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农用动力机器

日期:2019-11-17 13:53 来源:

  

农用动力机器

  

农用动力机器

  

农用动力机器

  电动机将电能转变为机械能的动力机械。根据电源不同分为直流电动机交流电动机两大类,交流电动机又分同步和异步两类。同步电动机的转子转速与定子绕组通入电流时产生旋转磁场的转速相同;异步电动机又称感应电动机,有三相和单相两种,其转子转速小于旋转磁场的转速。根据其转子的结构,又分为笼式和绕线式两种。三相笼式异步电动机由于其结构简单、工作可靠、易于维修,在农业中得到广泛应用。笼式电动机按防护方式有防护式、封闭式和密封式 3种。防护式能防水滴或其他杂物从上面落入电动机内,通风较好,但不能防潮和防尘,一般用于清洁、干燥的场所。封闭式能防止灰尘、铁屑或其他杂物的侵入,也能防潮,可用于露天、潮湿、灰尘较多的场合,如与农产品加工机械和水泵配套。密封式可浸在水里工作,如潜水电机。

  式中ρ为空气密度(千克/米);D为风轮直径(米);V1为通过风轮前的风速(米/秒);C为功率系数。理论最大值C=0.593。

  目前最大风力发电机的额定功率已达2000千瓦。在中国,一般认为100千瓦以上的风力机为大型,10~100千瓦为中型,10千瓦以下为小型。由于风速经常变化,风能大小不稳定,需要有贮能装置以调剂能量的供应,3千瓦以下的风力发电机一般用蓄电池贮能。

  农用内燃机经常在尘土飞扬、雨淋日晒、泥水冲溅的环境条件下工作,且用于某些作业(如收割、脱粒等)时负荷变化大,有时短期超载,农业生产的季节性强,在抗旱排涝或农忙季节内燃机往往连续工作8小时以上,甚至数日,且远离城镇,维修和配件供应等条件较差。因此,农用内燃机应具有如下性能:①可靠性好,使用寿命长,选择配套功率应以12小时持续功率为准,并能适应短期超载;②采用廉价燃料或农村易于获取的燃料(如煤气、沼气等);③机械结构简单,维修简易;④低温起动性能好;⑤空气、燃油和机油滤清器的净化能力强;⑥能一机多用,在不同农事季节能配带不同的农机具,还能兼作船用或陆用运输动力。

  柴油机 农用柴油机多为四冲程柴油机(图 1)。其曲轴每两转完成一个工作循环,活塞在气缸内往复四个冲程。在进气冲程,活塞从上止点向下止点移动,进气门开启,排气门关闭,新鲜空气吸入气缸内。在压缩冲程,活塞从下止点向上止点移动,进气门、排气门都关闭,在压缩冲程终了时,喷油器将柴油喷入气缸。柴油在气缸内燃烧后,实现膨胀冲程,气体压力急剧增加,推动活塞从上止点向下止点移动。膨胀冲程终了时,排气门开启,旋转中的曲轴继续推动活塞由下止点向上止点运动,实现排气冲程,废气排出气缸。 柴油机属压燃式,利用压缩后的高温空气点燃柴油,具有热效率高,经济性好,工作可靠,使用安全等优点。在农业生产中广泛用作田间和固定作业以及农业运输等的动力。

  煤气机是使用天然气、石油伴生气、液化石油气和发生炉煤气等气体燃料的内燃机。农用煤气机多使用发生炉煤气,它是由固体燃料在煤气发生炉中制成,经滤清、冷却并与空气混合后进入气缸。煤气机属于点燃式内燃机,其工作过程与汽油机相似。汽油机和柴油机经过改装均可燃用煤气。

  风力机将风能转变为机械能的动力机械。现代风力机由风轮、塔架、变速器调速器、调向回转装置和制动器等组成(图3)。风力推动风轮旋转,通过传动装置带动各种作业机械或带动发电机发电。 按照风轮的结构型式,风力机有垂直轴式和水平轴式两类。目前在农业中常用的为水平轴式,其风轮类型有布篷式、飞机螺旋桨式和多叶片叶轮式(18~24个叶片)等。塔架是风力机的支承体,其结构有木桁架、金属桁架、钢筋混凝土桁架等类型。塔架高度大致与风速的1/7次幂成正比,过高则制造成本高,太低则风力不足。变速器(或齿轮升速箱)将每分钟几十转的风轮转速升高到作业机械或发电机的额定转速。当用风力机带动往复式水泵时,常将曲柄机构直接装在风轮轴上;在小功率发电装置中,发电机轴与风轮轴直接联接。这两种情况都可不用变速器。调速器的作用是在风速骤增时防止叶片损坏,并保持发电机恒频稳压。调速的方式有调整叶片的转动阻力与改变风轮的迎风面积两种。前者采用离心调速器,多用于小型风力机;当风力增强,风轮超过一定转速时,制动翼在离心力的作用下被甩出,迫使风轮降速。在大型风力机上,采用调速弹簧使风轮偏侧以减少风轮迎风面积的方法使风轮降速。在布篷式风力机上,则通过张篷落篷来改变风轮迎风面积。风轮获得的功率(P)可用下式计算:

  农用内燃机主要有柴油机汽油机煤气机等。全系使用液体或气体燃料的往复活塞式内燃机,由机体、气缸盖、气缸套、活塞、连杆曲轴、配气机构、燃料供给系、冷却系、飞轮、起动装置等组成。燃料在气缸内燃烧,放出热能,推动活塞作往复运动,使热能转变为机械功。内燃机的工作循环包括进气、压缩、燃烧、膨胀、排气等过程。活塞在两次转换运动方向之间的行程为一个冲程,按每一工作循环的冲程数分四冲程和二冲程两类;按点火方式分点燃式和压燃式两种。最常用的农用内燃机为四冲程柴油机,其次为四冲程汽油机。2.2 千瓦以下的多用二冲程汽油机,因其单位功率的重量较轻,便于背负或携带。有些小型农机具采用二冲程汽油机为动力。

  到1986年底,中国农用动力机械总功率为209100兆瓦,其中包括15千瓦及以上农用大、中型拖拉机87.1万台,农用小型及手扶拖拉机45345万台,农用排灌动力机械总功率57550兆瓦。

  中国生产的农用的三相异步电动机有 Y系列(一般用笼型转子)和YQ系列(高起动转矩双笼型转子)。选用电动机时,首要考虑的是功率大小适合,还要考虑转速、允许过载能力与起动性能等因素。中国规定的电动机额定温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40℃之差。电动机发生故障的主要原因有:电源电压过低或过高、绕组接地(接壳)、绕组短路、单相运行;转子断条等。因此,对运行中的电动机要注意监视,及时发现问题并采取相应措施排除故障,以保障安全生产。

  水轮机将水流的动能和势能转换成机械能的动力机械。若配以发电机输出电流则称水电站;若同水泵结合则成为水轮泵。水轮机按其工作原理有反击型和冲击型两类。反击型能同时利用水流的动能和势能,可分为混流式、斜流式、轴流式和贯流式等类型;冲击型是利用水流的动能,可分为切击式、斜击式和双击式等。以上各类中,以混流式、轴流式和切击式应用较多。混流式水轮机(图4)的水流是由引水管径向进入涡壳,带动转轮旋转,并由转轮轴向流出到尾水管。轴流式水轮机的水流是从轴向进入转轮,从另端轴向流出。 发展趋势 各类农用动力机械的发展和构成比例受能源供应、科学技术水平、工艺材料、农村使用条件、环境保护及经济效益的影响。随着农业电气化的发展,在固定作业中将优先发展电动机;在风力资源丰富的地区,风速在3~4米/秒以上的牧区、沿海及边远地区,宜有计划地发展风力机;在水力资源丰富而落差较大的地区,可发展中、小型水电站。柴油机将继续有所发展,但在农用动力机械中所占比例将受到柴油与汽油生产的制约。为节约能源,提高功率,将有更多的柴油机采用增压装置。利用各种再生能源(如沼气、煤气、酒精等)和固体燃料的发动机,将得到不同程度的重新使用和发展。既能用石油燃料,又能以气体燃料为主而用石油燃料引燃的双燃料发动机,如煤气-柴油机、沼气-柴油机、天然气-柴油机等的研究与使用将受到重视。

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  20世纪20~40年代,中国曾引进和小批量生产小型内燃机,供农田排灌和碾米、磨面、轧花等农产品加工工业使用。50年代起逐步建立了内燃机、拖拉机和电机工业,农用动力机械得到迅速发展。还曾一度发展由小型蒸汽机和锅炉组成的锅驼机和煤气机,由于机体笨重、热效率低、使用维修不方便等原因,60年代后已不再生产。

  为农业生产、农副产品加工、农田建设、农业运输和各种农业设施提供原动力的机械。常用的有各种内燃机柴油机汽油机、煤气机等)、拖拉机、电动机水轮机风力机等。在农业中用机电动力代替人力和畜力,可提高劳动生产率、减轻劳动强度、增强抗御自然灾害能力、及时地完成各项农事作业,对产量的提高具有显著作用。

  概况中国早在3世纪,就有了原始的水轮机,利用水力提水或砻谷。1830年前后,法国制成了水轮机。风力机最早见于9世纪时阿拉伯人的著作,11世纪在中东地区得到广泛应用,13世纪传入欧洲。中国于12世纪的宋代开始使用风力机。19世纪50年代,北美开始用蒸汽机驱动固定式农业作业机械,如饲料粉碎机轧花机等,以后演变成自走式蒸汽机,可在各农场之间流动使用,主要用以驱动固定式谷物脱粒机,用于牵引田间作业机械则并不成功,只在20世纪初的很短时间内,曾在北美部分地区用以牵引10~18铧的大型犁,在英国和中欧把蒸汽机作为绳索牵引犁的动力。20世纪初,出现了装备内燃机的拖拉机,并于20年代起大量推广使用,成为主要的农用动力机械。

  汽油机四冲程汽油机的四个冲程与四冲程柴油机相同,但在进气冲程进入气缸的是雾化后的汽油同空气的混合气。压缩冲程终了时,火花塞发出电火花,点燃混合气。二冲程汽油机(图 2)的气缸上设有进气口、排气口和换气口,曲轴每转一转完成一个工作循环,活塞往复共两个冲程。在第一冲程,活塞从下止点向上止点移动,先将进气口关闭,再将换气口和排气口关闭,然后压缩混合气。活塞到上止点附近时进气口开启,混合气进入曲轴箱,随后火花塞发出火花,点燃后的混合气产生高压,推动活塞向下止点移动,开始第二个冲程。这时进气口关闭,曲轴箱内混合气被压缩,随后打开排气口,排除废气后,又打开换气口,让曲轴箱内被压缩的混合气冲入气缸,开始下一个循环。 汽油机属点燃式,是由蓄电池或直流发电机通过点火线圈使火花塞产生电火花点火,其结构轻巧,工作平稳,制造较易,起动容易,在农业生产中多用作田间作业的小型动力。

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