网棚养殖蝗虫吸捕机的设计及试验研究

论文摘要

随着蝗虫网棚养殖技术的发展成熟和养殖规模的不断扩大,传统的手工捕集蝗虫的方式劳动强度大、捕集效率低。本文采用气动吸捕原理设计了一种适于在蝗虫养殖网棚内使用的网棚养殖蝗虫吸捕机。首先,测定了养殖蝗虫的悬浮速度、蝗虫与白铁皮分离圆筒的壁面摩擦角以及蝗虫的容重等物理性质;在吸捕机尺寸大小能够满足在蝗虫养殖网棚内使用的条件下,选用旋风分离方式对蝗虫吸捕机的各工作部件进行了设计计算,主要包括吸捕机的吸嘴、分离装置、卸料装置和收集箱等;然后,用SolidWorks绘制了各零部件及整机的三维实体图,使得设计结果更加直观。利用计算流体动力学软件FLUENT对所设计蝗虫吸捕机吸嘴和分离装置的内部气流场进行了数值模拟。首先,利用前置处理器GAMBIT对各部件建立模型、划分网格并生成网格文件;然后,将前置处理器产生的网格文件导入FLUENT中,设定边界条件并选择合适的数学模型,对各部件内部气流场的速度等高线、速度矢量图和流线轨迹进行了数值模拟,分析模拟结果并对原设计结构不合理之处进行改进,对改进后的结构重新建模并模拟内部气流场。最终改进结构的模拟结果表明:流场分布和速度分布都达到了设计要求。使用AutoCAD绘制了各部件的零件图和整机装配图,加工制作了蝗虫吸捕机样机,测定了吸捕机样机风门在不同开度下对应吸口处的气流流速,将吸口处的气流流速直接标定到风机风门对应位置处,为后续试验提供了方便。采用正交试验设计方法对蝗虫吸捕机样机进行了吸捕性能试验,着重考察了吸口气流速度、吸嘴距地高度、吸嘴倾角、机器前进速度等因素对吸捕率和被吸捕蝗虫破碎率的影响;分析试验结果,得到了影响吸捕率和破碎率各因素的主次顺序和最佳水平组合。结果表明:吸嘴倾角和吸口气流速度对吸捕性能影响最大;最佳因素水平的组合为吸嘴倾角取75°、吸口气流速度取14 m/s、吸嘴距地高度取40 mm、机器前进速度取0.4 m/s。从蝗虫的吸捕和沉降收集效果来看吸捕机的吸捕性能是良好的,整机设计是合理的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 蝗虫的营养价值和利用价值
• 1.2 蝗虫资源的获取方式
• 1.3 国内外蝗虫吸捕机的发展现状
• 1.4 课题研究的意义和任务
• 1.4.1 课题的意义
• 1.4.2 课题的主要任务
• 1.5 本章小结
• 2 蝗虫吸捕机设计方案的确定及其工作原理
• 2.1 蝗虫吸捕机分离方式的确定
• 2.2 蝗虫吸捕机的基本结构及工作原理
• 2.2.1 基本结构
• 2.2.2 工作原理
• 2.3 本章小结
• 3 养殖蝗虫的物理性质及混合流的性质
• 3.1 养殖蝗虫的种类及生长期
• 3.2 养殖蝗虫个体尺寸和个体重量的测定
• 3.3 养殖蝗虫容重的测定
• 3.3.1 材料与设备
• 3.3.2 测定方法
• 3.4 养殖蝗虫与分离圆筒壁面摩擦角的测定
• 3.5 养殖蝗虫的悬浮速度的测定
• 3.5.1 悬浮速度的定义
• 3.5.2 蝗虫悬浮速度的测定装置
• 3.5.3 试验设备
• 3.5.4 试验材料
• 3.5.5 试验方法
• 3.5.6 测点布置（周曼玲，2002）
• 3.5.7 悬浮速度的测定结果
• 3.6 本章小结
• 4 蝗虫吸捕机的设计计算及内部气流场的数值模拟
• 4.1 总体结构的设计
• 4.2 FLUENT 简介（王福军，2004；李晟，2004）
• 4.2.1 前置处理器GAMBIT
• 4.2.2 计算处理器
• 4.2.3 后置处理器
• 4.3 吸嘴的设计及内部气流场的数值模拟
• 4.3.1 吸嘴结构1 的设计及流场模拟
• 4.3.2 吸嘴结构2 的设计及流场模拟
• 4.3.3 吸嘴结构3 的设计及流场模拟
• 4.3.4 吸嘴结构4 的设计及流场模拟
• 4.4 分离装置的设计及内部气流场的数值模拟
• 4.4.1 分离装置入口的设计
• 4.4.2 分离装置顶盖和圆筒的设计
• 4.4.3 分离装置锥体的设计
• 4.4.4 分离装置内部气流场的模拟
• 4.5 卸料装置的设计
• 4.5.1 卸料器圆筒
• 4.5.2 卸料器叶轮及叶轮轴
• 4.5.3 卸料器盖
• 4.6 风机参数的确定及风机的选择
• 4.6.1 风机选择的基本要求
• 4.6.2 风机空气流量的计算
• 4.7 系统压力损失的计算
• 4.7.1 动压压力损失
• 4.7.2 摩擦压力损失
• 4.7.3 局部压力损失
• 4.8 电机的选择
• 4.8.1 风机电机的选择
• 4.8.2 闭风器电机的选择
• 4.9 本章小结
• 5 蝗虫吸捕机的吸捕性能试验
• 5.1 蝗虫吸捕机风量的测定和控制风门的标定
• 5.1.1 测量仪器
• 5.1.2 测量目的
• 5.1.3 测量方法
• 5.1.4 测点布置
• 5.2 蝗虫吸捕机吸捕率和破碎率的测试试验
• 5.2.1 试验仪器
• 5.2.2 试验目的
• 5.2.3 试验方法
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.2.5 活体蝗虫试验
• 5.3 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 创新之处
• 6.3 建议
• 参考文献
• 附录Ⅰ课题相关照片
• 附录Ⅱ部分试验数据
• 致谢
• 硕士研究生期间发表论文情况