三维并联振动筛设计与实验

提出用并联机构驱动产生的筛面多维运动实现非平面筛面多维透筛性的设计思想,以改善透筛环境、提高筛分效果。设计了一种基于单自由度两回路空间机构的并联振动筛,给出了主机构的拓扑结构分析、运动分析及基于筛面轨迹仿真的尺度优化结果;阐述了非平面筛面的设计及其多维透筛性原理;实验比较了并联振动筛与传统直线振动筛在常规平面筛面、非平面波浪筛面、非平面凹坑型筛面上的筛分性能,证明并联振动筛与非平面凹坑型筛面组合的筛分效率高达98%,透筛率高达7.4%,而直线筛与平面筛组合的筛分率仅为84%,透筛率为5%,从而揭示了新型并联振动筛的高效筛分机理与特性。     

往复式茶叶振动抖筛机优化设计与试验

抖筛是茶叶精制的重要环节，直接影响茶坯的净度，针对茶叶抖筛过程中抖筛机理(清筛)不清晰而导致抖筛过程中存在茶叶断碎以及挂网等问题，本文研究茶叶在筛床上的抖筛规律，建立茶叶颗粒沿筛床上下运动、离开筛面被抛起运动和落到筛孔后碰撞运动三段筛分过程的动力学模型。结合茶叶在筛床上的抖筛规律，通过EDEM建立茶叶筛床的仿真模型，对茶叶在筛床上的速度与受力进行分析，确定筛床曲柄转速、筛面倾斜角和曲柄半径的最佳参数。最后通过三因素三水平的正交试验，确定实际筛分情况下的最优参数与得出各个因素对误筛率和生产率的影响由大到小为筛面倾斜角、曲柄转速、曲柄半径。试验结果表明，当曲柄转速为247.99 r/min、筛面倾斜角为2.60°、曲柄半径为23.11 mm时，误筛率和生产率分别为5.3%和440 kg/(m²·h),与优化结果误差在允许范围内。     

基于DEM的谷物清选筛振动筛分虚拟试验研究

为了研究筛分过程中筛面结构和物料形状对筛分效率的影响,基于离散元法对5个不同筛面开孔率下的圆孔筛﹑方孔筛的筛分效率和复杂粒形物料在圆孔筛﹑方孔筛上的筛分效率进行了虚拟试验研究。结果表明:物料的的筛分效率随筛面开孔率的增加而逐渐增加,且在筛面开孔率相同时圆孔筛的筛分效率高于方孔筛的筛分效率;3种典型农业物料形状的颗粒在两种筛面上筛分时,小麦形颗粒筛分效率最高,大豆形颗粒筛分效率其次,玉米形颗粒筛分效率最低;圆孔筛更易于3种颗粒的透筛,筛孔形状对于玉米形颗粒的筛分效果影响最大,小麦形颗粒次之,大豆形颗粒最小。     

三移动两转动振动筛驱动机构优化与试验

为提高玉米脱出物在振动筛上的筛分效率,基于传统的平面往复振动筛,设计了一种玉米清选振动筛驱动机构,可使筛面实现3个移动2个转动;为深入研究其运动规律和筛分性能,用封闭矢量多边形法推导了筛面上任意一点的位移方程;以筛面后端振幅最小为目标,应用Isight软件优化各驱动杆件的长度,使筛面后端的振幅达到最小值15.4 mm;利用Matlab数值模拟确定筛面运动为非简谐周期运动。为确定驱动机构主轴转速和玉米脱出物喂入量对振动筛性能的影响,通过试验比较玉米籽粒在该机构筛面与平面往复振动筛面上的透筛率,试验结果表明,当玉米脱出物的喂入量为6 kg/s时,该机构主轴的最佳转速为260 r/min,玉米籽粒在该机构筛面上的透筛率比其在平面往复振动筛上的透筛率提高了5.75%,节省功耗16.1%。     

摆动筛筛分过程的DEM-PMBK耦合仿真优化与试验

摆动筛广泛应用于谷物分级、清选和种子加工等农业生产活动,筛分过程中筛面存在复杂的平面运动。为探明其筛分机理,以摆动筛和大豆籽粒为研究对象,采用虚—实结合法建立筛面边界模型,提出一种基于离散单元法(DEM)与平面多体运动学(PMBK)的摆动筛耦合模型,对大豆籽粒在筛面上的颗粒流和透筛过程进行数值模拟。仿真结果表明,当颗粒直径达到6.91 mm时,颗粒只能通过三角形筛孔模型,直到颗粒直径达到6.96 mm时,颗粒才能通过圆形筛孔模型。对比仿真试验与实际试验筛下物中不同粒径区间(5.60～7.00 mm)籽粒透筛率沿筛面的分布结果,验证本文提出的虚—实结合法建立的筛面边界模型以及基于DEM-PMBK耦合模型的可行性和准确性,为摆动筛的优化设计及相关研究提供参考依据。     

基于三平移并联机构的茶叶筛分试验

为解决传统茶叶筛分机械不能实现多维振动的问题,基于并联机构组成原理,选择了一种满足茶叶清选需要的全解耦三平移并联机构为茶叶筛分机的主体机构.应用D -H矩阵计算出该并联机构运动学正、反解,并且通过正交试验验证了其筛分性能.结果表明,三自由度振动提高了茶叶在筛面上的分散度,最短透筛时间为单自由振动最短透筛时间的1/20,筛分性能较单自由度振动有大幅度提高.     

平面往复运动筛面尺寸对筛分性能影响的试验研究

在大量试验基础上,分析了筛面面积与喂入量的关系,筛面面积与筛分性能的关系,筛的长宽比与筛分性能的关系,提出了最佳长宽比值。     

筛分机理的研究

本文采用正交旋转试验、电子计算机模拟回归分析、同位素示踪技术,以筛的振频、振幅、振动方向角和筛体倾角为试验变量,以大豆、小麦、玉米和水稻为试验物料,以筛分率、谷物在筛面上的移送速度、谷层厚度、沉降速度和跃起高度为指标,对往复平面运动筛的筛分机理进行了研究。 分析得出:谷物在筛面上的移送速度与筛分性能的关系;谷层厚度与筛分性能的关系;沉降速度与筛分性能的关系;谷物在筛面上的跃起与筛分性能的关系。综合分析了谷物在筛面上的动态特征对筛分性能的影响——筛分机理。     

平面往复运动筛筛面尺寸对筛分性能影响的试验研究

本文分析了筛面面积与喂入量的关系,筛面面积与筛分性能的关系,筛的长宽比与筛分性能的关系,提出了最佳长宽比值,探讨了筛面尺寸的确定方法。     

一种新鲜茶叶分级筛选装置

为解决现有茶叶筛选装置及工艺存在的成本高、品质和效率较低的缺陷,课题组研发了一种新鲜茶叶分级筛选装置,包括筛分筒、筛分锅、筛分孔等。茶叶分级筛选装置含有机架,机架顶部安装有电机,电机的输出轴连接有偏转杆,偏转杆的另一端连接有第一球铰,第一球铰下方连接有传动杆,传动杆的下端通过第二球铰连接有筛分筒,筛分筒的下端通过第三球铰连接机架底部,筛分筒内由上至下依次设有多组筛分锅,筛分筒内不仅设有与筛分锅相适配的安装台,而且筛分锅底部均设有若干组筛分孔。仿真结果表明：课题组提出的茶叶分级筛选装置可以带动茶叶在筛分锅内进行滚动,通过调节筛分锅的自转速度,多次打破茶叶的翻滚惯性,从而使得茶叶筛分得更加彻底,大幅降低茶叶受损率。     

振动筛不同运动形式对颗粒群筛分的影响

为研究不同运动形式振动筛的筛分性能,对平面往复、三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上颗粒的分散程度进行分析和试验。基于颗粒非线性跳动理论,利用Matlab软件模拟得出颗粒在不同运动形式筛面上的运动状态;以分散度为试验指标,利用高速摄像机对玉米颗粒在3种振动平板上的运动进行跟踪。颗粒在振动平板上的运动规律证明了颗粒非线性跳动理论分析结果的正确性,随着振动筛主轴转速逐渐增大,颗粒群在3种振动平板上的分散度均呈现先增大、后减小的变化规律。在振动筛主轴最优转速下,玉米颗粒群在三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上的综合分散度分别为38. 96 mm和40. 73 mm,较平面往复振动筛分别提高了14. 39%和19. 58%。以筛分效率为试验指标,利用3种振动筛筛面进行物料筛分试验,物料筛分试验结果表明,颗粒群在3种振动筛上的筛分效率由高到低依次为:三移动两转动振动筛、三移动一摆动振动筛、平面往复振动筛。物料筛分试验结果证明了用振动平板对颗粒群分散度进行研究的可行性,同时验证了平板试验结果的正确性。     

平面筛种子分级机筛分工艺的探究

平面筛种子分级机作为重要的种子精选加工设备，在实际生产作业中，要根据加工种子实际情况和作业要求选择不同的筛分工艺，完成多重种子分级作业。不同的筛分工艺对分级质量及生产率都会产生不同影响。针对平面筛种子分级机的分级工艺进行详细阐述，为用户在实际分级作业中提供技术参考。     

基于籽粒运动的多维振动筛分效率分析

在对现有往复式振动筛面上籽粒的非线性跳动进行理论分析的基础上,利用LS-DYNA程序研究了往复式和两种新型多维运动筛面上籽粒的运动情况,并提出分散性衡量指标以反映籽粒在筛面上的分散情况,以此对3种筛面的筛分效率进行对比分析。研究中依据筛面与籽粒的实物结构和物料特性建立分析模型,考虑籽粒与筛面及籽粒间的摩擦、碰撞作用,求解得出籽粒的运动规律。结果表明两种新型多维筛面运动形式有利于提高筛分效率。     

玉米籽粒收获机双层不平行振动筛设计与试验

玉米籽粒收获机清选装置大多采用平行安装的双层筛面,为使双层筛的筛分性能最佳,利用偏置曲柄滑块机构设计了一种多自由度双层不平行振动筛驱动机构,利用矩阵法分析获得筛面的运动方程。选取双层筛筛面安装间距、上筛面安装倾角、筛面横向振幅为试验因素,以玉米籽粒损失率、籽粒含杂率为试验指标,设计二次正交旋转组合试验。利用Design-Expert软件对回归数学模型进行多目标优化,当下筛面安装倾角为3. 5°时,机构最优结构参数组合为:筛面前端安装间距292. 99 mm,上筛面安装倾角3. 04°,筛面横向振幅5. 55 mm。基于优化后的参数,调整驱动机构尺寸进行台架试验,玉米脱出物喂入量为5. 05 kg/s时,筛分后的籽粒损失率、籽粒含杂率均值分别为1. 61%、2. 17%,满足玉米收获机械技术标准。相比传统双层平行式平面往复振动筛清选装置,双层不平行振动筛的籽粒损失率平均降低了1. 59个百分点。     

基于离散元的茶叶抖筛机茶叶运动特性分析与试验

为了降低茶叶抖筛机的误筛率,从颗粒动力学角度研究了筛面倾角、振动幅度、振动频率对茶叶颗粒在抖筛机筛网上运动特性的影响。结合离散元方法对茶叶颗粒在筛面的运动进行数值模拟,通过分析茶叶颗粒的筛分过程,明晰了抖筛过程中筛上茶叶颗粒的运移机理。结果表明：茶叶颗粒主要集中在筛网中间,频率太大或者太小都会造成茶叶颗粒在筛网上的横向偏析;茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能与振幅、频率呈正相关,筛面倾角对茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能影响较小,茶叶颗粒沿X轴方向和Z轴方向速度对茶叶颗粒在筛网上的平均速度贡献最大;迁移系数的变化幅度随着筛面倾角、振动幅度、振动频率的增加而呈现逐渐增加的趋势,对茶叶抖筛过程颗粒迁移能力影响由大到小为：振动幅度、振动频率、筛面倾角;当振动幅度为22.5mm、筛面倾角为3°、振动频率为4.166Hz时,茶叶抖筛试验误筛率最小,茶叶抖筛试验误筛率结果与仿真试验结果相差在5个百分点以内,表明DEM模拟具有较高的准确性。     

一种新型的谷物横向振动平面清选筛的设计

针对目前谷物清选机械中存在的一些问题进行了分析，设计了一种新型的横向振动平面清选筛。该筛与目前振动筛相比，原理先进、结构简单、操作维护方便、轨迹可以通过对结构的调节达到、筛面利用率高、处理量大、生产效率高；并且通过调整振动筛的振幅、振频及生产率来满足不同的农业生产需求，具有更好筛分性能。     

颗粒物料在三自由度振动筛面上的运动仿真

以传统往复振动筛为基础,分析了三自由度振动筛的构成。通过ADAMS软件进行仿真试验,得到颗粒物料与筛面发生碰撞后沿筛面径向位移情况和速度变化规律。筛面施加法向转动后,筛面转速、转动幅度以及颗粒物料与筛面碰撞点到转动轴的距离在筛面轴向的投影长度,是影响颗粒物料与筛面碰撞前后沿筛面径向速度变化的因素。所提出的三自由度振动筛更有利于颗粒物料沿筛面径向碰撞离散,可以提高振动筛筛面的利用率和筛分效率,为设计新型的振动筛分装置提供了依据。     

玉米收获机清选曲面筛设计与试验

为提高玉米收获机风筛式清选装置的清选效果,通过筛上颗粒受力分析,确定筛上颗粒运动状态与筛面方程f(x)存在函数关系。以编织筛为研究对象,利用CFD-DEM耦合技术,通过对比清选装置内平面、凸面、凹面3种编织筛的气流场及不同区域筛分特点,提出一种正弦曲线编织筛,并与去除尾筛的正弦曲线筛进行性能对比,确定保留尾筛筛分性能更好。以正弦曲线筛筛形系数、入口气流速度、气流方向角为试验因素,以籽粒清洁率和籽粒损失率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验,建立了各因素与指标间回归数学模型,运用Design-Expert软件的多目标优化算法进行参数优化。获得参数最优组合为:筛形系数32. 35 mm,入口气流速度13. 73 m/s,气流方向角23. 86°。当玉米脱出物喂入量为5 kg/s,筛面振动频率为5. 15 Hz时,利用高速摄像及室内台架进行了正弦曲线筛工作机理试验和性能对比试验。试验结果表明,正弦曲线筛可实现对杂余的快速推移,并提高籽粒透筛概率。正弦曲线筛清选装置的籽粒清洁率为98. 07%,籽粒损失率为1. 16%,相较平面编织筛清洁率提高2. 45个百分点、损失率降低0. 79个百分点,满足国家筛分质量评价技术规范要求。     

单轴振动电机横置的高速振动筛理论研究

将单轴振动电机横置于筛体上作为高速振动筛的振动源，通过筛体的动力学分析，建立了筛体的运动微分方程，从中解得筛体的运动方程及筛体的运动轨迹方程。理论分析表明：筛体作由随其质心的平动和绕质心的摆动组成的平面运动，筛面上点的运动轨迹为变化的椭圆，引起筛体摆动的因素是振动电机相对筛体质心在水平和垂直方向的位移以及筛体质心到弹簧支撑面的距离。就振动电机相对筛体质心的位移对筛面运动状态的影响进行了计算机模拟，找出了它们之间的相互关系，从理论上论述了振动电机位移对筛分性能的影响。     

多维并联振动筛筛分过程解析与筛面运动形式优选

针对物料在多维并联振动筛筛面上的运动过程及其规律不明确,以及采用何种筛面运动形式最佳的问题,研究了物料颗粒在多维振动筛筛面上的运动过程,并提出最佳的筛面运动形式。引入分散度与分层速率2个指标,基于颗粒离散单元法(DEM)研究各单自由度振动对筛面上物料分散和分层过程的影响,优选出分散度和分层速率较优的4个单自由度振动,即:分别沿筛面长度、宽度和高度方向的移动x、y和z,以及绕筛面法线方向的转动γ,其中,x和y单自由度振动效果尤为明显。在优选振动自由度组成的各种振动形式下,基于筛分效率和含杂率,对多维振动筛面的物料透筛过程进行模拟研究,表明:3平移1转动(3T-1R)四维振动形式透筛性最好,为理想的筛面运动。据此设计了一种3T-1R并联机构,并在样机上进行了筛分试验验证。