棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律

为深入研究和揭示多维振动筛筛面物料运动规律和透筛机理以及设计三自由度混联振动筛,基于机构拓扑结构理论构造了一种全解耦的三自由度混联机构2PRRR-P(2R),作为三自由度振动筛的主体激振机构;运用D-H变换矩阵推导出筛面的运动轨迹方程,并运用ADAMS软件对振动筛进行运动学仿真,验证了机构设计的可行性;基于离散元法对棉籽颗粒群在三自由度振动筛筛面上的筛分过程进行了模拟分析,表明筛面的三维运动能增加颗粒群在X和Y向的抛掷位移,使颗粒群平均透筛时间缩短;试验结果表明,筛面增加X向的振动后,分散度增加约54%,筛分效率增加约46%;筛面增加X向和Y向的振动后,分散度和筛分效率分别增加约152%和68%,比仅增加X向振动时分别增加约62%和15%,试验结果与EDEM仿真结果一致。研究表明,三自由度混联振动筛能实现筛面沿X、Y、Z向的三维独立振动,其自由度、振幅、频率等振动参数调节方便;筛面的三自由度振动利于颗粒物料在筛面上分散,可大幅提高筛分效率。该研究对进一步研究多维振动筛分机理、研制三自由度混联振动筛产品样机等提供了参考。     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作，有效利用气流对物料进行吹散分层，并提高水稻籽粒透筛效率，该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进，改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机，振动筛上筛使用百叶窗筛，其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析，数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀，筛片开度越大，筛片之间越容易产生小型涡流，从而造成气流混乱；使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量，对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致，验证了数值模拟结果的准确性；进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充，分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz，得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好的结论，其籽粒含杂率为1.52%，损失率为1.11%；且由结果分析可知，百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作，提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路，为进一步研究打下了基础。     

大豆玉米兼用清选装置的设计与试验

为解决大豆玉米间套作中收获机清选装置小,清选通用性差、清选时间不足导致的作业效果差等问题,该研究以4LZ-3.0Z小型自走式谷物联合收获机清选装置为基础,改进了一种大豆玉米兼用清选装置的试验台,首先使用EDEM建立玉米清选主要脱出物离散元模型,应用EDEM-Fluent耦合仿真对比原筛箱A（直上筛和下筛）、改进筛箱B（上筛分段、下筛凹面）、改进筛箱C（下筛凹面更大）的清选过程,验证设计合理性。然后选取振动频率、上筛倾角、下筛倾角为试验因素,以含杂率和损失率为试验指标,对大豆和玉米分别进行单因素试验和响应面试验,研究所选试验因素对试验指标影响,并分别获得两种作物最佳工作参数组合。仿真试验结果表明：筛箱B中籽粒透筛区域和物料移动趋势相对于A、C更加利于清选。试验结果表明：所选试验因素对试验结果均有显著影响（P＜0.05）,对于两种作物,当振动频率增大,损失率和含杂率均先降低后上升;当上筛和下筛倾角增大,含杂率先下降后上升,损失率持续下降。大豆响应面试验结果表明：当振动频率为5.9 Hz、上筛倾角为10.5°、下筛倾角为6.5°,最优清选效果含杂率均值为0.622%,损失率率均值为0.439%;玉米响应面试验结果表明：当振动频率为4.7 Hz、上筛倾角为10.3°、下筛倾角为8.6°,最优清选效果含杂率均值为0.956%,损失率均值为0.771%,对比原机的清选装置,改进后大豆清选时含杂率降低38.8%,损失率降低45.9%;玉米清选时含杂率降低29.9%,损失率降低30.1%。本文可为大豆玉米通用联合收获机设计提供理论基础。     

切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计

针对切流式花生全喂入联合收获机清选环节果杂分离不清、损失率高、缠膜挂秧、筛面堵塞等难题,该文设计了一种风筛组合、无阻滞、大小杂并除的清选机构,其主要由上层筛(杆筛)、下层筛(多阶弹性筛和后筛)、抖草轮、偏心套、风机等组成。该文运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面上滑、下滑、从筛面跃起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数的理论值域;运用达朗伯原理开展了交变载荷下筛体的受力分析,确定了筛体关键结构参数。该文对影响清选作业质量主要因素开展了试验研究,试验结果表明:影响清选机构综合作业质量的主次作用因素为主风机转速、振动筛振幅、振动频率,较优参数组合为主风机转速2 100 r/min、振动筛振幅12.5 mm、振动频率9Hz,此时清选损失率5.03%、荚果含杂率5.39%;清选机构作业顺畅性较好,较少出现缠膜挂秧、筛面堵塞现象。研究结论可为切流式花生全喂入联合收获机清选机构的设计提供理论参考。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料"批次式、无残留、易清机、高效率"特殊加工要求，该研究采用开放式组合框架结构、变频振动清筛技术，系统集成批次供种、风选除杂、筛选分级、筛面清理等作业工序，设计了批次式种子清选装置，并对供料系统、风选系统、筛分装置等关键部件进行了设计与分析。以玉米种子为试验对象，以给料速度、振动频率、振幅、筛面倾角为试验因素，以物料净度、获选率和作业时间为试验指标，开展了四因素三水平Box-Behnken试验，建立了响应面数学模型，并进行了参数优化和试验验证。结果表明，振幅、振动频率及二者的交互作用是影响净度和获选率的主要因素；给料速度、振幅、振动频率、筛面倾角均对作业时间有较大影响；优化参数组合为给料速度0.072 kg/s、振幅5 mm、振动频率6.25 Hz、筛面倾角4.6°，在此参数下的验证试验结果为净度98.8%、获选率为99.7%、作业时间约50 s，与模型优化预测结果基本一致。生产性能试验结果表明，处理量15 kg/批时清选装置加工能力达到10批/h，各项指标均满足设计要求。研究可为种质材料及其他颗粒物料批次式清选装备的设计提供参考。     

铲筛式残膜回收机输膜机构参数优化与试验

垄作残膜回收对机具幅宽要求较高、地膜利用低、垄体高、垄沟残膜回收难、残膜碎片多、埋膜深等特点。铲筛式残膜回收机对土下残膜具有回收能力,在垄作残膜回收领域具有良好的应用前景。输膜机构缠膜率高和收获后残膜含土率高是制约铲筛式残膜回收机推广的主要问题,为了提高铲筛式残膜回收机输膜机构作业质量,降低输膜机构的缠膜率及收获后残膜的含土率,该文运用单因素试验方法得出最优筛面结构形式,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对残膜回收机输膜机构的工作参数进行了试验研究,以振动筛振动频率、振动筛振幅、齿片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:缠膜率影响显著性顺序为振动筛振动频率?齿片间距?振动筛振幅;含土率影响显著性顺序为齿片间距?振动筛振动频率?振动筛振幅;最优工作参数组合为振动筛振动频率3.9 Hz、振动筛振幅42 mm,齿片间距15 mm,对应的缠膜率和含土率分别为1.72%、32.81%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为铲筛式残膜回收机输膜机构的结构完善设计和作业参数优化提供参考。     

基于蚁群算法的茶叶抖筛机参数优化

针对茶叶抖筛机的主要设计参数,建立了茶叶抖筛机优化设计数学模型,运用蚁群算法和Matlab语言,编制了茶叶抖筛机的关键参数的优化程序,运用该程序对茶叶抖筛机的筛床倾斜角、振动方向角、曲柄半径、振动圆频率等参数进行优化仿真计算和验证试验。结果表明：筛床倾斜角α为2.8^°;振动方向角β为52.8^°;曲柄半径r为0.025 m;曲柄圆频率ω为21.5 rad/s时,筛净率提高14%,单位有效筛分面积生产率提高28 kg/(m²·h)。     

基于非球形颗粒模型的胡麻脱粒物振动分选仿真与试验

为提高仿真中胡麻脱粒物形状真实程度,减小仿真建模误差,该研究基于开源离散元法框架,采用超二次曲面单元法建立了胡麻脱粒物不同组分的非球形颗粒,对多级振动筛分过程进行了仿真与试验研究。研究中分析了一级筛、二级筛的筛面物料分布情况、不同物料的透筛率及含杂率,并开展了试验验证。仿真结果表明：超二次曲面法建立的非球形颗粒能很好地模拟真实物料的物理特性;一级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为99.08%、66.49%,蒴果可被分选;二级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为96.38%、4.79%,短茎秆可被分选。被分选的物料在激振作用下可在对应的筛面发生利于筛分的迁移。不同物料的含杂率统计结果分别为籽粒4.87%,短茎秆21.95%,蒴果3.38%。验证试验结果表明,胡麻脱粒物不同组分的透筛率、含杂率仿真与试验值的相对偏差均小于10%。研究结果证明超二次曲面法建立的非球形颗粒模型适用于振动分选作业。     

萝卜收获机振动松土铲参数的优化

为了确定萝卜收获机振动松土铲的关键参数,利用偏心连杆式振动装置进行松土试验,以机器行走速度、松土铲激振频率和振幅、铲入土角、铲刃倾角作为试验影响因素,土壤孔隙度为响应指标,并采用二次正交旋转回归试验设计,建立了响应指标与各影响因素之间回归数学模型。通过Design-Expert 6.0软件对试验参数进行优化,确定机器行走速度0.64?m/s、激振器频率2?Hz、振幅14.38?mm、铲入土角25.72°、铲刃倾角39.68°为最优参数组合,此时土壤孔隙度为50%～60%,该研究为研究和设计萝卜收获机提供依据。     

收获机振动筛振动参数影响不同湿度脱出物粘附特性

针对水稻脱出物表面湿润、黏性大的物料特性,以及易粘附在振动筛和抖动板上、诱发清选堵塞和夹带损失的技术难题,该文利用自制直线振动试验台架,研究了振动筛振动参数对水稻脱出物界面粘附特性的影响。以2种湿度水稻脱出物为试验对象,选取振幅、振动频率、振动角度为影响因素,以单位面积粘附量为试验指标,通过单因素试验分析了各因素对试验指标的影响规律,确定了各因素较优水平区间;通过正交试验设计及分析,得到2种湿度脱出物单位面积粘附量关于3个振动参数的数学模型,以及各因素对2种湿度脱出物单位面积粘附量影响的主次顺序,根据响应面分析比较,进一步证明了湿度是影响脱出物粘附特性的重要条件,与低湿度脱出物相比,高湿度脱出物的界面粘附更严重;低湿度脱出物单位面积粘附量的最优振动参数组合为振幅60 mm,振动频率6 Hz,振动角度50°;高湿度脱出物单位面积粘附量的最优振动参数组合为振幅50 mm,振动频率7 Hz,振动角度50°。研究结果可为水稻收获机振动筛的粘附界面调控及脱附界面构建提供参考。     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

基于离散元法的杂交稻振动匀种装置参数优化与试验

杂交稻栽培要求少本稀植、利用分蘖能力提高产量,现有的机械化播种技术不能满足此要求,亟需进行杂交稻精密播种技术的机理探讨。为探明振动匀种装置匀种过程中V-T型振盘的振频和振幅对杂交稻种群运动规律的影响,以及种群流动特性对播种性能的影响,该文基于离散元法,采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型,实现了V-T型振盘工作过程模拟,得到振盘振频为57~59 Hz时,种群在振盘中分布均匀,播种效果较好。试验验证表明,利用离散元法模拟振动匀种装置匀种过程具有较高的准确性。在仿真结果的基础上,选取振盘振动臂材料、振动器安装角、气动振动器进气压强作为试验因素,进行了振动匀种装置参数优化试验,获得了杂交稻种子低播量下的最佳工作参数组合为振盘振动臂材料为60Si2Mn,振动器安装角度为47.5°,进气压强为0.26 MPa;此时播种合格指数为92.86%,空穴指数为1.14%,有效地提高了现有播种装置的性能。该研究对提高杂交稻精密播种技术提供了参考。     

基于运行稳定性的离心泵导叶安装位置优化试验与分析

为提高导叶式离心泵的运行稳定性,探寻径向导叶相对隔舌的最佳安装位置,该文通过数值模拟确定了某型号单级单吸导叶式离心泵的3种典型导叶安装位置,并通过试验对3种安装位置下的外特性、压力脉动和振动特性进行了测试。对比分析了外特性曲线、压力脉动幅值和频域特性、振动幅值和频域特性。研究结果表明,蜗壳隔舌处于导叶出口流道中间位置时,离心泵水力性能最好,效率相对于其他2个位置最多提高2个百分点;测点在3个方向上的振动加速度幅值均处于较低水平,但是会增大蜗壳扩散段在大流量时的压力脉动幅值,最多高出2.25 k Pa。由于径向导叶的存在,2倍轴频和3倍轴频是压力脉动的主要激励频率;2倍轴频与6倍轴频是振动加速度的主要激励频率。蜗壳扩散段压力脉动幅值随着流量增加先减小后增大,在0.6倍工况达到最低值。导叶安装位置对压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性的影响较小,相同工况下,测点的压力脉动频域分布规律和振动加速度频谱特性基本相同。因此,该研究为径向导叶的合理布置提供了参考。     

玉米螺旋式清选装置的设计与试验

针对传统振动筛存在噪音大、筛分效率不高等问题,该文基于螺旋输送原理设计出一种玉米螺旋式清选装置,装置主要由输送搅龙、料槽、半圆筛片、减速电机、变频器等组成。输送搅龙外径为100 mm,螺距为100 mm,工作长度为2 000 mm,螺旋轴轴径为20 mm,6 mm孔径的筛片开孔率约为40%,16 mm孔径的筛片开孔率约为35%。以筛分效率和破碎率增加值为试验指标,对含水率为14.5%的玉米分别进行大杂清选试验和小杂清选试验。大杂清选试验结果显示,筛分主要在筛片前部分完成,且破碎率随着输送搅龙转速的增加而增加。小杂单因素试验表明,随着输送搅龙转速的增大,筛分效率逐渐增加,破碎率增加值逐渐增大;随着初始填充系数的增加,筛分效率缓慢降低,破碎率增加值逐渐增大;随着输送角度的增大,筛分效率先增加后减小,破碎率增加值逐渐增加。小杂正交试验结果表明,3种试验因素的最优组合为初始填充系数20%,输送角度0°,输送搅龙转速500 r/min;显著性检验结果显示,输送搅龙转速对筛分效率和破碎率增加值的影响均显著（P<0.05）;输送角度对筛分效率和破碎率增加值的影响均不显著（P>0.05）;而初始填充系数对筛分效率的影响显著（P<0.05）,但对破碎率增加值的影响却不显著（P>0.05）。该装置工作过程中噪音较小,运行可靠,筛分效率达到98.5%,试验结果可为后期研发螺旋式清选设备提供参考。     

叶片安放角对轴流泵马鞍区运行特性的影响

为分析叶片安放角对轴流泵马鞍区工况运行特性的影响,以比转速822的轴流泵为研究模型,试验测试了不同叶片安放角下的运行特性。研究表明:随着叶片安放角的增大,模型泵最优工况处的扬程、流量和效率均逐渐增大,-4°到+4°的增幅分别为10.4%,26.7%和0.87%;不同安放角下,泵扬程曲线均存在明显的马鞍区;随着叶片安放角的增大,试验泵马鞍区的绝对位置向右上方偏移,但相对位置仍主要位于0.5QBEP~0.6QBEP(QBEP为最高效率点对应的额定流量),且均在0.55QBEP时扬程达到最小值;随着叶片安放角的减小,马鞍区内相对扬程在逐渐增大,马鞍区驼峰特性有所改善;随着叶片安放角的增大,各个安放角下马鞍区范围内的压力脉动较最优工况下更剧烈;叶轮进口压力脉动主频为叶片通过频率,泵出口处压力脉动主要受导叶影响,随流量减小逐渐向高频移动;随着叶片安放角的增大,叶轮进口和泵出口处主频处的压力脉动幅值均逐渐增大,在叶轮进口处,0.6QBEP和0.55QBEP时压力脉动幅值最大增幅分别达1.78和1.65倍,在泵出口处,正安放角下压力脉动幅值相对负角度有所增大;内流分析表明小流量工况下叶轮进口存在回流现象,叶轮出口靠近轮毂处有明显旋涡,导致小流量下压力脉动幅值增大。     

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°~5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°~5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%~14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速、沿作业方向前或后单向摆动的供种速率与地表坡度和供种装置转速的数学模型,确定了不同地表坡度下,排种量与作业方向地表坡度和供种装置转速的匹配关系,以实现有坡度地表的排种量与平整地表的排种量趋同,为满足不同地表坡度下的播种作业提供参考。     

曲柄摇杆振动破壳油茶果粗选机运动学分析及试验

为验证所设计的油茶果粗选机的合理性,该文首先对其进行简化,联系振动筛工作原理和受力分析对其运动参数进行分析,找出影响物料运动的因素,并验证其运动参数设计合理;其次利用ADAMS仿真软件对该机进行运动仿真,得到物料模型的振幅曲线图,通过使用振幅递减法分析曲线图的变化规律,验证其振幅设计合理;最后通过三水平三因素正交组合试验,得出各因素对茶籽保有率和筛分效率的影响显著性顺序。利用Design-Expert软件分析得出当粗选机曲柄转速、筛面倾角、筛面长度取值为276.12 r/min、6.69°、1 005.8 mm时,茶籽保有率和筛分效率均达最佳值(分别为96.84%和96.77%),验证了粗选机的设计满足工作要求。该研究结果为后期精选机的设计提供了参考。     

苜蓿秸秆压缩仿真离散元模型参数标定

为了提高苜蓿秸秆压缩过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,该研究采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,以接触参数物理试验结果为仿真参数选择依据,利用Plackett-Burman试验对初始参数进行显著性筛选,方差分析结果表明,苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数、苜蓿秸秆-45钢静摩擦系数对仿真休止角影响显著。进一步以休止角的相对误差值为评价指标,对3个显著性参数进行最陡爬坡试验,优化显著性参数取值范围,并基于Box-Behnken试验建立休止角与显著性参数的二阶回归模型,以物理试验得到的38.88°休止角为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合:苜蓿秸秆-苜蓿秸秆静摩擦系数为0.45、苜蓿秸秆-苜蓿秸秆滚动摩擦系数为0.08、苜蓿秸秆-45钢的静摩擦系数为0.54。最后利用T检验得到P0.05,表明仿真休止角与物理试验值无显著性差异,验证了最优参数组合的可靠性。研究结果表明,应用上述各优化试验来标定离散元仿真参数是可行的,同时标定的参数可为苜蓿秸秆的其它仿真试验提供参考。