轴流脱粒、分离机理及仿真研究的发展探讨

脱粒装置是谷物收获机械的重要工作部件,它直接决定了整机的工作性能.目前,国内外谷物脱粒与分离装置的研究趋势是采用轴流脱粒装置.为此,研究了轴流脱粒与分离装置的类型;介绍了轴流脱粒分离的特点,分析了国内外脱粒与分离机理的仿真研究现状,并对轴流脱粒与分离机理的仿真研究方向做了展望.     

轴流式脱粒分离装置的应用

传统的全喂入联合收割机中的谷粒与茎秆是通过两个部分进行分离的:一是在脱粒装置中,80%95%的谷物通过凹板筛;二是5%～20%的谷粒混在秸秆中,通过逐稿器进行分离。但是传统的键式逐稿器的面积很少超过8m2,对于20t/h的生产率更是无能为力。近年来,采用新的分离清选机构的轴流型谷物联合收割机不断进入市场。轴流型谷物联合收割机的割台和传统型谷物联合收割机完全相同,但在脱粒机构的构造上有很大差异。轴流型的轴流滚筒式脱粒分离装置,可以完成脱粒和全部分离工作,从而简化了脱粒机体的结构轴流滚筒脱粒分离装置,按作物喂入方式不同而不同,在…     

轴流脱粒与分离装置试验台的设计

为了促进科研单位与生产用户对轴流收获技术的了解与应用，结合国内外同类技术研究经验，研制了轴流脱粒与分离装置试验台。该试验台可进行多种脱粒形式的试验与研究。     

轴流脱粒与分离装置脱粒过程的高速摄像分析

以螺旋叶片、板齿组合式轴流脱粒与分离装置为研究对象,借助高速摄像技术对稻谷的脱粒过程和脱粒后籽粒的运动方式进行了观察,通过观察分析可知,籽粒在脱粒部件梳刷、冲击、碰撞及物料之间相互搓擦的作用下,从枝梗上分离下来,期间稻穗呈环扣状,籽粒以环扣为中心向四周散射.稻谷进入脱粒空间后迅速形成薄层.并在脱粒部件和导向叶片的联合作用下,旋转向前涌动.当稻谷层受到冲击和梳刷作用时,瞬间被压缩,随之被抛离,呈蓬松状态,使被脱下的籽粒有机会穿过蓬松茎秆层分离出去.     

小型立式轴流脱粒装置试验台的设计

为减小现有联合收割机整机的尺寸,增加现有联合收割机在丘陵地区通过的灵活性,提出了将市场上普遍使用的横置式脱粒滚筒改为立式轴流脱粒装置的方案。同时,设计了一种小型立式轴流脱粒装置的试验台,可清晰地记录整个试验过程中主要工作部件的转速、扭矩、功耗和物料的喂入速度,以及在不同工况下脱粒装置的工作性能。当立式轴流脱粒滚筒的长度达到900mm时,整个脱粒装置的脱粒总损失率、含杂率及断穗籽粒率分别为1.43%、31.87%和1.06%。     

轴流脱粒与分离装置的试验研究

针对轴流收获技术的现状，在充分吸收国内外同类技术研究经验的基础上，自行研制了能够进行多种形式轴流脱粒与分离的试验台，并配套了计算机采集与控制系统。研制试验台的目的，就是对轴流脱粒与分离技术进行理论和试验研究，分析各结构参数与工艺参数对脱粒与分离性能的影响，使轴流收获技术能更好地运用于实践中。     

立置轴流滚筒的理论研究（上）：力学—数学模型和计算机数值模拟模型

为适应割前脱粒水稻收获机上处理脱出物的需要,本文提出了一种新型叶片式立置轴流分离复脱清选三合一装置;并对质点在滚筒内与叶片的碰撞过程进行了动力学分析,导出了质点沿倾斜安装的分离叶片表面滑动和飞离叶片运动过程的微分方程;在此基础上,建立了可描述质点在滚筒内运动全过程的电子计算机数值模拟模型,最后给出了保持质点稳定运动的必要条件。     

轴流脱分装置脱出物下落过程的高速摄像分析

以螺旋叶片板齿组合式轴流脱粒与分离装置为研究对象,借助高速摄像技术,对稻谷脱下物的下落过程和脱出物中籽粒与轻杂物的运动方式进行了观察.通过对图片的观察分析表明,脱出物从凹板排出后做加速向下的抛物线运动.其中,籽粒的运动规律较好,多数籽粒的运动轨迹是抛物线,并作加速运动;轻杂物的运动不稳定,受气流等外界条件影响较大,多数轻杂物运动轨迹是不规则曲线,运动中速度波动较大.     

轴流脱粒装置湿脱缠堵的机理和实验研究

本文介绍了轴流脱粒装置湿脱缠堵的特点,对辫子的形成和增粗扭紧过程进行了力学分析和实验验证、提出了减少湿脱缠堵现象的方法。     

螺旋叶片带板齿式轴流脱粒与分离装置试验台功耗的试验研究

利用自行研制的螺旋叶片带板齿式轴流脱粒与分离装置试验台，以喂入量、滚筒线速度和导板导角作为试验因素。采用正交旋转组合设计的试验方法，对水稻脱粒与分离过程中的功耗进行了研究，得到以下结论：随着喂入量的增加，功耗增大；当滚筒线速度过大或过小，功耗均增大；功耗随着导板导角的增大而减少。     

联合收获机纵向轴流脱粒谷物运动仿真与试验

纵向轴流联合收获机因其在脱净率、破碎率、分离率等方面的优势近年来得到大力推广。以纵向轴流滚筒为研究对象,在合理假设的基础上,对谷物运动受力状态加以分析,根据给出的谷物喂入段、脱离分离盖板侧及凹板侧各段的运动状态非线性微分方程,采用高阶龙格-库塔数值方法,开发出谷物脱粒过程运动状态分析软件,对谷物运动状态进行数值仿真。对比高速摄像试验分析结果,验证了数值仿真结果的有效性,为纵向轴流滚筒的设计提供了依据。     

4LQZ-6型切纵流联合收获机

提出了4LQZ-6型切纵流联合收获机的收获工艺和总体结构,论述了切流脱粒分离装置、强制喂入装置、纵轴流脱粒分离装置和风筛式清选装置等主要工作部件的结构与设计参数。田间性能测试表明：该机收获产量6605 kg/hm2小麦时总损失率为0.2%,破碎率和含杂率均为0.1%,机具生产率为1.47 hm2/h;收获产量8021 kg/hm2水稻时总损失率为1.7%,破碎率和含杂率分别为0.9%和0.8%,机具生产率为2.27 hm2/h,各项技术指标达到了设计要求。     

纵轴流脱粒分离装置脱出物的径向分布规律

为了研究联合收获机上纵轴流脱粒分离装置脱出物的径向分布规律,在自行研制的切纵轴流脱粒分离清选试验台上,分别采用梯形板齿和钉齿纵轴流脱粒滚筒进行水稻试验研究,分析得出了纵轴流脱粒分离装置脱出物的径向分布规律。通过对比可知,纵轴流滚筒采用钉齿时脱出物径向分布更均匀,在相同喂入量的前提下有利于清选。该规律为纵轴流脱粒分离清选装置的设计提供依据。     

谷子谷穗建模与仿真试验研究

谷子脱粒分离过程中籽粒运动与分布趋势直接影响清选负荷与质量,而脱粒分离过程观测与研究难度较大。为此,以龙谷31号谷子为研究对象,根据其谷穗结构、分枝情况,利用EDEM软件黏结模型建立了谷穗虚拟模型进行离散元仿真分析,并进行了仿真与台架的对比试验验证模型的准确性。试验结果表明:轴向脱出物籽粒分布符合BiDoseResp函数分布,周向脱出物籽粒分布符合GaussAmp函数分布,并分别求出轴向与周向对比试验拟合曲线方程,绘制拟合曲线,拟合结果均收敛。分别对两对拟合曲线进行差异性检验,结果表明:轴向与周向脱出物籽粒分布,仿真试验结果与台架试验结果差异性不显著,证明采用离散单元法分析谷子脱粒分离过程,其籽粒运动与分布规律与实际情况一致度较高,谷子脱粒分离过程可利用离散单元法进行深入研究与分析。     

草谷比对多滚筒脱粒分离装置性能影响的试验研究

为研究不同草谷比的水稻对多滚筒联合收获机脱粒分离装置的功耗、脱粒损失率及杂余含量的影响,在多滚筒脱粒分离装置试验台上采用切轴流滚筒与双横轴流滚筒组合式3滚筒脱粒分离装置（简称切轴轴3滚筒脱粒分离装置）,在相同结构参数和工作参数下对喂入不同草谷比的水稻（即不同茎秆长度的水稻）进行脱粒分离性能对比试验。试验结果表明：喂入茎秆长度越短的水稻（即草谷比越小）。脱粒滚筒功耗和脱出物杂余含量越低,但脱粒损失率越高,在保证脱粒损失率≤0．6％并尽可能降低多滚筒脱粒分离装置功耗和杂余含量的情况下选取最佳喂入水稻长度为675mm,当喂入量为4．5kg／s且喂入水稻长度为675mm时．切轴轴3滚筒脱粒分离装置的总功耗为22．47kW,脱粒损失率为0．587％,脱出物杂余含量为6．92％。     

横轴流双滚筒脱粒分离装置设计与试验

详细论述了一种横轴流双滚筒脱粒分离装置的总体结构、脱粒滚筒与凹板的设计方案,脱粒滚筒采用短纹杆-板齿结构,分离滚筒采用带螺旋叶片钉齿滚筒结构.室内台架试验表明,该装置可适合较大喂入量、难脱水稻脱粒分离,具有脱净率高、夹带损失率小、脱出物中含杂率小且分布均匀等特点.田间性能测试表明:当收获单产11 625 kg/hm~2的梗稻,喂入量为4.32 kg/s时,该机总损失率为1.94%、脱粒损失率0.89%、破碎率0.84%、含杂率0.20%.各项技术指标均达到了设计要求.     

钉齿式轴流装置脱粒过程高速摄像分析

以自行研制的钉齿式轴流脱粒与分离装置为研究对象,借助高速摄像设备对脱分空间内稻谷的整体运动过程、断穗的运动和脱粒过程以及自由籽粒的运动过程进行了在线拍摄。通过高速摄像图像慢放分析得出：稻谷进入脱分空间后,错综复杂地交织在一起,在旋转钉齿和导向板的共同作用下,稻谷流沿滚筒轴向螺旋向前涌动。脱分空间内断穗的运动轨迹是抛物线,其运动不平稳,速度容易出现波动。单个自由籽粒在无外界干扰时近似作匀速直线运动,运动方向与滚筒轴线方向呈一定夹角。     

MATLAB在脱粒装置试验数据分析中的应用

如何对脱粒分离装置试验数据进行分析,得出准确与有效的结论,是研究脱粒分离装置的重点.选用MATLAB软件对试验结果进行数据分析是一个全新的思路,可利用其非常强大的绘图功能完成图形的绘制,既提高了工作效率,又提高了工作质量.为此,以油菜联合收割机脱粒分离装置试验数据为例,利用MATLAB进行统计分析、插值、最优设计及绘制图形,非常方便地建立脱粒滚筒功耗数学模型,同时得到脱粒滚筒功率消耗最小的最佳工作参数组合.