卷盘式喷灌机卷盘驱动负载计算与分析

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1、2015年8月农机化研究第8期卷盘式喷灌机卷盘驱动负载计算与分析顾哲，汤跃，汤玲迪，陈超(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212013)摘要:为优化卷盘式喷灌机驱动结构，研制高效卷盘喷灌机驱动器，需要对卷盘式喷灌机的卷盘负载情况进行计算和分析。为此，以软管牵引式卷盘喷灌机为对象，建立了卷盘负载转矩计算的物理模型，理论推导了在运行时的卷盘负载转矩数学计算模型。以JP50和JP75型卷盘式喷灌机为例，按推导所得数学模型进行计算，得到了运行时卷盘负载转矩随已回卷PE管长度的变化规律和估计值。计

2、算结果表明:JP50型卷盘式喷灌机运行时最大负载转矩约为960N·m，JP75型为6001N·m;卷盘负载转矩随已回卷长度的增加而减小，且当卷盘回卷半径变化时，负载转矩将突然变大;负载转矩的大小和变化规律只与喷灌机的参数和运行条件有关，与运行时的速度无关。关键词:卷盘式喷灌机;软管牵引式;负载转矩;物理模型;数学模型中图分类号:S491;S24文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0070－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.016本文讨论的

3、卷盘式喷灌机为软管牵引式，其特征0引言是卷盘固定不动，卷盘卷绕并拖曳配水管从而牵引喷卷盘式喷灌机是一种移动式的灌溉装备，其自动头车行走。化程度高、单位灌溉面积投资低、转移方便，特别适合卷盘式喷灌机主要由卷盘、PE管、喷头车和卷盘于我国东北、西北和华北北部的小麦、玉米、大豆等大驱动装置组成，如图1所示。工作时，将卷盘固定在［1－3］田作物的灌溉，具有较好的发展前景。某一位置，将喷头车向外拖曳至喷洒位置，灌溉水从现有的卷盘式喷灌机多采用以水涡轮为代表的卷盘处接入，流经PE管输送至喷头实现喷洒;同时，［

4、4］水力驱动装置，但水力驱动装置的效率低，增加了水流带动卷盘驱动装置，实现PE管的回卷和喷头车［5］水力功率的损失。为改进水涡轮水力结构，国内学的回收。［6］者已开始了水涡轮的仿真与试验研究。为了使水PE管回卷时，按照顺序先卷到第1层(即最内涡轮与卷盘负载相匹配，需要有卷盘负载值为优化设层)，第1层铺满后再开始第2层，依次由内而外将PE计提供参考。国内外学者对卷盘喷灌机的运行特性管回卷。［7－9］做了一些研究，但都没有给出具体的卷盘负载的模型，不利于驱动装置的进一步研究。本文对卷盘式喷灌机的卷盘驱

5、动负载进行了分析计算，建立了喷头车匀速回收时卷盘驱动负载的物理和数学模型，并对JP50和JP75型卷盘式喷灌机负载情况进行了计算。本研究对其他类型卷盘喷灌机也有借鉴作用，为新型卷盘驱动装置的研制奠定了基础。1卷盘式喷灌机工作原理图1卷盘式喷灌机实物Fig．1Physicalobjectofahosereelirrigator收稿日期:2014－08－172卷盘负载物理模型基金项目:江苏省农业科技支撑计划项目(BE2012385);国家高技术研究发展计划项目(2011AA100506)首先建立卷盘式

6、喷灌机负载计算物理模型，如图作者简介:顾哲(1989－)，男，江苏常熟人，硕士研究生，(E－2所示。卷盘的负载是指在喷灌机喷洒过程中卷盘拖mail)cssguzhe@126．com。通讯作者:汤跃(1959－)，男，江苏镇江人，研究员，(E－mail)tomt@曳PE管从而牵引喷头车移动所需克服的阻力，反映ujs．edu．cn。到卷盘上即为卷盘所需克服的转矩。·70·2015年8月农机化研究第8期车的摩擦阻力，需要的拉力为F2=μ1ρ(L－x)g+μ2M2g(4)其中，μ1为地面对PE管的滑动摩擦

7、因数;μ2为地面对喷头车的滚动摩擦因数;L为PE管全长;M2为喷头车质量。由此引起的卷盘转矩为T2=μ1ρ(L－x)gri+μ2M2gri(5)图2卷盘式喷灌机负载物理模型3．3匀速回收时卷盘负载转矩Fig．2Physicalloadmodelofhosereelirrigators匀速时的卷盘负载转矩表达式为当PE管和喷头车匀速回收时，卷盘需要克服提T=T1+T2=ρgHri+μ1ρ(L－x)gri+μ2M2gri(6)升PE管时的重力、地面对PE管的滑动摩擦力和地面要注意的是，此处的匀速未必要

8、求喷头车和PE对喷头车的滚动摩擦力。管的回收在整个喷洒过程中匀速，只要在PE管和喷其中，重力因素引起的负载是指将充满水的PE头车处于速度不变的稳定运行状态，式(6)均适用。管提升至平均高度H时所做的功引起的卷盘转矩;地在回卷过程中回卷半径将发生改变，由于确定机面对PE管的滑动摩擦力是指充满水的PE管在田间型每层PE管的长度是确定的，因此，根据已回收长度地面被拖曳时受到的摩擦阻力;地面对喷头车的滚动x即可确定i的取值。摩擦力是指喷头车轮胎在行走时受到的田间地面的滚动摩擦力。4JP50