压力补偿灌水器结构设计与性能实验【独家课程毕业设计含4张CAD图纸带开题报告+文献综述】-jxsj94
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充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸摘 要 在我国, 截止到 2005 年底, 全国滴灌面积已达 2133. 8 万 hm2 , 但其应用面积仅占我国总灌溉面积的 1%, 其主要原因之一就是滴灌工程单位造价过高。通过降低常规滴灌系统的运行压力来降低滴灌工程单位造价已渐成为目前滴灌技术一个新的热点研究方向。灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一,其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前,世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面,一是发展大流道灌水器,增强灌水器的抗堵塞性能;二是开发各种压力补偿式灌水器,提高系统的灌水均匀性。本文对压力补偿灌水器结构进行设计,同时实际一台性能试验机完成对压力补偿灌水器性能测试。本文主要设计试验机的动力单元。关键词:滴灌;压力补偿灌水器;试验机充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸2ABSTRACTIn our country, by the end of 2005, the national irrigation area has reached 21338000 Hm2, but its application area accounts for 1% of irrigated area in our country, the main reason is the high cost of drip irrigation engineering unit. Through the operation of the pressure reducing conventional drip irrigation system to reduce the cost of drip irrigation project unit has become the current drip irrigation technology is a new hot research direction. The emitter is one of the most important components of drip irrigation system, the hydraulic characteristics of the large system of irrigation uniformity, cost and system life influence. At present, the development trend of the research on the world of drip irrigation emitter mainly has two aspects, one is the development of big channel of emitter, enhance the anti clogging performance of emitter; the two is the development of all kinds of pressure compensating emitter, improve the system of irrigation uniformity.This paper carries on the design to the pressure compensating emitter structure, at the same time, a performance test machine the actual completion of the pressure compensating emitter performance test. Power unit mainly design the experimental machine.Keywords: drip irrigation; pressure compensation emitter; testing machine充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸3目 录摘 要 .1ABSTRACT.2第一章 前 言 .51.1 课题研究的意义 .51.2 课题的研究现状 .61.3 本文主要研究的内容 .8第二章 压力补偿灌水器结构设计 .92.1 常用压力补偿灌水器分类 .92.1.1 孔口式压力补偿灌水器 .92.1.2 扁平式压力补偿灌水器 .112.1.3 圆柱式压力补偿灌水器 .132.1 本次方案的确认 .16第三章 压力补偿灌水器试验机方案确认 .183.1 试验原理 .183.2 动力单元方案确认 .183.2.1 流体传动 .183.2.2 流体传动有点 .19第四章 试验装置的设计 .214.1 技术要求及工况分析 .214.2 拟定系统原理图 .214.3 系统的计算(参照液压系统计算) .224.3.1 水泵和电机的确定 .224.3.2 确定管道尺寸 .234.3.3 确定水水箱容积 .234.4 系统的验算 .244.4.1 压力损失的验算 .244.4 完成试验装置装配图 .25结 论 .26参考文献 .27致 谢 .28充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸4第一章 前 言1.1 课题研究的意义众所周知,地球上的陆地面积占 29%,海洋面积占 71%。虽然陆地上环环包围着的是海洋,但是地球上能够供人类所使用的淡水面积水资源的 2.8%,全球 60 多亿的人口。倘若是无节制的消耗着淡水资源,相信淡水资源很快就会枯竭。在全球许多地方,淡水资源是一种极其缺乏的资源。因此,在一些缺乏水资源的国家以及地区,淡水资源的利用率就成为了首要的问题。在辽阔疆域的中国,虽然大部分的地区的淡水资源目前依然是充足的,可是也有着一些缺乏水资源的地区,例如在中国的地区,这些地区的农作物生长,却是需要大量的水资源,如何利用淡水资源,能够造福更多的人,成为了我们最关心的问题。随着时代在发展,灌水器的出现也随之带来了福音,灌水器的利用成为了这些地方最迫切关心的话题,因而,如何提高灌水器的利用率亦成为了学者研究的问题。在我国, 截止到 2005 年底, 全国滴灌面积已达 2133. 8 万 hm2 , 但其应用面积仅占我国总灌溉面积的 1%, 其主要原因之一就是滴灌工程单位造价过高。通过降低常规滴灌系统的运行压力来降低滴灌工程单位造价已渐成为目前滴灌技术一个新的热点研究方向。在低压滴灌研究方面, 王伟等提出了一种低水头滴灌系统, 对该系统的关键设备-首部控制塔、管材和灌水器进行了选型和研制 。牛文全等通过分析微灌技术的特点和应用现状, 定义了低压滴灌系统的概念和原理, 讨论了该系统的主要研究内容和现状 。仵峰等在低压条件下对内镶式、微管和补偿式 3 种灌水器自由出流进行了试验研究 。但就国内目前的状况分析来看, 低压滴灌系统的一些关键设备基本沿用原有常压滴灌系统( 10 m 工作水头) 的相关设备, 如滴灌带( 管) 等。然而, 鲜有学者对国内市场中常用的滴灌带( 管) 在低压下的水力性能及变化规律开展过系统研究。低压滴灌是一种高效节水节能的先进节水灌溉技术, 已被广泛应用于果园、小型温室、地下灌溉和庭院经济等 。灌水均匀度是低压滴灌设计的一个重要参数之一, 它直接影响到低压滴灌系统的灌水器工作水头、灌水质量和工程造价 。已有的关于灌水均匀度的研究多见于工作水头, 灌水器类型、间距、管道铺设长度、坡度等对其影响 , 对毛管内水流流态研究很少。本文从水力学基本原理出发, 对水平铺设的充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸5低压滴灌毛管在不同流态条件下灌水均匀度与灌水器工作水头的关系,从理论和试验两个方面进行了研究, 旨在进一步完善低压滴灌理论, 为低压滴灌设计提供理论依据。灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一,其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前,世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面,一是发展大流道灌水器,增强灌水器的抗堵塞性能;二是开发各种压力补偿式灌水器,提高系统的灌水均匀性。压力补偿灌水器技术含量高,开发难度大,已成为各国滴灌设备生产厂商技术高低的主要标志之一。压力补偿灌水器的发明已成为世界滴灌设备厂商的强手货,无能力开发压力补偿灌水器的厂商也在购买发明使用权或直接购买压力补偿灌水器成品用以生产自己的滴灌产品。我国滴灌压力补偿灌水器的研究相对滞后,仅有两种管上式压力补偿灌水器,并且其技术也比较落后,产品性能(稳定性和压力补偿区域)也比较差。研究世界压力补偿灌水器的发展将有助于提高我国滴灌灌水器的生产水平,促进我国滴灌技术的健康发展。1.2 课题的研究现状滴灌提供精确滴水灌溉,具有节水、节肥、节能、节地、节约劳动力,降低病虫草危害,不影响田间耕作等优势。灌水器是滴灌系统的核心部件,安装在毛管上用来消散压力和配水,其价格的高低和性能的优劣对于整个滴灌系统的推广应用和使用效果起着决定性的作用。滴灌系统由首部控制、主干管和分干管、支管、毛管、灌水器、水流控制装置及流量-压力调节器组成。滴灌一体式灌水器,就是在制造过程中已在其上加工有孔眼或其他出流装置的整体管、带孔口或出流装置的流量在滴灌定义范围内。管壁较厚卷盘后仍呈管状的称作滴灌管;管壁较薄盘卷后压扁呈带状的称作滴灌带。目前应用较为广泛的滴灌一体式灌水器产品,根据流道特征、灌水器形成和进出水口特点,滴灌一体式灌水器分为单翼迷宫式滴灌带、方形内镶贴片滴灌管、具有过滤式进水口群和缝隙式出水口的薄壁滴灌带 3 种,其特点、技术参数、适用条件和应用中遇到的问题如下。压力补偿式灌水器的开发难度大, 技术含量高, 是衡量世界滴灌设备生产厂商技术水平高低的主要标志之一。该灌水器一般都在灌水器结构中加入一种橡胶材料充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸6的补偿贴片, 在压力大时补偿原理都是利用补偿贴片(一般都为橡胶材料),由于这种结构, 使得现有的压力补偿式灌水器价格普遍大大高于非压力补偿式灌水器。马富才等对国产膜片式压力补偿灌水器水力性能进行试验研究, 计算得出压力补偿式灌水器的等效长度和制造偏差, 认为压力补偿式灌水器具有减缓堵塞, 简化计算, 适用性强等优点。翟国亮等在压力补偿式灌水器水力性能试验基础上, 提出了灌水器补偿区间的计算方法, 并对其制造偏差进行了分析。何静等对现有的压力补偿式灌水器结构进行了分析, 发现大多数灌水器都是由多个零件组成, 且都是由于弹性膜片的变形来实现压力补偿功能 ; 姚彬等通过对内镶补偿贴片式灌水器的水力性能进行研究, 分析了该种灌水器的补偿机理, 并认为补偿膜片的硬度、厚度以及与流道的接触面积决定了该种灌水器的水力性能。可以看出, 压力补偿式灌水器水力性能优秀, 受压力影响较小, 但是其结构相对复杂, 且大都采用弹性膜片实现压力补偿, 采用传统开发手段难以进行新产品的研制。魏正英则基于快速成形技术提出了一体式压力补偿灌水器快速设计新方法, 为压力补偿式灌水器的开发提供了新手段。近年来, 越来越多的学者采用快速成形技术来实现灌水器的水力性能研究, 并辅助新型结构灌水器的开发快速成形技术可以快速制造新型灌水器开发过程中所需的灌水器试验样件, 可以大幅度缩短新型灌水器的研发周期和降低开发成本。图 1-1 为典型压力补偿灌水器的补偿原理示意图。在灌水器内部添加弹性膜片, 当工作水压小到一定程度时, 弹性膜片不发生变化 , 流道尺寸较大; 当工作水压增加时, 弹性膜片发生变形并压向流道使尺寸变小, 从而起到在压力变化的情况下保持灌水器的流量不变。但是, 由于需要另外设计与制造补偿膜片, 大幅度的增加了开发难度和制造成本。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸7图 1-1 压力补偿原理图新型一体式变流道压力补偿形, 使得流道的过流截面积逐渐减小,结构, 不需另外添加补偿膜片就可以获得补偿效此状态为补偿状态, 该弹性挡片的设计使得该种果。现有灌水器流道多流道具有了压力调节的作用。这种新型变流道压为齿状迷宫流道, 在齿尖部分直接添加弹性挡片力补偿结构, 将具有补偿作用的弹性挡片与灌水用于实现压力补偿功能。当工作水压小于一定程器的一体式设计, 不需要另外添加补偿片, 可以度时, 弹性挡片将不发生变形, 为冲洗大大的节约设计与制造成本, 降低灌水器产品的状态; 当工作水压逐渐增大时, 弹性挡片发生变价格。通过将补偿片、流道进行一体设计的压力补偿流道结构具有很明显的压力补偿效果, 并且减少了补偿片和流道之间的装配误差, 减少了因装配带来的局部水头损失。本文从该流道的水力特性分析证明了压力补偿的效果和采用压力补偿的积极作用。对该流道采用快速成形制造, 大幅度缩短生产周期, 提高生产效率。特别在试验研究方面, 能够减少流道的模具制造等研发周期, 降低开发成本, 方便进行试验。这种新型流道不仅可以实现压力补偿, 还可用于内镶式滴灌带生产中, 可以解决滴灌带不宜实现压力补偿的问题。1.3 本文主要研究的内容本文的压力补偿灌水器结构设计和试验机设计,压力补偿灌水器通过补偿膜片的形变量达到控制流量恒定的目的。针对其性能,本文设计一种灌水器性能试验机,通过调整试验机输出压力的大小,来确认灌水器输出水的流量是否一致。本文主要完成以下几点内容。1、灌水器结构设计;2、试验机结构设计;充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸8第二章 压力补偿灌水器结构设计2.1 常用压力补偿灌水器分类压力补偿灌水器根据与滴灌管的连接方式的不同,主要有管上式和内镶式两种 。从结构形式上来分有孔口式 、扁平式、圆柱式三种,孔口式多为管上式,而扁平式和圆柱式多为内镶式;补偿元件多为片式弹性膜,也有以弹性管作为补偿元件的。国外对压力补偿灌水器的研制和开发已有 2O 多年的历史,并且随着设计和开发手段的不断提高以及新材料、新技术的不断涌现,世界各国推出了各种形式和特点的压力补偿灌水器。2.1.1 孔口式压力补偿灌水器(1)早期的孔口式补偿灌水器是一种管上式压力补偿灌水器(见图 2-1),在调节腔内有一个弹性膜片,膜片之下为带有出水槽沟的底座,在压力的作用下弹性膜压向底座, 槽沟便成为出水流道。当灌水器处于补偿状态时,弹性膜片与底座之间的流道随着压力的变化而变化,压力增大时,流道断面减小, 压力减小时,流道断面增大, 从而使灌水器的出流量保持稳定; 当压力小到一定程度时,灌水器便进入冲洗状态,弹性膜就完全脱离底座,出水流道变得很大,流量也相应增大。这种灌水器的缺陷是在补偿状态时,弹性膜下的流道很小,容易被堵塞。图 2-1 管上式压力补偿灌水器原理图充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸9(2)图 2-2 是一种防负压孔口式压力补偿灌水器,灌水器总体是由外壳、内芯、弹性膜片三大部分组成,弹性膜片被夹在外壳和内芯之间,既有一定的活动空间,又具备相对的稳定性,这样可以避免灌水器在补偿状态和冲洗状态流量相差过大的现象;存灌水器的进水口的末端有一个进口凸缘,当灌水器人口处的压力小于零时,弹性膜片将紧压在凸缘上,完全关闭流道,防止任何物质因负压被吸人流道,所以这种灌水器可以用于地下滴灌 。图 2-2 防负压孔口式压力补偿灌水器原理图(3)弹性管式压力补偿灌水器,如图 2-3 所示,该灌水器利用弹性软管作为调压部件,通过调节水流通 过的弹性软管的断面面积的大小来调节流量,当压力增大时,弹性软管的断面面积减小,压力减小时,弹性软管的断面面积增大,从而得到稳定的流量。不足之处是灌水器插入滴灌管的深度较深, 产生的局部水头损失较大。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸10图 2-3 弹性管式压力补偿灌水器原理图2.1.2 扁平式压力补偿灌水器这类灌水器的形状为扁平状, 如图 2-4 所示。与孔口式补偿灌水器相比,在灌水器 的压力调节区前增加了一段用于消能的固定式迷宫流道,流道和补偿区的上面覆盖着 弹性膜片,在迷宫流道区,弹性膜片起着对流道密封的作用,使水流只能从流道中通过;在压力调节区,弹性膜又发挥着流量调节的作用。迷宫流道的增加提高了调节的精度和可靠性,但压力调节范围并没有增大。图 2-4 扁平式压力补偿灌水器结构原理图充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸11为了克服上述弹性膜片在低压条件下与流道脱离的现象,在流道两侧增加了有 2 个出水孔的辅助凹槽 (见图 2-5),这个出水孔直接与大气相通,即使在进口压力很小的情况下,也可以使迷宫流道上的膜片上下产生有效的压差,提高弹性膜片对流道的密封性能,使灌水器在较低压力下就可以进入补偿状态,扩大了灌水器的调节范围。图 2-5 改进型扁平式压力补偿灌水器结构原理图图 2-6 也是图 2-4 灌水器的改进型,是一种可以用于地下滴灌的灌水器,其特点如下:在灌水器的上部几乎整个面都是过滤窗,过滤面积较大;在膜片的上下两面都是迷宫式紊流流道,长度是图 2-4 所示灌水器的 2 倍,这样,在相同流量情况下,该灌水器的流道断面面积较大,相应抗堵塞性能较好;在灌水器的人口处也有一个凸台结构, 原理与图 2 的相同,当进口处的压力小于零时,即出现负压情况时,弹性膜片将紧压在凸台上,防止负压吸泥;在灌水器的出口处有一个防止根系入侵的根系屏障而且灌水器的出口与滴灌管的出口不在一个位置,也可以充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸12防止植物根系侵。图 2-6 防负压扁平式压力补偿灌水器结构原理图图 2-7 是一种新型的扁平式压力补偿灌水器,与前述灌水器相比, 存弹性膜片上进行改进。从图中可以看 ,存迷宫流道和压力调节区上的膜片的厚度不同,压力补偿区 的膜片较薄。而且是弧形结构,与平直的形状相比,在相同的压差下弹性膜的变形较小,可以延长膜片的使用寿命,而且,弹性膜片被直接固定在迷宫流道和压力调节区上部的区域内,上面没有压盖。由于弹性膜片的弹性性能。当流道中出现杂质时,很容易被冲出,抗堵塞性能较好。图 2-7 新型扁平式压力补偿灌水器结构原理图2.1.3 圆柱式压力补偿灌水器与扁平式压力补偿灌水器相比,圆柱式灌水器最大的不同之处是灌水器形状为圆柱状,在整个圆柱上都布满迷宫流道,加长了迷宫流道的长度。最长的可以达到以上,而扁平式压力补偿灌水器迷宫流道长度一般在 20mm 左右。而且,由于圆柱式充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸13灌水器为内镶式灌水器,滴灌管的管壁可以对流道起到密封的作用,所以只在压力调节区保留了弹性膜片 。图 2-8 是最常见的圆柱式压力补偿灌水器的结构图,灌水器的过滤进口为圆周状,水流从此进入迷宫式紊流流道,然后进入装有弹性膜片的压力调节区。以色列纳安 (naan )公司的 Naanpc 压力补偿灌水器便是这种结构。图 2-8 圆柱式压力补偿灌水器的结构图图 2-9 所示 的灌水器与图 2-8 基本上相同,只是在进口位置有所变化。图 2-8的灌水器进水口紧贴滴灌管的管壁,当系统不工作时容易被沉积的沙粒堵塞, 而图2-9 灌水器的进水口在灌水器本体凸起的位置,处在滴灌管道的中部,提高了灌水器的抗堵塞性能。图 2-9 圆柱式压力补偿灌水器(2)的结构原理图图 2-10 是一种结构新颖的压力补偿灌水器,在弹性膜片的下方灌水器本体结构充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸14中有一缝隙,称为自冲洗进口。当压力较低的时候。灌水器处于冲洗状态。 管道中的水流可从 2 个渠道进入压力调节区,一个是从过滤进口进入经过迷宫式流道然后从 2 个进水口进入,另一个是从自冲洗进口直接进入。对压力调节区进行冲洗;随着压力的增大 ,压力调节区 的弹性膜片向下弯曲,堵住了自冲洗进口,管道中的水流就只能从两个进水口进入,灌水器便进入补偿状态。该灌水器自冲洗进口的设置。可以使管道中的压力水流直接对补偿区进行冲洗。相应提高了抗堵性能。图 2-10 自冲洗式压力补偿灌水器结构原理图防负压圆柱式压力补偿灌水器,如图 2-11 所示。该灌水器的显著特点就是压力补偿区形状上的改变,压力补偿区为圆形,而上述几种都是矩形,它们之间的差异还有待进一步研究。另一方面,在灌水器进口位置有一个进口凸缘,同上述两种充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸15防负压灌水器的原理一样,可以起到防负压吸泥的作用。图 2-11 防负压圆柱式压力补偿灌水器结构原理图2.1 本次方案的确认通过比较上次三大类压力补偿灌水器的结构,考虑到生产加工以及结构复杂程度。本文 选择空口式压力补偿灌水器,其设计的结构图如图 2-12 所示:充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸16图 2-12 本次设计的压力补偿灌水器1-进水头 2-出水头 3-压力补偿弹性膜片如图 2-12 所示,本次设计的灌水器一共三个零件,其中进水头和出水头分别为聚乙烯 PP 材料,可以通过注塑工艺批量生产,生产成本较低充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸17第三章 压力补偿灌水器试验机方案确认3.1 试验原理压力补偿灌水器放置在某一位置处,试验装置提供压力水源。压力补偿灌水器的进水口和试验装置用软管相连,按下气动开关,通过调压阀调整水压来看出水口的流量是否发生变化,以此达到试验的目的。3.2 动力单元方案确认3.2.1 流体传动 流体传动相对于机械传动来说是一门新技术,但如从 17 世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,也已有二三百年历史了。近代流体传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事,至于它和微电子技术密切结合,得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制,更是近 10 年内出现的新事物。本世纪的 60 年代后,原子能技术、空间技术、计算机技术(微电子技术)等的发展再次将流体技术推向前进,使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术,使它在国民经济的各方面都得到了应用。流体传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势,例如,国外今日生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了流体传动。因此采用流体传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。当前,流体技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展,在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外,在流体元件和流体系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,更日益显示出显著的成绩。我国的流体工业开始于本世纪 50 年代,其产品最初只用于机床和锻压设备,后来才用到拖拉机和工程机械上。自 1964 年从国外引进一些流体元件生产技术、同时进行自行设计流体产品以来,我国的流体件生产已从低压到高压形成系列,并在各充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸18种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对西方先进流体产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作,以确保我国的流体技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。3.2.2 流体传动有点 流体传动有以下一些优点:1、在同等的体积下,流体装置能比电气装置产生出更多的动力,因为压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下,流体装置的体积小,重量轻,结构紧凑。流体马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右。2、流体装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快,流体装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。流体装置的换向频率,在实现往复回转运动时可达500 次/min,实现往复直线运动时可达 1000 次/min。3、流体装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达 2000) ,它还可以在运行的过程中进行调速。4、流体传动易于自动化,这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将流体控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时,整个传动装置能实现很复杂的顺序动作,接受远程控制。5、流体装置易于实现过载保护。流体缸和流体马达都能长期在失速状态下工作而不会过热,这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。流体件能自行润滑,使用寿命较长。6、由于流体元件已实现了标准化、系列化和通用化,流体系统的设计、制造和使用都比较方便。流体元件的排列布置也具有较大的机动性。7、用流体传动来实现直线运动远比用机械传动简单。流体传动的缺点是:1、流体传动不能保证严格的传动化,这是由流体油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2、流体传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄漏损失等) ,长距离传动时更是如此。3、流体传动对油温变化比较敏感,它的工作稳定性很易受到温度的影响,因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸194、为了减少泄漏,流体元件在制造精度上的要求较高,因此它的造价较贵,而且对油液的污染比较敏感。5、流体传动要求有单独的能源。6、流体传动出现故障时不易找出原因。总的说来,流体传动的优点是突出的,它的一些缺点有的现已大为改善,有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸20第四章 试验装置的设计4.1 技术要求及工况分析根据实际的压力补偿灌水器的结构特点,和开启压力范围,我们确定动力单元的原理和压力范围。4.2 拟定系统原理图 在回路初步选定的基础上,只要再添加一些必要的辅助回路便可组成完整的液压系统了。例如:在水泵进油口(吸油口)设置一过滤器;出口设一压力表及压力表开关,以便观测测试的压力。经整理的系统如图 4-1 所示:图 4-1 液压系统图充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸214.3 系统的计算(参照液压系统计算) 4.3.1 水泵和电机的确定1)初选工作压力 P工作压力 P 可根据负载的大小及机器的类型来初步确定,现参阅手册表23.4-2 和表 23.4-3,初选工作压力 为 0.4Mpa 。12)确定水泵的流量、压力和选择泵的规格(1) 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进水管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 1pP式中: 水泵最大工作压力pP执行元件最大工作压力1进水管路中的压力损失,初算简单系统可取 0.02 0.05Mpa,本设计取 0.5Mpa 10.45.pPMpa上述计算所得的 是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现pP的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定压力 应满足 。中低系统取小值,高压系统取大n1.256npP值。在本设计中取 1.2504.pPMa(2) 泵流量的确定水泵的最大流量应为 maxpLqK式中: 水泵的最大流量;pq同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流max阀正进行工作,尚需加溢流阀的最小流量 2 3L/min系统泄漏系数,一般取 =1.1 1.3,现取 =1.2LKLKLK充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸22所以 max1.24.36.72/minpLqKL(3) 选择水泵的的规格根据以上算得的 和 ,再查阅有关手册,选择水泵基本参数为:每转排量pP,泵的额定压力 ,电动机转速 ,驱动功率为6/VqmlR0.6nMpa1450/inHnr220W。(4) 选择与水泵相匹配的电动机查阅电动机产品样本,现选用 Y60L2-4 型电动机,其额定功率为 220W,额定转速为 1430r/min 。3)选择液压元件根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀件。溢流阀按水泵的最大流量选取。对于节流阀,要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。现查产品样本所选择的元件型号规格如表 4-1 所示:4.3.2 确定管道尺寸水管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进行计算。查参考文献1表 23.4-10b 取水管允许流速取 V=1m/s,同时由前面计算可知差动时流量为 2.299L/min,则内径 d 为2.94.6.6.71qdmV参照参考文献1表 23.9-2,同时考虑到制作方便,除吸水管外,其余管都取18 2(外径 18mm,壁厚 2mm)的 10 号冷拔无缝钢管(YB231-70);取吸水管内径 d 为15mm。4.3.3 确定水水箱容积初设计液压水箱容量时,可按参考文献1经验公式 23.4-31 来确定,待系统稳定后,再按散热的要求进行校核。水箱容量为: 68.51.4VqL式中 液压水箱的容积(L)水泵的总额定流量(L/min)V充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸23与液压系统压力有关的经验系数,查参考文献1表 23.4-11 取,因设计中需将在籍助水箱顶盖安放水泵及电动机和液压阀集成装置,现57取 =6所以选用容量为 58L 的水箱。4.4 系统的验算已知该系统中吸水管内径为 15mm,其余管道为 6mm,各段长度分别为:AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。4.4.1 压力损失的验算 工进时进水路压力损失运动部件工作进给时最大速度为 0.42m/min,进给时的最大流量为 ,0.97/minL则水在管内的流速为: 312240.971564/min94/qvccsd管道雷诺数 为:1Re1.vd由于 2300,可见水在管道内流态为层流。所以其沿程阻力系数 1750.8e94进水管道 BC 的沿程压力损失 为1p2 261 2.703.80.186lvp Pad 式中 水管的内径,根据说明书水管的设计可得 d 为 6mm水的密度忽略油液通过管接头、油路拐弯等处的局部压力损失,则进油口的总压力损失充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸24为1p666120.18.051.230pPa4.4 完成试验装置装配图根据上诉计算,我们完成如图 4-2 所示系统装配图。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸25结 论通过本次毕业设计,我通过查阅资料对压力补偿灌水器的生产和结构设计重要注意的细节有了一定的了解,同时还利用这次设计机会将自己学过的机械知识重新熟悉了一遍,完成压力补偿灌水器结构和试验系统的设计。同时将二维制图软件CAD的部分功能模块进行了学习。在制图过程中,我很发现了许多不被自己注意的细节,包括中心线的添加以及箭头的画法等,对以后的机械设计有所帮助。我认识到了单纯的理论知识学习和 实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际应用问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计 规范以及电脑制图等其他专业能力的水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且使我的毅力,意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。这些都是我希望得到的 也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐,但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件,各种零部件的选用标准,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。从毕业设计中学来的这些宝贵的知识和经验,必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。本次设计参考了许多资料,吸取了其优点,并在考虑我国实际的基础上完成了自走式割灌机的设计,表达了自己的设计思想,完成了设计任务。但是由于缺乏生产和设计经验,问题一定很多,这些都需要老师改正,使之更合乎生产实际。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸26参考文献1 范兴科,吴普特,朱献文,等滴灌产品的快速成形技术:J 灌溉排水学报 , 2003,(5)2 赵万华,李涤尘洪军,等快速成形制造系统的开发与研究J 中国机械 工程 2000, (10)3 魏正英,唐一平赵万华,等节水滴头快速模具制造方法研究J中国机械工程 ,2002,(I7)4 成大先机械设计手册第四版第 4 卷北京:化学工业出版社,2002,1 5 杨培元,朱福元液压系统设计简明手册北京:机械工业出版社,1993,76 濮良贵,纪名刚机械设计北京:高等教育出版社,20017 张利平液压站设计与使用北京:海洋出版社,2004,28 成大先机械设计手册 2北京:化学工业出版社,2004.19 单辉祖材料力学北京:高等教育出版社,199910 何玉林,沈荣辉,贺无成机械制图重庆:重庆大学出版社,2000.811 左健民液压与气压传动北京:机械工业出版社,1999.5充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸27致 谢在即将毕业之际,谨借此机会,向所有关心、支持我的老师、同学和朋友致以最诚挚的谢意!首先,忠心感谢我的指导教师 XXX 老师。X 老师渊博的知识、严紧的治学态度、敏锐的洞察力和独到的见解使我受益非浅,并对设计工作的完成产生了直接的影响。X 老师在学术上孜孜以求、严谨务实的态度以及生活上平易近人的作风都让我受益终身。值此设计将结束之际,特向 X 老师致以崇高的敬意。此外还要感谢宿舍同学,是大家营造了良好的学习环境,在做设计的过程中互帮互助,使我的CAD 操作水平比以前有了很大提高,同时较全面的掌握了 Word 的编辑功能。本毕业设计的完成是在导师的指导下完成的,在整个过程中同时也得到了其他老师的指导和大力支持。在此我向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢!感谢他们对我在学习上的耐心指导、以及做人做事方面的悉心教诲,使我在解决问题的方法策略和为人处事上都有了很大提高。同时祝愿他们工作顺利,身体健康!在这个设计过程中,我得到了很多同学、朋友及老师的支持和帮助,他们给予了极大的帮助和支持。在此我对他们表示衷心的感谢,同时我也感谢我的家人,是他们的理解和默默支持使我的毕业设计能得以顺利按时的完成。最后,借此机会谨向所有关心、支持和帮助我的老师、同学、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感谢。谨以此文献给所有关心和帮助我的人。大学生活至此划上了圆满的句号,在这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘,在这块土地上我健康快乐地成长,我永远不会忘记可亲可敬的老师和互帮互助的同学,我永远记得这片土地。最后,衷心感谢在百忙中抽出宝贵时间对设计进行评审的各位专家。 摘 要 在我国, 截止到 2005 年底, 全国滴灌面积已达 2133. 8 万 hm2 , 但其应用面积仅占我国总灌溉面积的 1%, 其主要原因之一就是滴灌工程单位造价过高。通过降低常规滴灌系统的运行压力来降低滴灌工程单位造价已渐成为目前滴灌技术一个新的热点研究方向。灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一,其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前,世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面,一是发展大流道灌水器,增强灌水器的抗堵塞性能;二是开发各种压力补偿式灌水器,提高系统的灌水均匀性。本文对压力补偿灌水器结构进行设计,同时实际一台性能试验机完成对压力补偿灌水器性能测试。本文主要设计试验机的动力单元。关键词:滴灌;压力补偿灌水器;试验机2ABSTRACTIn our country, by the end of 2005, the national irrigation area has reached 21338000 Hm2, but its application area accounts for 1% of irrigated area in our country, the main reason is the high cost of drip irrigation engineering unit. Through the operation of the pressure reducing conventional drip irrigation system to reduce the cost of drip irrigation project unit has become the current drip irrigation technology is a new hot research direction. The emitter is one of the most important components of drip irrigation system, the hydraulic characteristics of the large system of irrigation uniformity, cost and system life influence. At present, the development trend of the research on the world of drip irrigation emitter mainly has two aspects, one is the development of big channel of emitter, enhance the anti clogging performance of emitter; the two is the development of all kinds of pressure compensating emitter, improve the system of irrigation uniformity.This paper carries on the design to the pressure compensating emitter structure, at the same time, a performance test machine the actual completion of the pressure compensating emitter performance test. Power unit mainly design the experimental machine.Keywords: drip irrigation; pressure compensation emitter; testing machine3目 录摘 要 .1ABSTRACT.2第一章 前 言 .51.1 课题研究的意义 .51.2 课题的研究现状 .61.3 本文主要研究的内容 .8第二章 压力补偿灌水器结构设计 .92.1 常用压力补偿灌水器分类 .92.1.1 孔口式压力补偿灌水器 .92.1.2 扁平式压力补偿灌水器 .112.1.3 圆柱式压力补偿灌水器 .132.1 本次方案的确认 .16第三章 压力补偿灌水器试验机方案确认 .183.1 试验原理 .183.2 动力单元方案确认 .183.2.1 流体传动 .183.2.2 流体传动有点 .19第四章 试验装置的设计 .214.1 技术要求及工况分析 .214.2 拟定系统原理图 .214.3 系统的计算(参照液压系统计算) .224.3.1 水泵和电机的确定 .224.3.2 确定管道尺寸 .234.3.3 确定水水箱容积 .234.4 系统的验算 .244.4.1 压力损失的验算 .244.4 完成试验装置装配图 .25结 论 .26参考文献 .27致 谢 .284第一章 前 言1.1 课题研究的意义众所周知,地球上的陆地面积占 29%,海洋面积占 71%。虽然陆地上环环包围着的是海洋,但是地球上能够供人类所使用的淡水面积水资源的 2.8%,全球 60 多亿的人口。倘若是无节制的消耗着淡水资源,相信淡水资源很快就会枯竭。在全球许多地方,淡水资源是一种极其缺乏的资源。因此,在一些缺乏水资源的国家以及地区,淡水资源的利用率就成为了首要的问题。在辽阔疆域的中国,虽然大部分的地区的淡水资源目前依然是充足的,可是也有着一些缺乏水资源的地区,例如在中国的地区,这些地区的农作物生长,却是需要大量的水资源,如何利用淡水资源,能够造福更多的人,成为了我们最关心的问题。随着时代在发展,灌水器的出现也随之带来了福音,灌水器的利用成为了这些地方最迫切关心的话题,因而,如何提高灌水器的利用率亦成为了学者研究的问题。在我国, 截止到 2005 年底, 全国滴灌面积已达 2133. 8 万 hm2 , 但其应用面积仅占我国总灌溉面积的 1%, 其主要原因之一就是滴灌工程单位造价过高。通过降低常规滴灌系统的运行压力来降低滴灌工程单位造价已渐成为目前滴灌技术一个新的热点研究方向。在低压滴灌研究方面, 王伟等提出了一种低水头滴灌系统, 对该系统的关键设备-首部控制塔、管材和灌水器进行了选型和研制 。牛文全等通过分析微灌技术的特点和应用现状, 定义了低压滴灌系统的概念和原理, 讨论了该系统的主要研究内容和现状 。仵峰等在低压条件下对内镶式、微管和补偿式 3 种灌水器自由出流进行了试验研究 。但就国内目前的状况分析来看, 低压滴灌系统的一些关键设备基本沿用原有常压滴灌系统( 10 m 工作水头) 的相关设备, 如滴灌带( 管) 等。然而, 鲜有学者对国内市场中常用的滴灌带( 管) 在低压下的水力性能及变化规律开展过系统研究。低压滴灌是一种高效节水节能的先进节水灌溉技术, 已被广泛应用于果园、小型温室、地下灌溉和庭院经济等 。灌水均匀度是低压滴灌设计的一个重要参数之一, 它直接影响到低压滴灌系统的灌水器工作水头、灌水质量和工程造价 。已有的关于灌水均匀度的研究多见于工作水头, 灌水器类型、间距、管道铺设长度、坡度等对其影响 , 对毛管内水流流态研究很少。本文从水力学基本原理出发, 对水平铺设的5低压滴灌毛管在不同流态条件下灌水均匀度与灌水器工作水头的关系,从理论和试验两个方面进行了研究, 旨在进一步完善低压滴灌理论, 为低压滴灌设计提供理论依据。灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一,其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前,世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面,一是发展大流道灌水器,增强灌水器的抗堵塞性能;二是开发各种压力补偿式灌水器,提高系统的灌水均匀性。压力补偿灌水器技术含量高,开发难度大,已成为各国滴灌设备生产厂商技术高低的主要标志之一。压力补偿灌水器的发明已成为世界滴灌设备厂商的强手货,无能力开发压力补偿灌水器的厂商也在购买发明使用权或直接购买压力补偿灌水器成品用以生产自己的滴灌产品。我国滴灌压力补偿灌水器的研究相对滞后,仅有两种管上式压力补偿灌水器,并且其技术也比较落后,产品性能(稳定性和压力补偿区域)也比较差。研究世界压力补偿灌水器的发展将有助于提高我国滴灌灌水器的生产水平,促进我国滴灌技术的健康发展。1.2 课题的研究现状滴灌提供精确滴水灌溉,具有节水、节肥、节能、节地、节约劳动力,降低病虫草危害,不影响田间耕作等优势。灌水器是滴灌系统的核心部件,安装在毛管上用来消散压力和配水,其价格的高低和性能的优劣对于整个滴灌系统的推广应用和使用效果起着决定性的作用。滴灌系统由首部控制、主干管和分干管、支管、毛管、灌水器、水流控制装置及流量-压力调节器组成。滴灌一体式灌水器,就是在制造过程中已在其上加工有孔眼或其他出流装置的整体管、带孔口或出流装置的流量在滴灌定义范围内。管壁较厚卷盘后仍呈管状的称作滴灌管;管壁较薄盘卷后压扁呈带状的称作滴灌带。目前应用较为广泛的滴灌一体式灌水器产品,根据流道特征、灌水器形成和进出水口特点,滴灌一体式灌水器分为单翼迷宫式滴灌带、方形内镶贴片滴灌管、具有过滤式进水口群和缝隙式出水口的薄壁滴灌带 3 种,其特点、技术参数、适用条件和应用中遇到的问题如下。压力补偿式灌水器的开发难度大, 技术含量高, 是衡量世界滴灌设备生产厂商技术水平高低的主要标志之一。该灌水器一般都在灌水器结构中加入一种橡胶材料6的补偿贴片, 在压力大时补偿原理都是利用补偿贴片(一般都为橡胶材料),由于这种结构, 使得现有的压力补偿式灌水器价格普遍大大高于非压力补偿式灌水器。马富才等对国产膜片式压力补偿灌水器水力性能进行试验研究, 计算得出压力补偿式灌水器的等效长度和制造偏差, 认为压力补偿式灌水器具有减缓堵塞, 简化计算, 适用性强等优点。翟国亮等在压力补偿式灌水器水力性能试验基础上, 提出了灌水器补偿区间的计算方法, 并对其制造偏差进行了分析。何静等对现有的压力补偿式灌水器结构进行了分析, 发现大多数灌水器都是由多个零件组成, 且都是由于弹性膜片的变形来实现压力补偿功能 ; 姚彬等通过对内镶补偿贴片式灌水器的水力性能进行研究, 分析了该种灌水器的补偿机理, 并认为补偿膜片的硬度、厚度以及与流道的接触面积决定了该种灌水器的水力性能。可以看出, 压力补偿式灌水器水力性能优秀, 受压力影响较小, 但是其结构相对复杂, 且大都采用弹性膜片实现压力补偿, 采用传统开发手段难以进行新产品的研制。魏正英则基于快速成形技术提出了一体式压力补偿灌水器快速设计新方法, 为压力补偿式灌水器的开发提供了新手段。近年来, 越来越多的学者采用快速成形技术来实现灌水器的水力性能研究, 并辅助新型结构灌水器的开发快速成形技术可以快速制造新型灌水器开发过程中所需的灌水器试验样件, 可以大幅度缩短新型灌水器的研发周期和降低开发成本。图 1-1 为典型压力补偿灌水器的补偿原理示意图。在灌水器内部添加弹性膜片, 当工作水压小到一定程度时, 弹性膜片不发生变化 , 流道尺寸较大; 当工作水压增加时, 弹性膜片发生变形并压向流道使尺寸变小, 从而起到在压力变化的情况下保持灌水器的流量不变。但是, 由于需要另外设计与制造补偿膜片, 大幅度的增加了开发难度和制造成本。7图 1-1 压力补偿原理图新型一体式变流道压力补偿形, 使得流道的过流截面积逐渐减小,结构, 不需另外添加补偿膜片就可以获得补偿效此状态为补偿状态, 该弹性挡片的设计使得该种果。现有灌水器流道多流道具有了压力调节的作用。这种新型变流道压为齿状迷宫流道, 在齿尖部分直接添加弹性挡片力补偿结构, 将具有补偿作用的弹性挡片与灌水用于实现压力补偿功能。当工作水压小于一定程器的一体式设计, 不需要另外添加补偿片, 可以度时, 弹性挡片将不发生变形, 为冲洗大大的节约设计与制造成本, 降低灌水器产品的状态; 当工作水压逐渐增大时, 弹性挡片发生变价格。通过将补偿片、流道进行一体设计的压力补偿流道结构具有很明显的压力补偿效果, 并且减少了补偿片和流道之间的装配误差, 减少了因装配带来的局部水头损失。本文从该流道的水力特性分析证明了压力补偿的效果和采用压力补偿的积极作用。对该流道采用快速成形制造, 大幅度缩短生产周期, 提高生产效率。特别在试验研究方面, 能够减少流道的模具制造等研发周期, 降低开发成本, 方便进行试验。这种新型流道不仅可以实现压力补偿, 还可用于内镶式滴灌带生产中, 可以解决滴灌带不宜实现压力补偿的问题。1.3 本文主要研究的内容本文的压力补偿灌水器结构设计和试验机设计,压力补偿灌水器通过补偿膜片的形变量达到控制流量恒定的目的。针对其性能,本文设计一种灌水器性能试验机,通过调整试验机输出压力的大小,来确认灌水器输出水的流量是否一致。本文主要完成以下几点内容。1、灌水器结构设计;2、试验机结构设计;8第二章 压力补偿灌水器结构设计2.1 常用压力补偿灌水器分类压力补偿灌水器根据与滴灌管的连接方式的不同,主要有管上式和内镶式两种 。从结构形式上来分有孔口式 、扁平式、圆柱式三种,孔口式多为管上式,而扁平式和圆柱式多为内镶式;补偿元件多为片式弹性膜,也有以弹性管作为补偿元件的。国外对压力补偿灌水器的研制和开发已有 2O 多年的历史,并且随着设计和开发手段的不断提高以及新材料、新技术的不断涌现,世界各国推出了各种形式和特点的压力补偿灌水器。2.1.1 孔口式压力补偿灌水器(1)早期的孔口式补偿灌水器是一种管上式压力补偿灌水器(见图 2-1),在调节腔内有一个弹性膜片,膜片之下为带有出水槽沟的底座,在压力的作用下弹性膜压向底座, 槽沟便成为出水流道。当灌水器处于补偿状态时,弹性膜片与底座之间的流道随着压力的变化而变化,压力增大时,流道断面减小, 压力减小时,流道断面增大, 从而使灌水器的出流量保持稳定; 当压力小到一定程度时,灌水器便进入冲洗状态,弹性膜就完全脱离底座,出水流道变得很大,流量也相应增大。这种灌水器的缺陷是在补偿状态时,弹性膜下的流道很小,容易被堵塞。图 2-1 管上式压力补偿灌水器原理图9(2)图 2-2 是一种防负压孔口式压力补偿灌水器,灌水器总体是由外壳、内芯、弹性膜片三大部分组成,弹性膜片被夹在外壳和内芯之间,既有一定的活动空间,又具备相对的稳定性,这样可以避免灌水器在补偿状态和冲洗状态流量相差过大的现象;存灌水器的进水口的末端有一个进口凸缘,当灌水器人口处的压力小于零时,弹性膜片将紧压在凸缘上,完全关闭流道,防止任何物质因负压被吸人流道,所以这种灌水器可以用于地下滴灌 。图 2-2 防负压孔口式压力补偿灌水器原理图(3)弹性管式压力补偿灌水器,如图 2-3 所示,该灌水器利用弹性软管作为调压部件,通过调节水流通 过的弹性软管的断面面积的大小来调节流量,当压力增大时,弹性软管的断面面积减小,压力减小时,弹性软管的断面面积增大,从而得到稳定的流量。不足之处是灌水器插入滴灌管的深度较深, 产生的局部水头损失较大。10图 2-3 弹性管式压力补偿灌水器原理图2.1.2 扁平式压力补偿灌水器这类灌水器的形状为扁平状, 如图 2-4 所示。与孔口式补偿灌水器相比,在灌水器 的压力调节区前增加了一段用于消能的固定式迷宫流道,流道和补偿区的上面覆盖着 弹性膜片,在迷宫流道区,弹性膜片起着对流道密封的作用,使水流只能从流道中通过;在压力调节区,弹性膜又发挥着流量调节的作用。迷宫流道的增加提高了调节的精度和可靠性,但压力调节范围并没有增大。图 2-4 扁平式压力补偿灌水器结构原理图11为了克服上述弹性膜片在低压条件下与流道脱离的现象,在流道两侧增加了有 2 个出水孔的辅助凹槽 (见图 2-5),这个出水孔直接与大气相通,即使在进口压力很小的情况下,也可以使迷宫流道上的膜片上下产生有效的压差,提高弹性膜片对流道的密封性能,使灌水器在较低压力下就可以进入补偿状态,扩大了灌水器的调节范围。图 2-5 改进型扁平式压力补偿灌水器结构原理图图 2-6 也是图 2-4 灌水器的改进型,是一种可以用于地下滴灌的灌水器,其特点如下:在灌水器的上部几乎整个面都是过滤窗,过滤面积较大;在膜片的上下两面都是迷宫式紊流流道,长度是图 2-4 所示灌水器的 2 倍,这样,在相同流量情况下,该灌水器的流道断面面积较大,相应抗堵塞性能较好;在灌水器的人口处也有一个凸台结构, 原理与图 2 的相同,当进口处的压力小于零时,即出现负压情况时,弹性膜片将紧压在凸台上,防止负压吸泥;在灌水器的出口处有一个防止根系入侵的根系屏障而且灌水器的出口与滴灌管的出口不在一个位置,也可以12防止植物根系侵。图 2-6 防负压扁平式压力补偿灌水器结构原理图图 2-7 是一种新型的扁平式压力补偿灌水器,与前述灌水器相比, 存弹性膜片上进行改进。从图中可以看 ,存迷宫流道和压力调节区上的膜片的厚度不同,压力补偿区 的膜片较薄。而且是弧形结构,与平直的形状相比,在相同的压差下弹性膜的变形较小,可以延长膜片的使用寿命,而且,弹性膜片被直接固定在迷宫流道和压力调节区上部的区域内,上面没有压盖。由于弹性膜片的弹性性能。当流道中出现杂质时,很容易被冲出,抗堵塞性能较好。图 2-7 新型扁平式压力补偿灌水器结构原理图2.1.3 圆柱式压力补偿灌水器与扁平式压力补偿灌水器相比,圆柱式灌水器最大的不同之处是灌水器形状为圆柱状,在整个圆柱上都布满迷宫流道,加长了迷宫流道的长度。最长的可以达到以上,而扁平式压力补偿灌水器迷宫流道长度一般在 20mm 左右。而且,由于圆柱式13灌水器为内镶式灌水器,滴灌管的管壁可以对流道起到密封的作用,所以只在压力调节区保留了弹性膜片 。图 2-8 是最常见的圆柱式压力补偿灌水器的结构图,灌水器的过滤进口为圆周状,水流从此进入迷宫式紊流流道,然后进入装有弹性膜片的压力调节区。以色列纳安 (naan )公司的 Naanpc 压力补偿灌水器便是这种结构。图 2-8 圆柱式压力补偿灌水器的结构图图 2-9 所示 的灌水器与图 2-8 基本上相同,只是在进口位置有所变化。图 2-8的灌水器进水口紧贴滴灌管的管壁,当系统不工作时容易被沉积的沙粒堵塞, 而图2-9 灌水器的进水口在灌水器本体凸起的位置,处在滴灌管道的中部,提高了灌水器的抗堵塞性能。图 2-9 圆柱式压力补偿灌水器(2)的结构原理图图 2-10 是一种结构新颖的压力补偿灌水器,在弹性膜片的下方灌水器本体结构14中有一缝隙,称为自冲洗进口。当压力较低的时候。灌水器处于冲洗状态。 管道中的水流可从 2 个渠道进入压力调节区,一个是从过滤进口进入经过迷宫式流道然后从 2 个进水口进入,另一个是从自冲洗进口直接进入。对压力调节区进行冲洗;随着压力的增大 ,压力调节区 的弹性膜片向下弯曲,堵住了自冲洗进口,管道中的水流就只能从两个进水口进入,灌水器便进入补偿状态。该灌水器自冲洗进口的设置。可以使管道中的压力水流直接对补偿区进行冲洗。相应提高了抗堵性能。图 2-10 自冲洗式压力补偿灌水器结构原理图防负压圆柱式压力补偿灌水器,如图 2-11 所示。该灌水器的显著特点就是压力补偿区形状上的改变,压力补偿区为圆形,而上述几种都是矩形,它们之间的差异还有待进一步研究。另一方面,在灌水器进口位置有一个进口凸缘,同上述两种15防负压灌水器的原理一样,可以起到防负压吸泥的作用。图 2-11 防负压圆柱式压力补偿灌水器结构原理图2.1 本次方案的确认通过比较上次三大类压力补偿灌水器的结构,考虑到生产加工以及结构复杂程度。本文 选择空口式压力补偿灌水器,其设计的结构图如图 2-12 所示:16图 2-12 本次设计的压力补偿灌水器1-进水头 2-出水头 3-压力补偿弹性膜片如图 2-12 所示,本次设计的灌水器一共三个零件,其中进水头和出水头分别为聚乙烯 PP 材料,可以通过注塑工艺批量生产,生产成本较低17第三章 压力补偿灌水器试验机方案确认3.1 试验原理压力补偿灌水器放置在某一位置处,试验装置提供压力水源。压力补偿灌水器的进水口和试验装置用软管相连,按下气动开关,通过调压阀调整水压来看出水口的流量是否发生变化,以此达到试验的目的。3.2 动力单元方案确认3.2.1 流体传动 流体传动相对于机械传动来说是一门新技术,但如从 17 世纪中叶巴斯卡提出静压传递原理、18 世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,也已有二三百年历史了。近代流体传动在工业上的真正推广使用只是本世纪中叶以后的事,至于它和微电子技术密切结合,得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制,更是近 10 年内出现的新事物。本世纪的 60 年代后,原子能技术、空间技术、计算机技术(微电子技术)等的发展再次将流体技术推向前进,使它发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术,使它在国民经济的各方面都得到了应用。流体传动在某些领域内甚至已占有压倒性的优势,例如,国外今日生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了流体传动。因此采用流体传动的程度现在已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。当前,流体技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展,在完善比例控制、数字控制等技术上也有许多新成就。此外,在流体元件和流体系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面,更日益显示出显著的成绩。我国的流体工业开始于本世纪 50 年代,其产品最初只用于机床和锻压设备,后来才用到拖拉机和工程机械上。自 1964 年从国外引进一些流体元件生产技术、同时进行自行设计流体产品以来,我国的流体件生产已从低压到高压形成系列,并在各18种机械设备上得到了广泛的使用。80 年代起更加速了对西方先进流体产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作,以确保我国的流体技术能在产品质量、经济效益、人才培训、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。3.2.2 流体传动有点 流体传动有以下一些优点:1、在同等的体积下,流体装置能比电气装置产生出更多的动力,因为压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 3040 倍。在同等的功率下,流体装置的体积小,重量轻,结构紧凑。流体马达的体积和重量只有同等功率电动机的 12%左右。2、流体装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快,流体装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。流体装置的换向频率,在实现往复回转运动时可达500 次/min,实现往复直线运动时可达 1000 次/min。3、流体装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达 2000) ,它还可以在运行的过程中进行调速。4、流体传动易于自动化,这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将流体控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时,整个传动装置能实现很复杂的顺序动作,接受远程控制。5、流体装置易于实现过载保护。流体缸和流体马达都能长期在失速状态下工作而不会过热,这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。流体件能自行润滑,使用寿命较长。6、由于流体元件已实现了标准化、系列化和通用化,流体系统的设计、制造和使用都比较方便。流体元件的排列布置也具有较大的机动性。7、用流体传动来实现直线运动远比用机械传动简单。流体传动的缺点是:1、流体传动不能保证严格的传动化,这是由流体油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2、流体传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄漏损失等) ,长距离传动时更是如此。3、流体传动对油温变化比较敏感,它的工作稳定性很易受到温度的影响,因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。194、为了减少泄漏,流体元件在制造精度上的要求较高,因此它的造价较贵,而且对油液的污染比较敏感。5、流体传动要求有单独的能源。6、流体传动出现故障时不易找出原因。总的说来,流体传动的优点是突出的,它的一些缺点有的现已大为改善,有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。20第四章 试验装置的设计4.1 技术要求及工况分析根据实际的压力补偿灌水器的结构特点,和开启压力范围,我们确定动力单元的原理和压力范围。4.2 拟定系统原理图 在回路初步选定的基础上,只要再添加一些必要的辅助回路便可组成完整的液压系统了。例如:在水泵进油口(吸油口)设置一过滤器;出口设一压力表及压力表开关,以便观测测试的压力。经整理的系统如图 4-1 所示:图 4-1 液压系统图214.3 系统的计算(参照液压系统计算) 4.3.1 水泵和电机的确定1)初选工作压力 P工作压力 P 可根据负载的大小及机器的类型来初步确定,现参阅手册表23.4-2 和表 23.4-3,初选工作压力 为 0.4Mpa 。12)确定水泵的流量、压力和选择泵的规格(1) 泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进水管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为 1pP式中: 水泵最大工作压力pP执行元件最大工作压力1进水管路中的压力损失,初算简单系统可取 0.02 0.05Mpa,本设计取 0.5Mpa 10.45.pPMpa上述计算所得的 是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现pP的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定压力 应满足 。中低系统取小值,高压系统取大n1.256npP值。在本设计中取 1.2504.pPMa(2) 泵流量的确定水泵的最大流量应为 maxpLqK式中: 水泵的最大流量;pq同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流max阀正进行工作,尚需加溢流阀的最小流量 2 3L/min系统泄漏系数,一般取 =1.1 1.3,现取 =1.2LKLKLK22所以 max1.24.36.72/minpLqKL(3) 选择水泵的的规格根据以上算得的 和 ,再查阅有关手册,选择水泵基本参数为:每转排量pP,泵的额定压力 ,电动机转速 ,驱动功率为6/VqmlR0.6nMpa1450/inHnr220W。(4) 选择与水泵相匹配的电动机查阅电动机产品样本,现选用 Y60L2-4 型电动机,其额定功率为 220W,额定转速为 1430r/min 。3)选择液压元件根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量,选择有定型产品的阀件。溢流阀按水泵的最大流量选取。对于节流阀,要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。现查产品样本所选择的元件型号规格如表 4-1 所示:4.3.2 确定管道尺寸水管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进行计算。查参考文献1表 23.4-10b 取水管允许流速取 V=1m/s,同时由前面计算可知差动时流量为 2.299L/min,则内径 d 为2.94.6.6.71qdmV参照参考文献1表 23.9-2,同时考虑到制作方便,除吸水管外,其余管都取18 2(外径 18mm,壁厚 2mm)的 10 号冷拔无缝钢管(YB231-70);取吸水管内径 d 为15mm。4.3.3 确定水水箱容积初设计液压水箱容量时,可按参考文献1经验公式 23.4-31 来确定,待系统稳定后,再按散热的要求进行校核。水箱容量为: 68.51.4VqL式中 液压水箱的容积(L)水泵的总额定流量(L/min)V23与液压系统压力有关的经验系数,查参考文献1表 23.4-11 取,因设计中需将在籍助水箱顶盖安放水泵及电动机和液压阀集成装置,现57取 =6所以选用容量为 58L 的水箱。4.4 系统的验算已知该系统中吸水管内径为 15mm,其余管道为 6mm,各段长度分别为:AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。4.4.1 压力损失的验算 工进时进水路压力损失运动部件工作进给时最大速度为 0.42m/min,进给时的最大流量为 ,0.97/minL则水在管内的流速为: 312240.971564/min94/qvccsd管道雷诺数 为:1Re1.vd由于 2300,可见水在管道内流态为层流。所以其沿程阻力系数 1750.8e94进水管道 BC 的沿程压力损失 为1p2 261 2.703.80.186lvp Pad 式中 水管的内径,根据说明书水管的设计可得 d 为 6mm水的密度忽略油液通过管接头、油路拐弯等处的局部压力损失,则进油口的总压力损失24为1p666120.18.051.230pPa4.4 完成试验装置装配图根据上诉计算,我们完成如图 4-2 所示系统装配图。25结 论通过本次毕业设计,我通过查阅资料对压力补偿灌水器的生产和结构设计重要注意的细节有了一定的了解,同时还利用这次设计机会将自己学过的机械知识重新熟悉了一遍,完成压力补偿灌水器结构和试验系统的设计。同时将二维制图软件CAD的部分功能模块进行了学习。在制图过程中,我很发现了许多不被自己注意的细节,包括中心线的添加以及箭头的画法等,对以后的机械设计有所帮助。我认识到了单纯的理论知识学习和 实际设计之间的差距。 通过这次毕业设计既锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际应用问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计 规范以及电脑制图等其他专业能力的水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且使我的毅力,意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。这些都是我希望得到的 也是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐,但我的收获也是非常的多。各种设计方案的适用条件,各种零部件的选用标准,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。从毕业设计中学来的这些宝贵的知识和经验,必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。本次设计参考了许多资料,吸取了其优点,并在考虑我国实际的基础上完成了自走式割灌机的设计,表达了自己的设计思想,完成了设计任务。但是由于缺乏生产和设计经验,问题一定很多,这些都需要老师改正,使之更合乎生产实际。26参考文献1 范兴科,吴普特,朱献文,等滴灌产品的快速成形技术:J 灌溉排水学报 , 2003,(5)2 赵万华,李涤尘洪军,等快速成形制造系统的开发与研究J 中国机械 工程 2000, (10)3 魏正英,唐一平赵万华,等节水滴头快速模具制造方法研究J中国机械工程 ,2002,(I7)4 成大先机械设计手册第四版第 4 卷北京:化学工业出版社,2002,1 5 杨培元,朱福元液压系统设计简明手册北京:机械工业出版社,1993,76 濮良贵,纪名刚机械设计北京:高等教育出版社,20017 张利平液压站设计与使用北京:海洋出版社,2004,28 成大先机械设计手册 2北京:化学工业出版社,2004.19 单辉祖材料力学北京:高等教育出版社,199910 何玉林,沈荣辉,贺无成机械制图重庆:重庆大学出版社,2000.811 左健民液压与气压传动北京:机械工业出版社,1999.527致 谢在即将毕业之际,谨借此机会,向所有关心、支持我的老师、同学和朋友致以最诚挚的谢意!首先,忠心感谢我的指导教师 XXX 老师。X 老师渊博的知识、严紧的治学态度、敏锐的洞察力和独到的见解使我受益非浅,并对设计工作的完成产生了直接的影响。X 老师在学术上孜孜以求、严谨务实的态度以及生活上平易近人的作风都让我受益终身。值此设计将结束之际,特向 X 老师致以崇高的敬意。此外还要感谢宿舍同学,是大家营造了良好的学习环境,在做设计的过程中互帮互助,使我的CAD 操作水平比以前有了很大提高,同时较全面的掌握了 Word 的编辑功能。本毕业设计的完成是在导师的指导下完成的,在整个过程中同时也得到了其他老师的指导和大力支持。在此我向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢!感谢他们对我在学习上的耐心指导、以及做人做事方面的悉心教诲,使我在解决问题的方法策略和为人处事上都有了很大提高。同时祝愿他们工作顺利,身体健康!在这个设计过程中,我得到了很多同学、朋友及老师的支持和帮助,他们给予了极大的帮助和支持。在此我对他们表示衷心的感谢,同时我也感谢我的家人,是他们的理解和默默支持使我的毕业设计能得以顺利按时的完成。最后,借此机会谨向所有关心、支持和帮助我的老师、同学、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感谢。谨以此文献给所有关心和帮助我的人。大学生活至此划上了圆满的句号,在这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘,在这块土地上我健康快乐地成长,我永远不会忘记可亲可敬的老师和互帮互助的同学,我永远记得这片土地。最后,衷心感谢在百忙中抽出宝贵时间对设计进行评审的各位专家。
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