气力式红花花丝采收装置的设计及气流场模拟

发布时间：2020-05-21 08:24

【摘要】：针对目前新疆红花产业的迅猛发展，国内外对红花花丝机械化采收的研究尚处于起步阶段，没有出现应用于实际生产的机型，主要依靠人工采收这一现状，本文基于红花物料特性的研究，针对红花干花丝以气力式采收为原理，采用理论分析、计算机仿真等方法设计了一种红花花丝采收装置，并采用CFD技术对不同结构的收集装置和吹花口管路的内部流场进行数值模拟，最终确定了最佳的红花花丝采收、收集、输送等系统的内部结构，为红花花丝机械化采收装置的研发提供了科学的依据和方法。本文主要进行了以下几个方面的工作： 1、红花物料特性分析。结合文献、实地调研、试验研究等方法得到了红花植株生物学特性(植株外部形态、果球空间分布及果球和萼片直径等)和花丝物料特性(不同成熟度花丝含水率及花丝在自然放置状态下的表面积等)等相关数据，对鲜花丝、半干花丝和干花丝进行分类，并确定其对红花花丝采收装置的影响，，为红花花丝采收装置的参数设计提供理论依据。 2、红花花丝采收装置结构设计及三维建模。确定红花干花丝的采收原理，对采收装置进行整体设计并分析其工作原理，运用SolidWorks软件对整体结构进行三维建模、装配及干涉检查。并对影响花丝采摘和收集效果的收集装置及吹花口管路结构进行多方案设计，通过后续流体仿真，选择最优的结构组合。 3、为达到提高花丝采净率和降低风机功率的目的，本文在对气力输送系统合理设计及对系统沿程损失计算的基础上，针对吹花口管路设计了直管型管路和渐缩管型管路，并采用Fluent流体软件对这两种管路进行了流场数值模拟。通过对比分析模拟结果，得出倾斜式吹花口管路内部压力和速度分布较均匀，在吹花口内未出现涡旋现象，三个分支管进风口处风度相同，约为7.43m/s，三个出风口处风速分布均匀而且风速值相差很小，分别为10.3m/s和11.0m/s，此外，该结构还便于将风力聚集，增大风量，是最优的结构组合。 4、为改善红花花丝的采摘和收集效果，达到提高花丝收集效率、降低掉落量的目的，在原有收集装置设计的基础上，改善收集装置的外部形状和吹花口角度，通过采用Fluent软件对不同外部形状和不同吹花角度的收集装置内部结构进行流场模拟。模拟结果表明，两侧吹花口倾斜30°的梯形锥面式收集装置内中部高速区域面积最大，气流汇合后中下部的低速区域面积较小，两侧气流向出口处流动非常顺畅，截面Ⅱ上的三股气流在不降低风速的前提下能够汇合为一股，大大降低了吹花口管路之间的低速区，可以很好的采摘、收集和输送该截面方向植株上的花丝，而且节约能源，便于制造。
【图文】：

红花,花丝

图 1-1 气吸肩负式红花采收机Fig.1-1 A harvesting machine ofsafflower based on suction andshoulder style图 1-2 气吸手推式红花采收机Fig.1-2 A harvesting machine ofsafflower based on suction andhand pushing style图 1-3 气吸式红花采收机Fig.1-3 A harvesting machinsafflower based on suction s.2.3 国内研究现状在国内，由于红花植株特殊的外部形态，目前还停留在人工采收阶段，没有出现使用的红花采收机械。目前，国内对红花收获机械进行研究的单位虽然较多，但是集中在一些兵团基层农机人员及石河子大学等一些高等院校的教师，目前尚未形成广应用的产品。1994 年，山西农业大学的叶全民、左月明研制了一种顶生小果实采摘机[17]（图 1机械利用气吸原理，将果实吸下后通过吸气软管输送至集料箱。该采摘机专门针对的采收设计了负压吸引剪切式采集头，具有较好的适应能力，但是该机存在着大，未考虑红花花丝柔韧性，存在切不上，收不净的缺点。2005 年，新疆塔城也门勒乡阔村的周瑛、沈凤芳公开实用新型专利“一种电动红花器”[18]（图 1-5）。该专利介绍了一种利用转动的抓花扇将红花花丝收集至刀片片通过做往复运动将花丝剪下并输送至贮花箱，该机因工作效率低未见使用。

红花,推式

【参考文献】