噴桿噴霧機(jī)風(fēng)助風(fēng)筒多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、目前我國(guó)常用的大田噴桿噴霧機(jī)在施藥過程中存在農(nóng)藥飄失嚴(yán)重,霧滴在冠層中的穿透性較差、作物中下部沉積少、分布均勻性差、霧滴減飄效果受自然風(fēng)速影響較大等問題,在借鑒國(guó)內(nèi)外對(duì)氣流輔助式防飄噴霧技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,本文從風(fēng)助風(fēng)筒結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計(jì)安裝新型結(jié)構(gòu)導(dǎo)流器和優(yōu)化多工況控制參數(shù)的角度,減少農(nóng)藥飄失,提高藥物沉積率,研制了基于新型導(dǎo)流器的風(fēng)助風(fēng)筒型噴桿噴霧機(jī),防飄效果顯著,并進(jìn)行了試驗(yàn)研究和性能測(cè)試。具體完成的研究工作如下:
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2、、從理論上分析了氣流輔助式噴桿噴霧機(jī)防止霧滴飄失的機(jī)理。
　　 2、采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)對(duì)風(fēng)助風(fēng)筒內(nèi)流場(chǎng)及工作外流場(chǎng)組成的三維區(qū)域進(jìn)行了建模和仿真。并對(duì)原型風(fēng)筒流場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,分析表明:原型風(fēng)筒內(nèi)流場(chǎng)存在強(qiáng)旋流、流道窄的缺點(diǎn),導(dǎo)致工作外流場(chǎng)風(fēng)速變異系數(shù)大。
　　 3、針對(duì)氣流輔助式噴桿噴霧機(jī)的風(fēng)助風(fēng)筒原始設(shè)計(jì)的缺陷,提出了一種集成相關(guān)向量機(jī)、多目標(biāo)遺傳算法和模糊推理技術(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先為了增加

3、輔助氣流的減飄和穿透能力,構(gòu)造出風(fēng)助風(fēng)筒的設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。利用均勻設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)方案,并通過流體動(dòng)力學(xué)仿真完成訓(xùn)練樣本采集。選定相關(guān)向量機(jī)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的評(píng)估函數(shù)。結(jié)合多目標(biāo)遺傳算法,求解出問題的Pareto最優(yōu)解集,建立模糊推理系統(tǒng)獲取問題的最終解。應(yīng)用CFD驗(yàn)證經(jīng)圓整后的最終解,其流速分布均勻性指標(biāo)得到顯著提高。改進(jìn)的樣機(jī)試驗(yàn)證明出口平均風(fēng)速較改進(jìn)前增加了25.26％,0.5m處平均風(fēng)速較原始設(shè)計(jì)提高13.11％,0.5m處風(fēng)速變異系

4、數(shù)提高了35.6％。
　　 4、為徹底克服內(nèi)流場(chǎng)強(qiáng)旋流、流道窄的不足,在結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,增加導(dǎo)流器裝置,更進(jìn)一步優(yōu)化了流場(chǎng)結(jié)構(gòu),減小損耗,提高效率,使流場(chǎng)在風(fēng)筒長(zhǎng)度方向上具有良好的風(fēng)速一致性。本文還對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流器對(duì)風(fēng)筒的內(nèi)流場(chǎng)和外流場(chǎng)的影響效果進(jìn)行對(duì)比分析,仿真結(jié)果表明圓孔式導(dǎo)流器可大幅提高工作效率但出風(fēng)口下方0.5米處風(fēng)速變異系數(shù)較大;槽式導(dǎo)流器可小幅提高效率,更能很大程度的減小0.5m處風(fēng)速變異系數(shù)。

5、增加槽式導(dǎo)流器后,樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)速變異系數(shù)5.5％,相比未加導(dǎo)流器風(fēng)速變異系數(shù)降低52.6％。
　　 5、在有風(fēng)大田作業(yè)時(shí),優(yōu)化的噴霧機(jī)工作參數(shù)對(duì)于減小噴霧機(jī)功耗、減少霧滴漂移、提高植物表面的藥物沉積非常重要。為進(jìn)一步提高農(nóng)藥利用率、減少農(nóng)藥施用量,面向噴霧效果的施藥技術(shù)應(yīng)能得到足夠重視。本文采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),研究噴霧機(jī)在自然風(fēng)影響下,風(fēng)助風(fēng)筒氣流流場(chǎng)與離散霧滴在三維區(qū)域內(nèi)的交互耦合作用,進(jìn)行了綜合仿真。結(jié)果表明:增大

6、風(fēng)筒氣流出口速度,可以脅迫霧滴向靶標(biāo)運(yùn)動(dòng),增加霧滴沉積率。為了建立優(yōu)化的噴霧機(jī)控制參數(shù),建立了不同自然風(fēng)速下減飄模型,運(yùn)用多目標(biāo)優(yōu)化方法進(jìn)行了工作參數(shù)的優(yōu)化,并通過建立模糊決策支持系統(tǒng)對(duì)模型未考慮變量進(jìn)行工作參數(shù)修正。
　　 6、對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)有導(dǎo)流器的氣流輔助式噴桿噴霧機(jī)進(jìn)行了樣機(jī)設(shè)計(jì)和加工,并通過氣流輔助噴霧和常規(guī)噴霧兩種作業(yè)方式的室內(nèi)試驗(yàn)、樣機(jī)試驗(yàn)的對(duì)比,評(píng)價(jià)了有導(dǎo)流器的氣流輔助式噴霧機(jī)的風(fēng)幕風(fēng)速均勻性、防飄性能和二次霧化性能