科创中国

农、林、牧、渔业

　　1、成果创新点概述：目前人类应用的一切风动力机构，都是在一元流体力学理论指导下设计出来的。而我们在研制风动力采棉的实践中，却发现并证实了二元流体力学的正负压综合运用，在不增加能耗的情况下，完全可以创造出双倍的风量、风压和风能。这就彻底解决了风动力采棉的力学问题。 　　2、创新点简要说明：用风动力采棉，人类历史上没有成功范例。原因就是人们只用了一元流体力学的力量。象铁扇风洞采棉机这样把风扇两边的正负压进行综合运用，国际国内没有先例。实属人类最新发明，处于绝对国际领先地位。 　　3、风动力彩棉有四大优势：（1）、吸采，杜绝了落地棉。（2）、正负压拉锯采，杜绝了挂枝棉。（3）、棉花在风中运行，不会损伤纤维。（4）、输送中还可以扬去部分杂质。 　　4、先进性：与国内、外同类产品比较说明：（1）、工艺简单，制作方便，比美国凯斯采棉机简单100倍。（2）、风动力可控，可以通过加大油门迅速调高风压、风速、风量，以达到适合采棉的风能标准。（3）、不伤棉纤维，不降低棉花等级。 　　5、市场：新疆植棉每年1500余万亩，需要从内地招收30-40万人进疆采花。采花市场数十亿/年。已经成为植棉业发展的瓶颈。风动力采棉能保质保量，是未来机采棉的方向。 　　6、功效：农田机具，成本特低，利用现成拖拉机后输出轴为动力，拖挂采棉。全自动采棉。日采棉15亩以上。折合人工采棉60--70人。日创收折合人民币6-7千元。 铁扇风洞采棉机（专利说明书） 技术领域： “铁扇风洞采棉机”的发明主件是“铁扇风洞机构”。这是一个全新理念的创新设计。 背景技术： 用风动力采棉，是人类的一个梦。上世纪五、六十年代，前苏联农业部和中国的多所农业大学都做过这方面的研制，给我们留下了一些资料。但由于没有研究出适合采棉的风动机构，中外研制都没有成功。而在民间，研究气吸采棉的个体或群体，至今灿若晨星，余光不灭。 我认为用空气动力采棉是确实可行的，关键是要设计出适合采棉的风动机构。 我们知道：目前人类所拥有的风动机构只有两种形式：一种是利用风扇造风的风动机构叫风机（如农用风机；高压风机；涡轮扇风机等）；另一种是利用活塞造风的风动机构叫风箱（它包括原始的气囊；古代的风箱、现代的汽缸、气筒和气磅等）。它们种类繁多，但都无法胜任采棉。究其原因，是因为它们有一个共同的缺点。这个缺点是：它们只利用正压或负压“一元流体动力”进行工作。它们面对的都是自然大气压淹没紊流的结局，所以，它们谁也没有制造出采棉所需的巨大风能。 用风动力采棉，面对的是开放的棉田。用正压采棉无法实施，用负压采棉，永远无法解决的困难是风力离开吸气管口就迅速衰减的问题。这个衰减造成的吸力不足是无法克服的。要想在采棉工作室内制造出强大的风动力，就得改变这种造风装置面对自然大气压的缺陷。为此，我利用现代“风洞理论”来指导研制。所以设计出了“铁扇风洞机构”，改变了一元流体面对自然大气压的现状。这是人类制造风能以做功的一次革命性突破。 发明内容： “铁扇风洞机构”是以风扇和活塞相组合而形成的一种微型风洞机构。它的正压风口永远面对负压吸口，它第一次摆脱了自然大气压地控制，创造出了正、负压合一的“二元湍流”，若不考虑自然大气压地参与，它的全压头应该是正、负压绝对值的二元之和。这就在采棉工作室处创造出了正、负压综合时爆发出的超高压风速。它彻底改变了原造风装置一元流体被淹没的缺陷，克服了负压气流的衰减和正压紊流的扩散。形成了正、负压合力采棉的新形式。这是人类发明的第三种造风机构，这对一元的风机和风箱来说，简直就是一个神话。 用“铁扇风洞机构”采棉，具有三大优势： 1、它以正、负压混合湍流为主动力，同时，调动四周空气介质气流为约束力，科学地解决了“采棉动力”和“输送约束力”两个关键的问题。杜绝了采摘出现的落地棉。 2、该湍流的运动方式是往复式的。这恰好克服了籽棉的挂枝问题。使风力采棉有了完善形式。 3、棉花在风中运动，既不伤害棉纤维，又可扬弃杂质，比滚筒、纺锭机械采棉要理想得多。 为此，我申报了发明专利。我想：“铁扇风洞采棉机”的推广和应用，一定会成为采棉机行业的换代产品。 附图说明： 附图1：是铁扇风洞采棉机的整体结构示意图。 附图2：是铁扇风洞机构的运行示意图。 附图3：是棉花采摘和输送的风动风门自动运做示意图。 具体实施方式： 一、“铁扇风洞机构”的运动原理。 1、在一个梯形锥体风箱（如图1）里，悬挂一面活塞风扇（1）。活塞四周用软料与箱壁中逢连接密封（2）。使风扇能够在箱内摆动。箱体下方是风扇两侧的风道（3）和（4），两个风道的中间为采棉工作室（5）。这个工作室两侧有一对相对的风口，为风流湍流拉锯处（6）（图上是外侧位置），是采棉动力处。 2、将风扇与动力轮（如图2•7）连接，在动力轮转动时带动风扇往返运动。风扇扇起的风就从正压风口吹出，被负压风口吸入。反之亦然。这样，风扇不断往返运动，两个风口之间的工作室内就出现了拉锯式正、负压空气湍流的运动。用风压计测试，该湍流全压头显示的是正、负压二元之和，比单一的正压或负压一元流提高了1倍。（有实验报告附后） 二、《铁扇风洞采棉机》的风门设置。 在“铁扇风洞机构”下方两侧的风道里，各有一个“换风装置”。每个装置两侧都有对称的风门（如图3•8和9）。风门向两侧开。在负压出现时两侧风门开起，棉花吸入箱内。在正压出现时，两侧风门关闭，棉花由风道两头的排气孔（10和11）吹出箱外送入棉仓。排气孔也由风门管理，正压时打开排花，负压时关闭。在“换风装置”的顶部，有铁丝网封顶，网下有斜吊软门（12）。该门负压时封闭；正压时打开，与排气孔共享正压力外泄。这些风门保证了采棉的吸入和排出的顺畅。 三、“铁扇风洞采棉机”各种数据的计算。 1、风速计算： 设箱内的空气净容积即风扇运动扇动的最大容积为0.75立方米，吸风口为0.06平方米，风口的风流长度是：0.75立方米÷0.06平方米=12.5米。 那么，动力轮一转拉动铁扇一个往返，即可扇动1.5立方米空气。两转扇动3立方米空气，3转扇动4.5立方米空气。 设动力轮每秒2转，其风口风速计算为：3立方米/秒÷0.06平方米=50米/秒。 设动力轮每秒3转，其风口风速计算为：4.5立方米/秒÷0.06平方米=75米/秒。 2、风压计算： 根据风速和风压的转换公式：风速=4.04 √H。（√=根号） 每秒2转时的风压计算为：（50米/秒÷4.04）²=153毫米水柱。 每秒3转时的风压计算为：（75米/秒÷4.04）²=345毫米水柱。 3、阻力计算： 设铁扇面积为2.5平方米，计算它在不同压力下所承受的运动阻力为： 在153毫米水柱压力下的运动阻力为：153公斤×2.5平方米=382.5公斤。 在345毫米水柱压力下的运动阻力为：345公斤×2.5平方米=826.5公斤。 4、动力拉动距离计算： 设动力凸轮半径为0.15米，其运动周长为：0.15米×2×3.14=0.942米。 那么，2转就是：0.942米×2=1.884米。三转就是：0.942米×3=2.826米。 5、功率计算： 2转时的功率计算：382.5公斤×1.884米/秒÷75公斤米=9.61马力。 3转时的功率计算：826.5公斤×2.826米/秒÷75公斤米=31.1马力。 6、采棉功效计算： 因为吸风口为0.06平方米，其宽度为0.2米。行车速度每秒按凸轮转数3计算： 0.2米×3转/秒=0.6米。一天采棉功效为：0.6米/秒×3600秒×8小时=17280米。 换算为亩：17280米×0.6米/行÷666平方米/亩=15.5亩。 （以上计算是借用“一元流体力学”理论进行的，若以二元流体理论推算，上面第5中的功率转换：“2转功率”即可创造超越“3转功率”的效应，这就彻底解决了原造风方式“能耗高，效率低”的缺陷，大大地节省了能源。） 非诚勿扰。