联合收获机多风道清选装置气流场分布与风机参数优化

针对现有联合收获机单风道清选室难以满足脱粒排出物对气流速度和方向的要求这一问题,采用Solid Works软件设计了多风道清选室的流道模型,运用ICEM软件对其划分网格,再利用CFD技术对网格模型进行内部气流场分布的数值模拟,并以离心风机的转速、叶轮的叶片数和风机出风口角度3个设计参数作为实验因素,对清选装置内部气流场分布进行三因素二水平正交仿真实验。通过对多风道清选室全压云图和速度矢量图的对比分析,确定风机叶片数为4、风机叶轮转速为1080r/min、风机出风口角度为25°时,清选装置有利于籽粒从脱出物中有效分离和籽粒的清选。     

二次响应曲面模型在清选气流场预测中的应用

离心风机的转速及其出风口角度是影响联合收割机筛面气流场分布的两个主要因素.通过DPS统计软件建立了联合收割机筛面气流场与离心风机转速及其出风口角度的二次响应曲面模型,对气流场分布进行了预测.通过对模型的检验,证明了建立的二次响应曲面模型的拟合度很好,模型是有效的.利用实验数据对模型进行了验证,证明了采用二次响应曲面模型预测联合收割机清选室气流场是可行的.     

双出风口四风道清选装置内部气流场仿真及试验

针对传统水稻联合收获机普遍采用的单出风口三风道清选装置在收获喂入量8.0~9.0kg/s时存在清选损失率显著提高、籽粒含杂率增加、效率降低等难题,首先运用CFD软件对课题组研发的双出风口四风道清选装置和传统单出风口三风道清选装置进行了内部气流场数值模拟及对比分析,得出双出风口四风道清选装置内部气流场分布对收获喂入量8.0~9.0kg/s工作环境具有更好的适应性。在已搭建的试验台上布置了42个气流速度测点对双出风口四风道清选装置进行多因素正交内部气流场测量试验,结果表明:双出风口四风道清选装置的鱼鳞筛开度为18mm、分风板倾角Ⅰ为28°、分风板倾角Ⅱ为20°时,振动筛上方前、中部整体气流速度达到最大且后部气流速度回升幅度最大,有利于提高清选性能和效率。     

FLUENT软件分析导流板在风机出风口风速分布中的作用

自走式果园喷雾机的风机出风口有一块导流板,导流板对于风机出风口气流风速的分布有着重要的影响.文章基于Fluent14.5软件,对于风机出风口风速的分布进行数值模拟,进而分析导流板的角度和长度在气流场中的具体影响作用.     

双出风口多风道离心风机内部流场数值模拟

针对现有全喂入式水稻联合收获机风筛式清选装置中单风道离心风机的缺点,运用Solidworks软件建立了双出风口多风道离心风机的流道模型,利用ICEM软件进行了网格划分,并用Fluent软件对双出风口多风道离心风机内部流场进行了三维数值模拟,确定了风机的结构尺寸。改进后风机内部流场仿真结果表明:双出风口多风道离心风机的上出风口和叶轮外边缘处气流速度较大,叶轮流道的压力沿径向逐步增大,下出风口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的气流速度逐步增大,风速衰减距离增加,有利于气流覆盖整个筛面;上出风口处横向气流基本成层状分布,下出风口的3个风道横向气流呈中间高两边低的对称分布,存在明显的边界效应。分析了风机转速、进风口直径和分风板角度的变化对风机内部流场分布、出风口风速、风量的影响:上出风口和下出风口Ⅱ和Ⅲ的风速、风量和压力最大值随风机转速的增加逐步增大;各出风口的风量及风速最大值随进风口直径减小(或增加)而减小(或增加),其中下出风口Ⅰ变化较明显;上、下分风板角度的改变使得下出风口的风速和风量发生了较大变化。     

圆锥形风机清选室气流场数值模拟与试验

针对横置轴流联合收获机圆柱形风机产生的气流场不能解决脱出混合物在振动筛筛面堆集的问题,设计了圆锥形风机,阐述了圆锥形风机利用横向风优化脱出物筛面分布来改善清选质量的工作原理。根据清选室实际结构和尺寸建立了三维模型,利用CFDesign软件对无物料状态下圆柱形风机与不同锥度圆锥形风机作用下清选室气流场进行了数值模拟。利用布点法对不同类型风机作用下清选室气流场风速进行了测量,并通过物料分布对比试验和田间试验,验证了圆锥形风机的工作性能。结果表明:圆锥形风机作用下,清选室内产生明显的沿振动筛筛宽方向指向排草口一侧的横向风,当圆锥形风机锥度为3. 5°时,清选室气流场风速分布情况较为理想,在振动筛入口一角(下落物料最多的部位)产生的横向风速达到2. 68 m/s;与圆柱形风机相比,圆锥形风机作用下脱出物堆集中心点部位物料质量减少27. 66%,主下落区脱出物质量占脱出物总质量的比值降低10. 53个百分点,可使脱出混合物在筛分前得到预均布处理。圆锥形风机作用下,联合收获机损失率、含杂率和破碎率明显优于行业标准规定值,且与圆柱形风机相比,含杂率指标得到显著改善。     

基于神经网络的风筛式清选装置研究

在自行研制的清选试验台上进行了气流场测定试验和水稻清选试验。利用神经网络技术,对风筛式清选气流场进行了研究,建立了2个风力因素（离心风机转速和出风角度）与清选气流场分布之间、清选气流场的分布与清选效果之间以及2个风力因素与清选效果之间3个BP神经网络模型。用试验数据进行了预测检验,预测结果证明了网络模型的有效性。     

纵轴流清选装置混合流场数值模拟与优化试验

清选装置性能决定着收获机的作业性能,为了克服纵轴流全喂入风筛式清选装置单风道离心风机气流场不均匀的缺点,对风机、脱粒滚筒产生的混合流场进行三维数值模拟,提出纵轴流全喂入双风道六出风口风机的改进结构,并分析结构改进后振动筛面的气流速度对全流域气流分配的影响。同时,对改进后清选装置进行风机转速、风机入射倾角、鱼鳞筛夹角3因素正交优化,分析了各因素对气流场的影响规律,得到最优参数组合:当风机入射倾角30°、鱼鳞筛夹角40°、风机转速1 900 r/min时,更利于高负荷高效率清选。最后,通过田间试验验证了双风道结构和优化试验的准确性,水稻籽粒损失率0.91%,含杂率0.87%,小麦籽粒损失率0.82%,含杂率0.76%。     

基于FLUENT的花生收获机清选气流场模拟与分析

对摘得的花生荚果进行清选是花生收获机的主要功能之一。为了研究清选过程中流场的影响和规律,运用Fluent中的DPM模型对花生清选室气流场进行了数值模拟,针对显著影响气流场分布的主要参数按三因素三水平安排试验,得出了不同参数组合下气流场的分布规律和花生物料群迹线图,为花生收获机清选装置的设计提供参考。     

基于气固耦合的气筛式马铃薯清选装置参数优化与试验

针对马铃薯联合收获后含杂率高、后续二次清选伤薯破皮严重等问题,对气筛式马铃薯清选装置进行了优化设计,在低损伤的同时保持一定的清选除杂功能,在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响除杂率和薯块损伤的主要因素,通过EDEM-Fluent耦合构建仿真模型,以风机出风口气流速度、摆抖筛摆抖形式、摆抖频率、筛面倾角为试验因素,以马铃薯清选率和洁净率作为评价指标,对清选过程进行了多组仿真,并依据仿真结果进行验证与优化。研究结果表明,清选装置风机出风口气流速度对马铃薯气力清选的可行性起着决定性作用,摆抖筛摆抖形式、摆抖频率和筛面倾角对清选效果影响大,影响由大到小为风机出风口气流速度、摆抖筛筛面倾角、摆抖筛摆抖频率,且摆抖筛前后简谐摆抖优于上下摆抖。最优工作参数组合：摆抖筛前后简谐摆抖、摆抖筛筛面倾角为25°、摆抖频率为10Hz、风机出风口气流速度为60m/s,此时仿真试验马铃薯清选率为93.1%,洁净率为98.7%,台架试验马铃薯清选率为91.6%,洁净率为99.2%。研究结果可为马铃薯清选装置设计与优化提供理论依据。     

谷物联合收割机清选筛筛面气流分布试验及分析

针对轴流式谷物联合收割机脱粒方式的清选装置效率不足的问题,设计了双风机振动筛式清选装置,前风机采用3风道结构。试验时在清选筛筛面上设置若干个测量点,采用风速仪测定各个测量点处的气流速度值,分析筛面气流分布状况。试验结果表明:前风机从3风道吹出的气流大小及分布能满足纵向轴流式脱粒方式对清选装置气流分布的需要;后风机能有效辅助清选筛排出短茎秆,提高清选效果。      

滚筒筛式膜杂风选机筛孔清堵装置设计与试验

为解决滚筒筛式膜杂风选机运行过程中易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高等问题,设计了一种通过喷头喷射气流扰动筛孔处流场、破坏堵塞物在筛孔处受力平衡的筛孔清堵装置。该装置包含对角安装在滚筒筛式膜杂风选机两侧的离心式鼓风机、稳压管、滚筒外缘的气流管道等。通过理论分析确定了筛孔清堵的临界气流速度为1.151m/s,采用计算流体力学仿真与曲线拟合的方法探明了风机风速与喷头喷射气流速度呈正相关关系,最终确定风机风速为9.2m/s。设计并搭建样机进行试验,结果表明：当风机风速为9.2m/s时,筛孔堵塞率为8.28%,膜中含杂率为7.33%,较安装筛孔清堵装置前筛孔堵塞率、膜中含杂率分别降低16.27、4.64个百分点,其中各喷头喷射气流速度平均值为3.81m/s,最小值为1.22m/s,满足清堵要求,清堵装置持续工作过程中,筛孔堵塞率和膜中含杂率基本保持不变。     

基于EDEM-Fluent耦合胡麻清选装置过程模拟分析

针对胡麻分离清选过程高损失率、高含杂率问题,设计了风筛式胡麻清选装置。利用EDEM-Fluent耦合方法,对胡麻清选装置清选过程进行仿真分析,探究清选装置作业参数对胡麻籽粒含杂率和清选损失率的影响规律,确定最优的组合参数。基于清选装置气流场胡麻脱粒物料的运动分析,建立了胡麻清选装置简化模型;对风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅4个参数进行单因素试验和正交试验。结果表明,风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅是影响清选装置清选性能的显著因素。应用Design-Expert软件建立了籽粒含杂率和清选损失率的数学回归模型,获得最佳工作参数组合:风机风速4.5 m/s、气流倾角4°、清选筛频率6 Hz、清选筛振幅9 mm,最优工作参数组合下胡麻籽粒含杂率为2.97%,清选损失率为2.39%。该研究结果可为胡麻清选装置的设计和优化提供参考。      

风筛式清选装置筛下物料分布规律研究

为揭示筛下物料分布随清选装置结构、运动参数变化规律,在QXS-3.0型谷物清选试验台上进行了不同风机转速、风机风向角、曲柄转速、曲柄直径的振动筛下物料分布试验。通过分析不同条件下筛下各物料含量及沿筛面横向、纵向分布情况,得出筛下籽粒重量、杂余重量、物料总重量及含杂率沿筛面横向、纵向分布规律。结果表明,物料在横向上分布极不均匀,荞麦籽粒主要分布于籽粒收集箱中间位置,两侧分布较少;因受风机布置影响,杂余量呈“人”字形分布;而筛下物料含杂率呈“w”型分布,且随各参数变化明显。在纵向上,物料分布也不均匀,荞麦籽粒主要集中于籽粒收集箱中间位置,而前端、后端分布较少;杂余量、含杂率曲线近似,杂余量、含杂率在籽粒收集箱0~1 100 mm区域内增长缓慢,1 100~1 500 mm区域增长迅速。所得结论可以为荞麦清选装置的设计及优化提供理论依据,同时对指导农业生产也有重要意义。     

谷物联合收获机清选技术与装置研究进展

我国谷物联合收获机普遍存在作业性能和效率难以兼顾、适应性不强、信息化智能化程度较低等问题,清选装置作为联合收获机最核心的工作部件之一,直接影响着整机的作业性能。如何提高清选装置的性能和效率是现阶段谷物联合收获机技术发展的重点和难点。因此,本文从清选装置结构、清选装置内部气流场和物料运动及清选装置智能化技术等方面综述了国内外谷物联合收获机清选技术与装置的研究进展,分析阐述了联合收获机清选装置的发展趋势,以期进一步提高我国联合收获机清选装置的工作性能、作业效率和适应性。     

风筛式清选装置筛面气流场试验

在DFQX-3型物料清选仿真试验台上,通过空间布点测量了筛面不同位置的气流速度.根据测量值得出筛面上流速小于或等于4.81m/s,属低速气流.利用Matlab绘制了筛面不同位置的横断面、纵断面、水平面的等速线和速度变化曲线,分析了风筛式清选装置的筛面气流场速度分布规律.试验表明,筛面两侧的流速对称分布,前后两端流速较接近,中间流速变化复杂.     

风扇组对气流速度场影响的CFD仿真及验证

针对密植苹果园农药喷施不均匀、药液难以进入冠层内部的问题,结合密植苹果园的种植特点,提出了一种组合风扇的风送式喷雾结构,并通过CFD模拟探究该组合风扇出风口速度和倾角对气流速度场的影响规律。结果表明:随着组合风扇入口气流速度的增大,风送距离随之增大,但气流场分布特性基本一致;随着上下位风扇倾角的增大,3个风扇的相互影响越来越明显,3个风扇气流场的交汇扩大了组合风扇气流场的作用范围,侧位风扇倾角越大,X轴正向气流速度越大且越容易穿入厚厚的冠层内部;在入口风速为9m/s时,上下位风扇最佳倾角为35°～50°,侧位风扇倾角可根据果园植株幅宽特性进行调整;舍去两端误差较大的采样点,各倾角下采样点的相对误差基本分布在11. 00%～30. 00%之间,标准差介于0. 50～7. 50之间,模拟值与实验值的符合性较好。在距风扇安装位置0. 5～1. 5m之间的垂面上,气流场分布总体趋势为:中部流速最大,由中部向两侧逐渐递减。     

玉米籽粒收获机组合筛面预筛分式清选装置设计与试验

针对目前玉米籽粒收获机不能适应15kg/s以上的大喂入量清选需要,设计了一种具备预清选功能的清选装置。首先对玉米脱出物离开螺旋输送器到达预清选筛前的玉米籽粒进行受力分析,然后对曲柄连杆机构的运动模型加以简化。其次分析玉米籽粒在筛面上的运动状态;对离心风机叶轮、蜗壳进行设计计算。采用单因素试验确定风机转速、振动频率、上筛筛孔开度取值范围;以风机转速、振动频率、上筛筛孔开度为试验因素,以籽粒含杂率和清选损失率为评价指标,设计三因素三水平中心组合试验,建立各因素与指标之间的回归模型。通过响应曲面方法对试验结果进行分析,并采用Design-Expert12对回归模型进行多目标优化。玉米脱出物喂入量为16kg/s时,得出较优组合为：风机转速1202.50r/min、振动频率5.41Hz、上筛筛孔开度18mm,在此条件下籽粒含杂率为0.79%,清选损失率为1.10%;验证试验结果表明,当风机转速1200r/min、振动频率5Hz、上筛筛孔开度18mm时,籽粒含杂率为0.82%,清选损失率为1.14%,试验值与优化值相对误差小于5%,与传统双层往复振动筛清选装置相比籽粒含杂率降低2.07个百分点,清选损失率降低2.13个百分点,证明所设计合理。     

玉米收获机籽粒回收装置气流场分布试验研究

为了提高玉米收获机籽粒回收率和减小回收籽粒的含杂率,设计了上置风机振动筛式籽粒回收装置,用于清除轻杂物,促使苞叶翻转并顺利排出机外,并对其气流场的主要影响因素进行试验研究。为探究分风板对回收室内气流场的影响,应用Fluent模块进行仿真分析,仿真结果表明,分风板能够有效改善回收室内气流分布情况。为获取籽粒回收室内气流场的精确分布,在回收室内设置若干个测量点,采用风速仪测量各点处的风速,并观察分析苞叶在气流场作用下的姿态。为探究所设计气流场对籽粒回收率的影响,选取风机转速、出风倾角及作业速度为试验因素,籽粒回收率为评价指标,进行了3因素3水平正交田间试验,利用SPSS软件对试验结果进行方差和均值分析,得到各试验因素对试验指标的影响和主次顺序。试验结果表明,风机转速对籽粒回收率影响最大,出风倾角次之,而作业速度影响不显著。最佳组合为风机转速1 000 r/min,出风倾角15°。