噴桿噴霧機風助風筒多目標優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、目前我國常用的大田噴桿噴霧機在施藥過程中存在農(nóng)藥飄失嚴重,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速影響較大等問題,在借鑒國內(nèi)外對氣流輔助式防飄噴霧技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,本文從風助風筒結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、設(shè)計安裝新型結(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)流器的風助風筒型噴桿噴霧機,防飄效果顯著,并進行了試驗研究和性能測試。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防止霧滴飄失的機理。
　　 2、采用計算流體力學(CFD)技術(shù)對風助風筒內(nèi)流場及工作外流場組成的三維區(qū)域進行了建模和仿真。并對原型風筒流場仿真結(jié)果進行了分析,分析表明:原型風筒內(nèi)流場存在強旋流、流道窄的缺點,導(dǎo)致工作外流場風速變異系數(shù)大。
　　 3、針對氣流輔助式噴桿噴霧機的風助風筒原始設(shè)計的缺陷,提出了一種集成相關(guān)向量機、多目標遺傳算法和模糊推理技術(shù)的多目標優(yōu)化設(shè)計方法。首先為了增加

3、輔助氣流的減飄和穿透能力,構(gòu)造出風助風筒的設(shè)計優(yōu)化目標函數(shù)。利用均勻設(shè)計安排試驗方案,并通過流體動力學仿真完成訓(xùn)練樣本采集。選定相關(guān)向量機作為優(yōu)化設(shè)計的評估函數(shù)。結(jié)合多目標遺傳算法,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驗證經(jīng)圓整后的最終解,其流速分布均勻性指標得到顯著提高。改進的樣機試驗證明出口平均風速較改進前增加了25.26％,0.5m處平均風速較原始設(shè)計提高13.11％,0.5m處風速變異系

4、數(shù)提高了35.6％。
　　 4、為徹底克服內(nèi)流場強旋流、流道窄的不足,在結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上,增加導(dǎo)流器裝置,更進一步優(yōu)化了流場結(jié)構(gòu),減小損耗,提高效率,使流場在風筒長度方向上具有良好的風速一致性。本文還對兩種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流器對風筒的內(nèi)流場和外流場的影響效果進行對比分析,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口下方0.5米處風速變異系數(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處風速變異系數(shù)。

5、增加槽式導(dǎo)流器后,樣機試驗風速變異系數(shù)5.5％,相比未加導(dǎo)流器風速變異系數(shù)降低52.6％。
　　 5、在有風大田作業(yè)時,優(yōu)化的噴霧機工作參數(shù)對于減小噴霧機功耗、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。本文采用計算流體力學(CFD)技術(shù),研究噴霧機在自然風影響下,風助風筒氣流流場與離散霧滴在三維區(qū)域內(nèi)的交互耦合作用,進行了綜合仿真。結(jié)果表明:增大

6、風筒氣流出口速度,可以脅迫霧滴向靶標運動,增加霧滴沉積率。為了建立優(yōu)化的噴霧機控制參數(shù),建立了不同自然風速下減飄模型,運用多目標優(yōu)化方法進行了工作參數(shù)的優(yōu)化,并通過建立模糊決策支持系統(tǒng)對模型未考慮變量進行工作參數(shù)修正。
　　 6、對優(yōu)化設(shè)計有導(dǎo)流器的氣流輔助式噴桿噴霧機進行了樣機設(shè)計和加工,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、樣機試驗的對比,評價了有導(dǎo)流器的氣流輔助式噴霧機的風幕風速均勻性、防飄性能和二次霧化性能