垂直搖臂式噴頭搖臂運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究.pdf

1、垂直搖臂式噴頭是一種中、高壓遠(yuǎn)射程噴頭，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)防塵及農(nóng)林噴灌等工作場(chǎng)合。搖臂的動(dòng)力學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究是保證垂直搖臂式噴頭運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性的關(guān)鍵。本文采用理論與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，分析垂直搖臂式噴頭的運(yùn)動(dòng)特征，研究噴頭及搖臂運(yùn)動(dòng)的基本原理，推導(dǎo)搖臂的驅(qū)動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)頻率理論公式，分析搖臂力學(xué)特性及工作穩(wěn)定性，探索搖臂運(yùn)動(dòng)頻率與配重等工作參數(shù)之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)搖臂力學(xué)特性、導(dǎo)流器受水及搖臂運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研

2、究，為垂直搖臂式噴頭的設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)。
　　本文主要研究?jī)?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(dǎo)流器受水、搖臂運(yùn)動(dòng)特性等動(dòng)力學(xué)特征。建立垂直搖臂式噴頭搖臂運(yùn)動(dòng)模型，分別從噴頭搖臂上下運(yùn)動(dòng)及噴頭左右轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程對(duì)搖臂擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)力、噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，推導(dǎo)出搖臂在非自由及自由運(yùn)動(dòng)階段中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而推導(dǎo)出搖臂運(yùn)動(dòng)頻率計(jì)算公式。結(jié)果表明影響搖臂運(yùn)動(dòng)頻率的參數(shù)主要有搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、配重安裝位置、

3、工作壓力、噴嘴直徑及導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)參數(shù)等。
　　(2)搭建噴頭力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，研究水平及垂直兩個(gè)方向?qū)Я髌魇芩淞鳑_擊特性，測(cè)量搖臂上下運(yùn)動(dòng)、噴頭左右轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)與理論公式相比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)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(guò)試驗(yàn)結(jié)果與驅(qū)動(dòng)力理論公式的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)所得驅(qū)動(dòng)力水平分力及垂直分力與理論公式計(jì)算值趨勢(shì)相同，但由

4、于理論推導(dǎo)公式中做了大量的假設(shè)，使得試驗(yàn)所測(cè)值均比公式計(jì)算值小。
　　(3)從搖臂的運(yùn)動(dòng)規(guī)律入手，采用高速攝影試驗(yàn)，研究Nelson SR100垂直搖臂式噴頭的導(dǎo)流器受水射流沖擊時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況及搖臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程，對(duì)工作壓力、配重位置對(duì)噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的影響情況進(jìn)行試驗(yàn)研究;對(duì)比導(dǎo)流器非自由運(yùn)動(dòng)及自由運(yùn)動(dòng)時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果與理論公式計(jì)算值，發(fā)現(xiàn)搖臂試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)周期與理論公式吻合較好，進(jìn)而為運(yùn)動(dòng)頻率理論公式提供試驗(yàn)依據(jù)。在實(shí)際工作過(guò)程中可通過(guò)改變噴頭工作

5、壓力及配重安裝位置來(lái)改變搖臂的運(yùn)動(dòng)頻率，來(lái)考察運(yùn)動(dòng)周期變化對(duì)噴頭水力性能的影響，進(jìn)而改善噴頭近處噴灌強(qiáng)度及噴灑均勻性等水力性能。
　　(4)在噴頭導(dǎo)流器受力分析的基礎(chǔ)上，選擇搖臂作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理及受力分析。利用ANSYS Workbench有限元分析軟件，對(duì)搖臂進(jìn)行有限元模態(tài)分析、靜力學(xué)分析及疲勞可靠性分析。分析結(jié)果表明，搖臂導(dǎo)流器安裝部位、配重安裝位置處有較大的應(yīng)力分布，搖臂各部位安全系數(shù)差別較大?？梢酝ㄟ^(guò)加強(qiáng)薄弱