CN110243756A

CN110243756A - 一种基于泥浆的阻力测试装置

Info

Publication number: CN110243756A
Application number: CN201910663803.8A
Authority: CN
Inventors: 邬立岩; 刘翠红; 熊梦琰; 辛明金; 宋玉秋; 张本华; 崔红光; 孔爱菊; 徐燕; 王欢; 温健
Original assignee: Shenyang Agricultural University
Current assignee: Shenyang Agricultural University
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: CN110243756B

Abstract

一种基于泥浆的阻力测试装置，属于农业工程技术领域。包括动力驱动部分、工作试验部分、控制部分、循环管路和阻力测量部分，所述阻力测量部分置于工作试验部分的测试段内，循环管路一端连接工作试验部分的回流端，另一端连接工作试验部分的泥浆流入端，在循环管路上连接动力驱动部分，动力驱动部分通过数据线连接控制部分，测试时，试验样件置于阻力测量装置内，通过控制泥浆的不同流速测试试验样件的阻力。本发明通过控制泥浆等流体的流动速度，通过测试部分测量试验样件的不同状况下的阻力大小，为试验分析提供依据，该装置结构简单，操作方便快捷，测试精度较高。

Description

一种基于泥浆的阻力测试装置

技术领域

本发明属于农业工程技术领域，特别是涉及一种基于泥浆的阻力测试装置。

背景技术

在农业机械作业中其关键部件与不同介质相接触会产生粘附力或摩擦阻力。如土壤的粘附使犁耕阻力增加约30％左右。因此减阻成为了农业机械作业部件设计的关键。随着机械化程度的提升，从农业机械部件结构方面改善作业阻力被大家所认知，在研究过程中会需要对农业机械作业样件的阻力进行测试，因此有必要研究一种高精度阻力测试装置，用以在试验研究过程中对各种农业机械作业部件的阻力进行测试。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于泥浆阻力测试装置，它可以实现在室内模拟对农业机械作业部件的阻力进行测试。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种基于泥浆的阻力测试装置，包括动力驱动部分、工作试验部分、控制部分、循环管路和阻力测量部分，所述阻力测量部分置于工作试验部分的测试段内，循环管路一端连接工作试验部分的回流端，另一端连接工作试验部分的泥浆流入端，在循环管路上连接动力驱动部分，动力驱动部分通过数据线连接控制部分，测试时，试验样件置于阻力测量装置内，通过控制泥浆的不同流速测试试验样件的阻力。

优选地，所述工作试验部分包括整流段、收缩段、测试段和扩散段，所述整流段位于泥浆流入端，使流入的泥浆由紊流变成层流；所述收缩段为内径逐渐减小的管段；所述测试段为长方体管段，其内设置阻力测量部分；所述扩散段为内径逐渐增大的管段；所述扩散段末端连接回流箱，通过回流箱连接循环管路IV。

优选地，所述整流段长度L1为工作试验部分总长度L的20-25％；所述收缩段长度L2为工作试验部分总长度L的10-20％，所述测试段长度L3为工作试验部分总长度L的30-35％，所述扩散段长度L4为工作试验部分总长度L的30-40％。

优选地，所述整流段包括外壳及置于外壳内的依次间隔设置的阻尼网、蜂窝器和水平孔板，所述水平孔板置于泥浆流入端，所述阻尼网和水平孔板网孔大小均为2mm-4mm之间，蜂窝器孔径均为4mm-6mm，以保证泥浆顺利通过。

优选地，所述整流段包括外壳及置于外壳内的蜂窝器和两道格栅，所述两道格栅分别间隔设置在蜂窝器的两侧，每道格栅均由水平格栅和竖直格栅组成，所述水平格栅和竖直格栅间距离为5mm-15mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2mm-2.5mm，使每道格栅形成2*2-2.5*2.5的网格，以保证泥浆顺利通过。

优选地，所述收缩段为维多辛斯基曲线形成的内径逐渐减小的管段。

优选地，所述测试段底部开有放置阻力测量部分的沟槽，限位器上的卡扣分别设置于所述沟槽的两侧及泥浆流入端，固定试验样件，使其只能向泥浆运动方向移动，压力传感器设置在沟槽另一端，即：试验样件有运动趋势的前方。

优选地，所述阻力测量部分置于测试段的沟槽内，包括限位器、压力传感器和疏水板，所述限位器为3个，分别设置在试验样件两侧位置和泥浆流进端，所述压力传感器设置在试验样件具有运动趋势的端部，检测试验样件的阻力；所述疏水板为中部开口的透明板，置于试验样件外周的沟槽顶部，疏水板的上表面和试验样件的上表面平齐，疏水板的中部开口与试验样件相配合，用于放置试验样件。

优选地，所述阻力测量部分为两组，并列设置，一个阻力测试装置上安装具有减阻性能的试验样件，另一个阻力测试装置上安装无减阻性能的试验样件，以进行性能对比。

优选地，所述控制部分Ⅲ为变频器或单片机，与泥泵的电机连接，控制其工作转速。

本发明的有益效果为：

1.本发明的阻力测试装置，通过控制泥浆等流体的流动速度，通过测试部分测量试验样件的不同状况下的阻力大小，为试验分析提供依据，该装置结构简单，操作方便快捷。通过本发明测试出的试验样件的阻力精度较高。

2.本发明采用具有整流段、收缩段、测试段和扩散段的测试部分，通过整流段整流，使泥浆由紊流转变为层流；通过收缩段使泥浆流动速度加快，降低湍流度、降低流体噪音和减少能耗；通过测试段测试得到试验样件不同工况下的阻力大小，进而得到减阻率，再通过扩散段使试验后的泥浆流至回流箱，进行下一次循环。本发明适合各种不同的农业机械作业部件在不同泥浆环境条件下进行试验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为阻力测试装置俯视图。

图4为阻力测试装置剖视图。

图5为整流段结构示意图。

图中：

1.整流段，2.收缩段，3.测试槽口，4.测试段，5.扩散段，6.回流箱，7.回流管路Ⅰ，8.回流管路Ⅱ，9.泥泵，10.控制箱，11.入流管道，12.沟槽，13.卡扣，14.螺纹副，15.限位器，16.试验样件，17.压力传感器，18.阻尼网，19.蜂窝器、20.水平孔板，21.试验台，22疏水板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：如图1、图2所示，本发明一种基于泥浆的阻力测试装置，包括动力驱动部分、工作试验部分、控制部分、循环管路和阻力测量部分，其工作试验部分置于试验台21上，所述阻力测量部分置于工作试验部分的测试段4内，循环管路一端连接工作试验部分的回流端，另一端连接工作试验部分的泥浆流入端，在循环管路上连接动力驱动部分，动力驱动部分通过数据线连接控制部分，测试时，试验样件置于阻力测量装置内，通过控制泥浆的不同流速测试试验样件的阻力，并得到减阻率D_r＝100％×(f₁-f₂)/f₁，其中：f₁为非减阻材料试验样件测得的摩擦阻力，f₂为含有减阻材料试验样件的摩擦阻力。

如图2所示，所述工作试验部分包括整流段1、收缩段2、测试段4和扩散段5，所述整流段1位于泥浆流入端，使流入的泥浆由紊流变成层流，其长度L1为工作试验部分总长度L的22.5％；所述收缩段2为内径逐渐减小的管段，其长度L2为工作试验部分总长度L的15％；所述测试段4为长方体管段，其内设置阻力测量部分，其长度L3为工作试验部分总长度L的32.5％；所述扩散端5为内径逐渐增大的管段，其长度L4为工作试验部分总长度L的35％。所述扩散段5末端(回流端)连接回流箱6，通过回流箱6连接循环管路IV。

本例中所用泥浆是指水田土壤含水率在35％-45％之间，密度为1565kg/m3，泥壤粒径在0.3mm-0.7mm之间。

本例所述整流段1包括外壳及置于外壳内的依次间隔设置的阻尼网18、蜂窝器19和水平孔板20，所述水平孔板20置于泥浆流入端，所述阻尼网18、蜂窝器19和水平孔板20的网孔大小均为3mm，蜂窝器孔径均为5mm，以保证泥浆顺利通过，将泥浆的紊流转变为层流。

本例所述收缩段2由不锈钢板构成，通过维多辛斯基曲线形成的内径逐渐减小的管段，其长度为350mm，收缩比为9:1。收缩段是工作试验部分的重要组成部分，除了对泥浆加速之外，还会直接影响工作试验段的流场品质，如湍流度、流动的均匀性。收缩比是进口面积与出口面积之比。其中收缩比由工作试验部分和经济性协调确定，收缩段的长度尽可能短，准确的收缩比和收缩曲线形状使流动过程不发生边界层分离和局部空穴。

所述测试段4截面为方形，材质为有机玻璃，便于进行实验测量，在顶部开有测试槽口3，底部开有放置阻力测量部分的沟槽12，限位器15上的卡扣13分别设置于所述沟槽12的两侧及泥浆流入端，固定试验样件16，使其只能向泥浆运动方向移动，压力传感器17设置在沟槽12另一端，即：试验样件16有运动趋势的前方。本例中压力传感器17设置三个，为使测量更为准确，取其测量平均值。

如图3、图4所示，所述阻力测量部分置于测试段4的沟槽12内，包括限位器15、压力传感器17和疏水板22，所述限位器15为3个，所述限位器15为外购件，由卡扣13和螺纹副14组成；三个限位器15分别设置在试验样件16两侧位置和泥浆流进端，所述压力传感器17设置在试验样件16具有运动趋势的端部，检测试验样件16的阻力；所述疏水板22为中部开口的透明板，置于试验样件16外周的沟槽12顶部，疏水板22的上表面和试验样件16的上表面平齐，疏水板22的中部开口与试验样件16相配合，用于放置试验样件16。本例中的疏水板22材料为透明有机玻璃，由于限位器15和压力传感器17之间存在间隙或凹槽，泥浆在通过测试段4时可能会产生漩涡、空化等现象，影响了流场的品质。疏水板22将泥浆分别与阻力测试装置的限位器15、压力传感器17隔离，起到减少局部漩涡、改善流场品质以及使阻力测试装置周围泥浆运动平稳。

所述阻力测量部分为两组，并列设置，一个阻力测试装置上安装具有减阻性能的试验样件，另一个阻力测试装置上安装无减阻性能的试验样件，以进行性能对比。

测试时，将农业机械试验样件16置于工作试验部分Ⅱ的测试段4的底部沟槽12中，通过限位器15的卡扣13进行固定，限制位移，最终在泥浆的冲击下完成阻力测试。

所述的动力驱动部分包括泥泵9和入流管道11，安装在试验台21底部，用以将底部管路中的泥浆输送到试验台21上部的工作试验部分Ⅱ，提供给泥浆一定的动力，并根据不同的试验条件下进行一个调速。

所述控制部分为变频器或单片机，置于试验台底部，与泥泵9的电机连接，控制其启动、停止及工作转速，从而使工作试验部分Ⅱ的泥浆以不同速率运动。

所述的循环管路部分由回流管路Ⅰ7和回流管路Ⅱ8组成，用以将试验段部分的泥浆从回流箱6通过回流管路Ⅰ7、回流管路Ⅱ8和入流管道11实现一个系统循环。

本发明的工作过程：

在回流箱6中装入调配好含水率的泥浆：将试验样件通过限位器的卡扣固定在测试槽口3下方位置沟槽12，固定好之后，对试验样件周围覆盖疏水板且只露出试验样件上表面。打开控制部分，连接电线并打开开关，启动泥泵9，通过控制部分输入试验所需的脉冲并通过变频器调节泥浆的运行速率，泥浆在泥泵提供的动力下在工作试验部分不断流动，通过压力传感器显示示数得出试验样件的阻力。

实施例2：本例与实施例1不同的是：所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的20％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的10％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的35％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的35％。所述整流段1的阻尼网18网孔大小为2mm，水平孔板20网孔大小均为3mm，蜂窝器19孔径为4mm，以保证泥浆顺利通过。

实施例3：本例与实施例1不同的是：所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的20％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的20％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的30％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的30％。所述整流段1的阻尼网18网孔大小为3mm，水平孔板网孔大小均为4mm，蜂窝器孔径为6mm，以保证泥浆顺利通过。

实施例4：本例与实施例1不同的是：所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的20％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的11％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的31％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的38％。所述整流段的阻尼网网孔大小为4mm，水平孔板网孔大小均为2mm，蜂窝器孔径为6mm，以保证泥浆顺利通过。

实施例5：本例与实施例1不同的是：本例所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的24％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的16％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的30％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的30％。由于流体是泥浆，粘性比较大，所以，本例中所述整流段1包括外壳及置于外壳内的蜂窝器和两道格栅，所述两道格栅分别间隔设置在蜂窝器的两侧，即：将实施例1中的阻尼网18和水平孔板20均替换为格栅，每道格栅由水平格栅和竖直格栅组成，所述水平格栅和竖直格栅间距离为10mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2.3mm，使每道格栅形成2.3*2.3的网格，保证泥浆顺利通过。

实施例6：本例与实施例5不同的是：本例所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的23％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的13％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的32％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的32％。所述水平格栅和竖直格栅间距离为5mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2mm，使每道格栅形成2*2的网格，保证泥浆顺利通过。

实施例7：本例与实施例5不同的是：本例所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的20％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的18％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的30％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的32％。所述水平格栅和竖直格栅间距离为15mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2.5mm，使每道格栅形成2.5*2.5的网格，保证泥浆顺利通过。

实施例8：本例与实施例5不同的是：本例所述整流段1长度L1为工作试验部分总长度L的20％；所述收缩段2长度L2为工作试验部分总长度L的12％，所述测试段4长度L3为工作试验部分总长度L的32％，所述扩散段5长度L4为工作试验部分总长度L的36％。所述水平格栅和竖直格栅间距离为8mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2.5mm，使每道格栅形成2.5*2.5的网格，保证泥浆顺利通过。

Claims

1.一种基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：包括动力驱动部分、工作试验部分、控制部分、循环管路和阻力测量部分，所述阻力测量部分置于工作试验部分的测试段内，循环管路一端连接工作试验部分的回流端，另一端连接工作试验部分的泥浆流入端，在循环管路上连接动力驱动部分，动力驱动部分通过数据线连接控制部分，测试时，试验样件置于阻力测量装置内，通过控制泥浆的不同流速测试试验样件的阻力。

2.根据权利要求1所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述工作试验部分包括整流段、收缩段、测试段和扩散段，所述整流段位于泥浆流入端，使流入的泥浆由紊流变成层流；所述收缩段为内径逐渐减小的管段；所述测试段为长方体管段，其内设置阻力测量部分；所述扩散段为内径逐渐增大的管段；所述扩散段末端连接回流箱，通过回流箱连接循环管路Ⅳ。

3.根据权利要求2所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述整流段长度L1为工作试验部分总长度L的20-25％；所述收缩段长度L2为工作试验部分总长度L的10-20％，所述测试段长度L3为工作试验部分总长度L的30-35％，所述扩散段长度L4为工作试验部分总长度L的30-40％。

4.根据权利要求2所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述整流段包括外壳及置于外壳内的依次间隔设置的阻尼网、蜂窝器和水平孔板，所述水平孔板置于泥浆流入端，所述阻尼网和水平孔板网孔大小均为2mm-4mm之间，蜂窝器孔径均为4mm-6mm，以保证泥浆顺利通过。

5.根据权利要求2所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述整流段包括外壳及置于外壳内的蜂窝器和两道格栅，所述两道格栅分别间隔设置在蜂窝器的两侧，每道格栅均由水平格栅和竖直格栅组成，所述水平格栅和竖直格栅间距离为5mm-15mm，水平格栅和竖直格栅均由多根圆杆或圆管构成，相邻两圆杆或圆管的间隔为2mm-2.5mm，使每道格栅形成2*2-2.5*2.5的网格，以保证泥浆顺利通过。

6.根据权利要求2所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述收缩段为维多辛斯基曲线形成的内径逐渐减小的管段。

7.根据权利要求2所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述测试段底部开有放置阻力测量部分的沟槽，限位器上的卡扣分别设置于所述沟槽的两侧及泥浆流入端，固定试验样件，使其只能向泥浆运动方向移动，压力传感器设置在沟槽另一端，即：试验样件有运动趋势的前方。

8.根据权利要求1所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述阻力测量部分置于测试段的沟槽内，包括限位器、压力传感器和疏水板，所述限位器为3个，分别设置在试验样件两侧位置和泥浆流进端，所述压力传感器设置在试验样件具有运动趋势的端部，检测试验样件的阻力；所述疏水板为中部开口的透明板，置于试验样件外周的沟槽顶部，疏水板的上表面和试验样件的上表面平齐，疏水板的中部开口与试验样件相配合，用于放置试验样件。

9.根据权利要求8所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述阻力测量部分为两组，并列设置，一个阻力测试装置上安装具有减阻性能的试验样件，另一个阻力测试装置上安装无减阻性能的试验样件，以进行性能对比。

10.根据权利要求1所述的基于泥浆的阻力测试装置，其特征在于：所述控制部分Ⅲ为变频器或单片机，与泥泵的电机连接，控制其工作转速。