一种农用清选风机性能试验台架及其试验方法

1.本发明涉及农用清选风机性能检测领域，特别涉及一种农用清选风机性能试验台架及其试验方法。


背景技术：

2.清选风机作为联合收获机清选系统的重要组成部分，对降低谷物损失率及含杂率有重要作用。当今谷物联合收获机不断向大型、多用途等方向发展，这对清选系统中风机的性能提出了更高的要求，当今清选风机领域缺少完备的性能试验平台与测试方法，导致风机制造技术发展缓慢，严重制约收获机械的效率和功能。为了保障和提高清选风机的性能，清选风机性能试验技术和方法有待深入研究。
3.现有技术公开了风机性能测量系统包括风压检测装置和风阻调节装置，风压检测装置用于检测风道内静压力；风阻调节用于调节风道内风阻，风压检测装置及风阻调节装置与控制装置连接，控制装置按测试所需的转速等级逐级调节风机的转速，控制装置记录检测数据并生成不同风机转速下的性能曲线，实现了测试数据的自动采集和记录，提升了测试效率和精度。但该装置风机安装面板无法适应不同尺寸型号风机，此外仅测试风道内风压进行曲线绘制，缺少风速、效率及功率等参数，不能完全反映被测风机性能，具有一定的局限性。
4.现有技术公开了用于测试风机性能的试验装置包括测试箱和试验箱，测试箱内部设有风机，风机与变频器连接，测试箱外端设有风机安装面板，用于安装风机，安装面板设有进风口，进风口与风机口位置对正，通过风管将风机出风引入实验箱，实验箱内设有流量传感器和压力传感器，提高了风机性能测试的精确度。但该装置中风管与实验箱并非等截面结构，空气流动均匀性不好，取样点可能存在截面变化而产生的湍流现象，对数据采集产生影响。
5.现有技术公开了一种多功能风机性能检测装置，主要由测量口、前风洞、后风洞、支撑架以及橡胶塞组成，测量口、前风洞、后风洞依次相连并与由支撑架支撑，橡胶塞安装于前后风洞对应孔中。采用可拆卸测量口，可实现多种型号风机实验分析。该装置具有成本低、应用对象广、重构性好、综合性强等特点。但该装置可测量的气流参数较少，反映气流状态的参数过少不便于后续性能分析。
6.现有技术公开了一种组合式风机性能测试装置，包括共用段、过渡段和出风端，共用段包括进风段、整流栅、斜锥段和直筒段；过渡段包括斜锥段和直筒段，斜锥段与直筒段；出风段的端部设有用于与风机出风口连接的接口；共用段为测试多种型号风机所共用的分段，过渡段与共用段可拆卸连接，过渡段和出风段可根据风机型号不同而进行更换，以实现同一测试装置，测试不同型号的风机性能，节约了风机性能测试费用。但该装置分段过多，测试风道直径变化频繁，易出现湍流，影响测量准确性。
7.现有技术公开了一种风机性能测试装置，包括测试装置和数据处理装置，测试装置包括温度测试装置、压力测试装置以及湿度测试装置，数据处理装置包括存储模块，析模
块以及计算模块，该发明通过数据处理装置能够排除干扰数值，使风机性能测试结果更准确。但该发明主要考虑发电厂等环境下的通风性能，故检测的参数多与工作环境有关，较少关注气流本身参数。


技术实现要素：

8.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种农用清选风机性能试验台架，将待测清选风机安装于通用试验台，出风口与试验风洞连接，调速装置根据试验需要调整风机转速范围，机架检测机构测量清选风机轴端转速及扭矩，试验风洞中检测机构测量风机产生气流的风速信号及风压信号，数采系统将采集的风速信号、风压信号及扭矩信号换算为风机性能参数并绘制性能曲线，通过性能曲线反映清选风机性能优劣。
9.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
10.一种农用清选风机性能试验台架，包括试验台、试验风洞、检测机构和数采系统；
11.所述试验台上安装清选风机，所述清选风机与试验台之间设有滑轨，用于使清选风机平移；所述试验风洞与清选风机的出风口连接；所述检测机构包括至少二类传感器，第一类传感器安装在试验风洞上，用于检测试验风洞内的风速信号和风压信号；第二类传感器用于检测清选风机的中心轴的转速信号和扭矩信号；所述数采系统与检测机构连接，所述数采系统将风速信号和风压信号换算为性能参数，绘制性能曲线，用于评估风机性能。
12.进一步，所述试验风洞包括连接段、稳流段、衰减段和整流栅；所述连接段的进风口与出风口连通，所述整流栅安装于连接段与稳流段之间；所述稳流段的出风口与衰减段的进风口连通。
13.进一步，所述连接段呈弧形；所述稳流段为直筒状；所述衰减段为向外开口喇叭状；所述整流栅为蜂窝状结构。
14.进一步，所述检测系统包括第一毕托管、第二毕托管、第一风速传感器、第二风速传感器、示踪杆、扭矩传感器和转速传感器；所述第一毕托管和第一风速传感器分别安装在所述稳流段上，且第一毕托管和第一风速传感器纵向交错等距分布；所述衰减段上表面两条对角线各等距开设若干测量孔，第一对角线安装第二毕托管，第二对角线安装第二风速传感器；所述两条对角线交点处安装示踪杆。所述扭矩传感器用于检测清选风机的中心轴的扭矩；所述转速传感器用于检测清选风机的输出轴的转速。
15.进一步，所述试验台包括机架、动力驱动机构和调速柜；所述机架上通过滑轨安装清选风机；所述动力驱动机构安装机架上，用于驱动清选风机；所述调速柜位于机架底部，所述调速柜分别与清选风机和动力驱动机构连接，用于调节清选风机的转速。
16.一种的农用清选风机性能试验台架的试验方法，包括如下步骤：
17.清选风机参数测量：通过所述扭矩传感器测量清选风机的输入轴扭矩，通过所述转速传感器测量输入轴实际转速；
18.试验风洞气流参数测量：通过所述第一毕托管和第二毕托管测量风压；通过所述第一风速传感器和第二风速传感器测量风速；
19.性能判定：通过所述数采系统分析处理传感器数据判定风机性能。
20.进一步，通过在稳流段上等距安装的第一毕托管和第一风速传感器，得到气流稳定状态下风压风速，计算风机效率；
21.通过在衰减段上表面对角线上等距安装第二毕托管和第二风速传感器，得到气流衰减状态下的风压风速，计算风压和风速衰减速率；
22.通过在风洞衰减段上表面安装示踪杆，得到垂直方向的气流衰减率；
23.通过调节转速获得不同转速下风机效率、风压风速衰减速率和垂直方向的气流衰减率的数值作为性能指标，绘制性能指标与不同等级转速的关系曲线作为性能曲线，通过性能曲线判断风机性能。
24.进一步，根据稳流段第一风速传感器采集的风速v确定风量q，结合第一毕托管采集的稳流段内全压p，得出有效功率p
有效
；根据扭矩传感器测量清选风机的输入轴扭矩，得出轴功率p
轴
，根据有效功率p
有效
与轴功率p
轴
之比得到风机效率。
25.进一步，根据衰减段对角线上等距安装的若干第二风速传感器测量衰减段内风速信号，计算出风速衰减速率为：
26.其中：n为第二风速传感器数量，v1为靠近衰减段进风口的第一个第二风速传感器测量值；vi为靠近衰减段进风口的第i个第二风速传感器测量值，i∈(1,n)；l为相邻第二风速传感器之间的距离；
27.根据衰减段对角线上等距安装的若干第二毕托管测量衰减段内风压信号，计算出风压衰减速率为：
28.其中：m为第二毕托管数量，p1为靠近衰减段进风口的第一个第二毕托管测量值；pj为靠近衰减段进风口的第j个第二毕托管(8-2)测量值，j∈(1,m)；l’为相邻第二毕托管(8-2)之间的距离。
29.进一步，所述示踪杆上等距均布5个示踪条，根据示踪杆上不同示踪条偏转角度c，计算出垂直方向的气流衰减率为：其中：示踪杆上由上到下依次均布第一示踪条、第二示踪条、第三示踪条、第四示踪条和第五示踪条，c1为第一示踪条测量值的偏转角度；c2为第二示踪条测量值的偏转角度；c3为第三示踪条测量值的偏转角度；c4为第四示踪条测量值的偏转角度；c5为第五示踪条测量值的偏转角度；d为相邻示踪条之间的距离。
30.本发明的有益效果在于：
31.1.本发明所述的农用清选风机性能试验台架，通过调节通用试验台上下滑轨，实现了可适应搭载多型清选风机进行性能试验的目的。
32.2.本发明所述的农用清选风机性能试验台架，根据不同清选风机出风口形状选择对应的试验风洞开展试验，实现了试验台架多用途的目的。
33.3.本发明所述的农用清选风机性能试验方法，运用多种多个传感器结合的方式对风机的质量进行检测，能保证检测结果的准确性。
34.4.本发明所述的农用清选风机性能试验方法，拟合多种清选风机气流测量参数，提高了清选风机性能测试的可靠性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明所述的清选风机性能试验台架整体结构示意图。
37.图2为本发明所述的试验台机架结构示意图。
38.图3为本发明所述的清选风机安装示意图。
39.图4为本发明所述的扭矩与转速传感器安装位置示意图。
40.图5为本发明所述的试验风洞结构剖视图。
41.图6为本发明所述的毕托管及风速传感器安装上视图。
42.图7为本发明所述的整流栅示意图。
43.图8为本发明所述清选风机性能试验方法连接框图。
44.图9为本发明所述清选风机性能试验方法试验流程图。
45.图中：
46.1-计算机；2-转速传感器；3-1-第一安装座；3-2-第二安装座；4-扭矩传感器；5-清选风机；5-1-出风口；6-试验风洞；7-1-第一风速传感器；7-2-第二风速传感器；8-1-第一毕托管；8-2-第二毕托管；9-数据采集卡；10-示踪杆；12-滑轨；13-变频调速柜；14-交流变频电机；15-机架；16-万向轮；17-风机中心轴；18-从动带轮；19-皮带；20-主动带轮；21-轴承座；22-安装板。
具体实施方式
47.下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
48.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
50.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
51.如图1、图3、图5所示，本发明所述的农用清选风机性能试验台架，包括试验台、试验风洞6、检测机构和数采系统；所述试验台上安装清选风机5，所述清选风机5与试验台之间设有滑轨12，用于使清选风机5平移；所述试验台根据各型清选风机和试验风洞6尺寸调节安装导轨12，用于安装多型清选风机进行比对试验；所述试验风洞6与清选风机5的出风口5-1连接；所述检测机构包括至少二类传感器7，第一类传感器安装在试验风洞6上，用于检测试验风洞6内的风速信号和风压信号；第二类传感器用于检测清选风机5的中心轴的转速信号和扭矩信号；所述数采系统与检测机构连接，所述数采系统将风速信号和风压信号换算为性能参数，绘制性能曲线，用于评估风机性能。
52.如图1、图2所示，所述试验台包括机架15、清选风机5、动力驱动机构和调速柜13，所述机架15为横梁、滑轨12和万向轮16组成的框架。如图1、图5所示，所述机架15上通过滑轨12安装清选风机5；清选风机5的风机中心轴17支撑在轴承座21上。所述动力驱动机构包括皮带19、电机14和主动带轮20；所述动力驱动机构的电机14通过安装板22固定在机架底部，可根据风机尺寸变化调整位置，保持电机14输出轴端主动带轮20与风机轴端从动带轮18在同一平面，电机输出轴的主动带轮20与叶片中心轴上的从动带轮18通过皮带19连接，所述调速柜13设于机架底部，调速柜13内有电源开关和风机转速调节开关，所述调速柜13分别与清选风机5和动力驱动机构连接，用于根据试验需求调节风机理论转速。
53.如图5、图6、图7所示，所述试验风洞6包括根据流向依次包括连接段6-1、稳流段6-2和衰减段6-3，用于收束清选风机出口5-1气流并由检测机构测量分析。所述试验风洞连接段6-1进风口与风机出风口5-1连接，呈弧形，可根据风机出风口尺寸选择合适尺寸的连接段，用于收束气流并通入稳流段进行气流检测；所述稳流段6-2与连接段6-1相连，稳流段6-2为直筒状，用于稳定气流，上表面等距开设4个测量孔，用于安装2个第一毕托管8-1测量风压和2个第一风速传感器7-1测量风速；所述试验风洞衰减段6-3与稳流段6-2相连，为向外开口喇叭状，侧壁为有机玻璃板，用于发散风洞内气流，上表面2条对角线各等距开设4个测量孔，分别用于安装4个第二毕托管8-2、4个第二风速传感器7-2，对角线中间位置开设测量孔用于安装示踪杆10，进行风速风压衰减情况分析；所述整流栅6-4安装于连接段与稳流段连接处，布满蜂窝状开孔，用于将进气口处较大的气团打散，形成均匀分布的小型气团，减小湍流度，使稳流段的风场均匀稳定。
54.如图所示6，所述检测系统包括第一毕托管8-1、第二毕托管8-2、第一风速传感器7-1、第二风速传感器7-2、示踪杆10、扭矩传感器4和转速传感器；所述第一毕托管8-1和第一风速传感器7-1分别安装在所述稳流段6-2上，且第一毕托管8-1和第一风速传感器7-1纵向交错等距分布；所述衰减段6-3上表面两条对角线各等距开设4个测量孔，第一对角线安装4个第二毕托管8-2，第二对角线安装4个第二风速传感器7-2；所述两条对角线交点处安装示踪杆10。所述扭矩传感器4通过第二安装座3-2安装在机架上，用于检测清选风机5的中心轴的扭矩；所述转速传感器2通过第一安装座3-1安装在机架上，用于检测清选风机5的输出轴的转速。
55.所述数采系统包括信号采集模块、信号处理模块和判断模块，所述信号采集模块与检测机构连接，用于接收检测机构的信号；所述信号处理模块与信号采集模块连接，用于对信号采集模块接收的风压信号、风速信号和扭矩信号进行处理，通过公式换算为全压、风
量及效率，将全压、风量及效率通过函数合并为性能指标并绘制与不同等级转速的关系曲线；判断模块，所述判断模块与信号处理模块和信号采集模块连接，用于比较分析性能指标与不同等级转速的关系曲线即性能曲线，通过距离出风口不同距离的风速传感器采集的风速信号比较分析风速风压衰减情况，通过以上手段评判风机的性能优劣。
56.如图8和图9所示，本发明所述的农用清选风机性能试验台架的试验方法，包括如下步骤：
57.清选风机5参数测量：通过所述扭矩传感器4测量清选风机5的输入轴17扭矩，通过所述转速传感器2测量输入轴17实际转速；
58.试验风洞6气流参数测量：通过所述第一毕托管8-1和第二毕托管8-2测量风压；通过所述第一风速传感器7-1和第二风速传感器7-2测量风速；
59.通过在稳流段6-2上等距安装的第一毕托管8-1和第一风速传感器7-1，得到气流稳定状态下风压风速，计算风机效率，具体为：根据稳流段6-2第一风速传感器7-1采集的风速v确定风量q，结合第一毕托管8-1采集的稳流段6-2内全压p，得出有效功率p
有效
；根据扭矩传感器4测量清选风机5的输入轴17扭矩，得出轴功率p
轴
，根据有效功率p
有效
与轴功率p
轴
之比得到效率。
60.通过在衰减段6-3上表面对角线上等距安装第二毕托管8-2和第二风速传感器7-2，得到气流衰减状态下的风压风速，计算风压和风速衰减速率；具体为：根据衰减段6-3对角线上等距安装的若干第二风速传感器7-2测量衰减段内风速信号，计算出风速衰减速率为：
61.其中：v1为靠近衰减段6-3进风口的第一个第二风速传感器7-2测量值；v2为靠近衰减段6-3进风口的第二个第二风速传感器7-2测量值；v3为靠近衰减段6-3进风口的第三个第二风速传感器7-2测量值；4为靠近衰减段6-3进风口的第四个第二风速传感器7-2测量值；l为相邻第二风速传感器7-2之间的距离；
62.根据衰减段6-3对角线上等距安装的若干第二毕托管8-2测量衰减段内风压信号，计算出风压衰减速率为：
63.其中：p1为靠近衰减段6-3进风口的第一个第二毕托管8-2测量值；p2为靠近衰减段6-3进风口的第二个第二毕托管8-2测量值；p3为靠近衰减段6-3进风口的第三个第二毕托管8-2测量值；p4为靠近衰减段6-3进风口的第四个第二毕托管8-2测量值；p5为靠近衰减段6-3进风口的第五个第二毕托管8-2测量值；l’为相邻第二毕托管8-2之间的距离。
64.通过在风洞衰减段6-3上表面安装示踪杆10，得到垂直方向的气流衰减率，具体为：所述示踪杆10上等距均布5个示踪条，根据示踪杆10上不同示踪条偏转角度c，计算出垂直方向的气流衰减率为：其中：示踪杆10上由上到下依次均布第一示踪条、第二示踪条、第三示踪条、第四示踪条和第五示踪条，c1为第一示踪条测量值的偏转角度；c2为第二示踪条测量值的偏转角度；c3为第三示踪条测量值的偏转角度；c4为第四示踪条测量值的偏转角度；c5为第五示踪条测量值的偏转角度；d
为相邻示踪条之间的距离。
65.通过调节转速获得不同转速下风机效率、风压风速衰减速率和垂直方向的气流衰减率的数值作为性能指标，绘制性能指标与不同等级转速的关系曲线作为性能曲线，通过性能曲线判断风机性能。
66.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
67.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。