水稻插秧机浮板绕流场数值模拟分析及防壅结构优化

发布时间：2020-04-06 20:24

【摘要】：水稻是我国重要的粮食作物，水稻生产机械化是现代农业发展的重要方面，而水稻插秧机是水稻种植过程中实现机械化的主要设备。水稻插秧机在水田行驶过程中，会因为浮板受阻力而产生壅泥壅水的现象，大量浮泥涌向两侧，推倒已栽好的秧苗，严重影响插秧质量和插秧进程，从而降低插秧效率。因此，解决水稻插秧机的壅泥问题刻不容缓。为解决此问题，改善浮板产生的壅泥情况，本文基于浮板绕流场数值模拟分析进行防壅结构优化，对缓解壅泥产生及提高水稻插秧机的工作效率具有重大意义。本文以整体式浮板为研究对象，理论分析浮板在水田航行中的受力情况，并找到影响浮板行驶阻力的结构要素，其中具体分析了导流角对总阻力的影响情况。建立带自由表面浮板粘性绕流场的数学模型，详细阐述了求解该模型的数值计算方法，使用流体体积法（VOF）。运用FLUENT软件对整体式浮板进行三维瞬态数值模拟仿真分析，得到速度、压强、阻力、自由面波形及水气两相图等流场分布情况。通过分析数值模拟结果找到产生壅泥的主要部位及原因，由此提出浮板的防壅结构优化方案，并分别进行绕流场数值模拟。通过改变挡板角度、导流角、过渡点高度、前端侧切角、入流角、侧挡板高度、下反角、尾板结构和局部倒角，分别取得每组优化方案的相关最佳性能，并依此进行对比，观察每组优化方案的降阻值和防壅效果。最终最佳结构产生的总阻力较原始模型降低36.874%，观察流场分布情况也可看出防壅效果明显，从而很好地改善了水稻插秧机的壅泥现象。另外，又对分开式浮板防壅结构优化方案进行研究，将主、侧浮板横向位置相对固定，分析纵向位置关系对防壅效果的影响。本文针对两种不同浮板的防壅结构优化方案，可以很好改善水稻插秧机浮板的壅泥现象。
【图文】：

插秧机,高速插秧机

表 1.1 为近十年我国生产的水稻插秧机数量的统计数据。表 1.1 近十年国内插秧机产量(单位：台)年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009产量 2000 6200 6800 7600 12500 21000 32000 42000 56000近年来，我国农机科研人员，大力推广新的水稻生产技术，研究设计了不同功能的水稻插秧机。(1)改进型传统插秧机。华南农业大学研制了 2Z-728A 型机动水稻插秧机，它可以提高插秧机对秧苗的适应能力，适应多种秧苗[13]。加装减速器的 2ZT-9356 型插秧机可以实现旱育稀植的要求[14]。(2)高速插秧机。将日本新技术引进和学习，设计了本土的高速插秧机。目前，高速插秧机主要还是合资企业组装生产，如图 1.1、图 1.2 所示。我国自主开发的技术还不完善，与国外同类插秧机相比，仍有许多不足。

插秧机,高速插秧机

【参考文献】