垂直搖臂式噴頭搖臂運動規(guī)律研究.pdf

1、垂直搖臂式噴頭是一種中、高壓遠射程噴頭，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定的特點，廣泛應用于工業(yè)防塵及農(nóng)林噴灌等工作場合。搖臂的動力學分析及運動規(guī)律研究是保證垂直搖臂式噴頭運行穩(wěn)定性及可靠性的關(guān)鍵。本文采用理論與試驗研究相結(jié)合的方法，分析垂直搖臂式噴頭的運動特征，研究噴頭及搖臂運動的基本原理，推導搖臂的驅(qū)動力及運動頻率理論公式，分析搖臂力學特性及工作穩(wěn)定性，探索搖臂運動頻率與配重等工作參數(shù)之間的關(guān)系。通過對搖臂力學特性、導流器受水及搖臂運動規(guī)律的研

2、究，為垂直搖臂式噴頭的設計提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)研究垂直搖臂式噴頭的基本工作原理，深入分析噴頭的導流器受水、搖臂運動特性等動力學特征。建立垂直搖臂式噴頭搖臂運動模型，分別從噴頭搖臂上下運動及噴頭左右轉(zhuǎn)動過程對搖臂擺動驅(qū)動力、噴頭運轉(zhuǎn)驅(qū)動力進行分析，推導出搖臂在非自由及自由運動階段中的運動時間，進而推導出搖臂運動頻率計算公式。結(jié)果表明影響搖臂運動頻率的參數(shù)主要有搖臂轉(zhuǎn)動慣量、配重安裝位置、

3、工作壓力、噴嘴直徑及導流器結(jié)構(gòu)參數(shù)等。
　　(2)搭建噴頭力學性能測試試驗臺，研究水平及垂直兩個方向?qū)Я髌魇芩淞鳑_擊特性，測量搖臂上下運動、噴頭左右轉(zhuǎn)動驅(qū)動力，同時與理論公式相比較。試驗結(jié)果表明，驅(qū)動力隨工作壓力、噴嘴直徑的增大而增大，其中，水平分力與工作壓力成正比，而與噴嘴直徑的平方成正比，垂直分力與工作壓力、噴嘴直徑成正比。通過試驗結(jié)果與驅(qū)動力理論公式的對比，發(fā)現(xiàn)試驗所得驅(qū)動力水平分力及垂直分力與理論公式計算值趨勢相同，但由

4、于理論推導公式中做了大量的假設，使得試驗所測值均比公式計算值小。
　　(3)從搖臂的運動規(guī)律入手，采用高速攝影試驗，研究Nelson SR100垂直搖臂式噴頭的導流器受水射流沖擊時的運動情況及搖臂運動過程，對工作壓力、配重位置對噴頭運轉(zhuǎn)頻率的影響情況進行試驗研究;對比導流器非自由運動及自由運動時間試驗結(jié)果與理論公式計算值，發(fā)現(xiàn)搖臂試驗運動周期與理論公式吻合較好，進而為運動頻率理論公式提供試驗依據(jù)。在實際工作過程中可通過改變噴頭工作

5、壓力及配重安裝位置來改變搖臂的運動頻率，來考察運動周期變化對噴頭水力性能的影響，進而改善噴頭近處噴灌強度及噴灑均勻性等水力性能。
　　(4)在噴頭導流器受力分析的基礎(chǔ)上，選擇搖臂作為研究對象，對其進行簡化處理及受力分析。利用ANSYS Workbench有限元分析軟件，對搖臂進行有限元模態(tài)分析、靜力學分析及疲勞可靠性分析。分析結(jié)果表明，搖臂導流器安裝部位、配重安裝位置處有較大的應力分布，搖臂各部位安全系數(shù)差別較大?？梢酝ㄟ^加強薄弱