导杆的进行了模态分析及静力学分析,提出结构设计改进意见。采用有限元分析的方法,在驱动导杆受力分析的基础上通过ANSYS WORKBENCH对其进行模态分析和静力学分析。模拟结果表明:导杆振型主要表现为一阶阵型,最大应力值比材料的许用应力要小很多,符合设计要求,驱动导杆的变形主要集中在导杆的端点处。在设计导杆时应当适当加强驱动导杆薄弱部件的强度和刚度,从而提高水动比例注入泵的使用稳定性。
【关键词】：水动比例注入泵 理论分析 性能 高速摄影 运动规律 有限元分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 施肥注入装置分类及特点11-13
• 1.2.1 文丘里施肥器12
• 1.2.2 压差式施肥罐12
• 1.2.3 水动比例注入泵12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国内研究现状13-15
• 1.3.2 国外研究现状15
• 1.4 课题研究内容15-18
• 1.4.1 课题基金15-16
• 1.4.2 研究目的16
• 1.4.3 研究技术路线16
• 1.4.4 课题研究主要内容16-18
• 第二章 水动比例注入泵工作原理及运动分析18-27
• 2.1 水动比例注入泵工作原理18-20
• 2.1.1 典型水动比例注入泵结构特点18-19
• 2.1.2 水动比例注入泵工作原理19-20
• 2.1.3 活塞式水动比例注入泵运动过程分析20
• 2.2 活塞尺寸及受力分析20-26
• 2.2.1 注入泵驱动活塞受力分析20-21
• 2.2.2 进出口阀片尺寸关系21-24
• 2.2.3 吸肥精度与关键尺寸的关系24
• 2.2.4 活塞运动周期与压差的关系24-26
• 2.3 小结26-27
• 第三章 水动比例注入泵性能试验及改进27-35
• 3.1 注入泵性能试验27-28
• 3.1.1 试验系统27-28
• 3.1.2 实验方案28
• 3.2 结果与分析28-32
• 3.2.1 进口流量与压差28-29
• 3.2.2 压差与吸肥量的关系29-30
• 3.2.3 进口流量与吸肥量的关系30-32
• 3.3 吸肥模型的建立32
• 3.4 吸肥腔结构改进32-34
• 3.4.1 关键尺寸计算32-33
• 3.4.2 关键部件优化33
• 3.4.3 样机性能试验33-34
• 3.5 小结34-35
• 第四章 水动比例注入泵运动规律试验35-47
• 4.1 试验的目的及意义35
• 4.2 试验装置35-37
• 4.2.1 高速摄影试验36-37
• 4.3 试验内容及方法37
• 4.3.1 实验方案37
• 4.4 试验结果分析37-45
• 4.4.1 数据处理37
• 4.4.2 活塞运动过程分析37-39
• 4.4.3 活塞运动时间分析39-40
• 4.4.4 活塞运动速度随时间变化规律40-43
• 4.4.5 活塞运动频率与进出口压差的关系43-44
• 4.4.6 活塞运动频率对进口流量的影响44-45
• 4.4.7 驱动活塞运动频率与容积效率的关系45
• 4.5. 小结45-47
• 第五章 水动比例注入泵有限元分析47-55
• 5.1 水动比例注入泵有限元分析过程47-48
• 5.2 有限元法介绍48
• 5.3 模型建立及网格划分48-49
• 5.4 导杆模态分析49-51
• 5.4.1 模态分析简介49-50
• 5.4.2 导杆模态分析50-51
• 5.5 导杆静力学分析51-54
• 5.5.1 结构静力学分析简介51-52
• 5.5.2 导杆受力测量52
• 5.5.3 导杆静力分析52-54
• 5.6 小结54-55
• 第六章 总结与展望55-58
• 6.1 结论55-56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 作者攻读硕士学位期间取得的相关科研成果64

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