马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置设计与试验

针对以联合收获为主的北方马铃薯主产区,马铃薯收获后薯石分离人工捡拾工作量大、清选效率低,且清选洁净率较低等问题,利用薯块和石块密度不同的特点,采用气力悬浮输送技术设计了马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置,并基于该装置研究了不同参数调整条件下的清选特性。利用高速气流悬浮与振动筛的摆动作用,发挥气力悬浮和振动筛分离的双重优势,使薯块与石块在运动过程中实现自动分离。试验表明：当气流速度为35m/s、筛面倾角为18°和曲柄角速度为30rad/s时,马铃薯选出率均值为96.71%,清选洁净率均值为98.34%,各项性能指标均满足马铃薯清选作业要求。     

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。      

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%。     

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。     

基于离散元法的马铃薯在摆动筛面运动特性研究

为探明马铃薯在筛面的运动规律,采用3D扫描建立不规则形状马铃薯的三维建模,采用离散元仿真分析软件模拟马铃薯在摆动分离筛面的运动状态,并选择摆分离筛曲柄半径为35 mm、摆动方向角为16.8°,在不同曲柄摆动频率和筛面倾角进行模拟试验。同时,分析筛面倾角及摆动频率变化对马铃薯运动速度的影响规律,得到马铃薯在筛面运动速度变化规律及拟合方程,为进一步分析薯土混合物的分离机理和筛体结构优化提供理论参考。     

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。      

联合收割机清选室空间气流场的实验研究

研究和改善联合收割机清选室的气流场分布,使气流场和振动筛密切配合,对提高清选质量具有重要的实际意义.在DFQX-3型清选仿真与控制装置试验台上,设定离心风机转速5个水平和倾角3个水平,测量了每次试验时清选室空间75个测量点的气流速度.实验结果表明,离心风机的转速增大,各测点的气流速度也增大;调节出风角,就能调整筛面气流的高速区和低速区的分布.离心风机转速1250r/min,倾角25°时空间气流分布较适宜清选.实验结果对联合收割机清选装置的设计和开发具有一定的指导意义.     

摆动分离筛薯土分离机理分析与参数优化试验

针对摆动分离筛薯土分离机理不明确,作业参数匹配不合理导致明薯率与马铃薯破皮率矛盾突出等问题,利用高速摄像机实时拍摄不同曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度时摆动分离筛上薯土混合物的分布状态,统计并分析薯土混合物分布高度的变化规律,揭示薯土分离机理,并获得影响分离筛性能主要因素的取值范围。以明薯率和破皮率为评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,对影响摆动分离筛性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,各因素对明薯率、破皮率影响由大到小为曲柄转速、筛面倾角、机器前进速度。摆动分离筛优化参数组合为:曲柄转速230 r/min,筛面倾角21.1°,机器前进速度2.03 km/h,优化后明薯率和破皮率分别为98.94%和0.21%,明薯率较优化前提高1.68个百分点,破皮率较优化前降低9.6个百分点,参数优化试验结果满足国家标准要求。     

花生联合收获机清选装置试验研究

进行了半喂入花生联合收获机花生脱出物组成成分的比例、组成成分尺寸和外形差异、悬浮速度,以及摘果辊下方分布等清选特性试验和检测。优化设计后的清选装置安装在半喂入花生联合收获机上,进行了田间正交试验,得到了影响清选性能的因素主次顺序为振动筛频率、风机转速、振动筛倾角、风机出风口角度;最优参数组合为振动筛频率7Hz,风机转速900r/min,振动筛倾角8°,风机出风口角度17°。优化设计后的清选装置能应用到国产某型号花生联合收获机上,经田间收获试验验证,达到设计要求。     

基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机设计与试验

针对马铃薯分段收获人工捡拾工作量大、劳动强度高、收获效率低等问题,在适应种植模式和农艺要求的基础上,设计了一种基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机,该机可同时完成双垄双行马铃薯的挖掘、薯土分离、清土除杂和集薯输送等任务。收获机在拖拉机的牵引作用下进行收获作业,其关键零部件包括松土限深调控装置、切土切蔓装置、挖掘装置、摆抖式薯土分离装置、过渡分离装置、清土除杂装置和集薯输送装置等。该收获机采用多段分离工艺,可有效提高薯土分离效率,显著降低含杂率,降低劳动强度。田间试验表明:作业速度分别为3. 17 km/h和4. 16 km/h时,样机的损失率分别为1. 64%和1. 59%,伤薯率分别为1. 72%和1. 48%,破皮率分别为2. 31%和1. 92%,生产率分别为0. 41 hm2/h和0. 54 hm2/h,各项性能指标均达到了作业标准。基于碰撞检测技术获取了收获过程中薯块的动态碰撞信息,在对碰撞特征和薯土混合物运动特点进行分析的基础上,明确了联合收获机易产生较大碰撞加速度的关键位置为:分离筛Ⅰ与分离筛Ⅱ交接处及集薯输送装置的落料端,降低分离筛Ⅰ和分离筛Ⅱ之间的高度差、改善集薯装置末端的缓冲效果,是降低伤薯率和破皮率的有效措施。     

基于EDEM-Fluent耦合的钙果风筛式清选装置仿真与试验

针对钙果收获装置作业后钙果含杂率高的问题,设计了一种钙果风筛式清选装置。运用EDEM-Fluent耦合方法,以风速、振动筛振幅和振动频率为试验因素,钙果的清洁率和损失率为评价指标,对清选过程进行了仿真分析,并依据仿真结果进行台架试验。仿真分析与台架试验表明,随着风速、振动筛振动频率与振幅的增加,钙果清洁率先增大后减小,损失率一直增加。最优工作参数组合为风速10 m/s、振幅10 mm和振动频率9 Hz,最优工作参数组合条件下的钙果清洁率96.3%,损失率3.4%。研究表明,EDEM-Fluent耦合仿真的运用有助于钙果清选研究,研究结果可为钙果清选装置的设计与优化提供理论依据。      

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。     

玉米籽粒清选波浪筛机构设计与试验

为提高装置对大喂入量玉米脱出物的清选性能,基于曲柄-双摇杆设计了一种波浪筛机构,通过多筛片组“下凹”与“近似展平”姿态的连续转换,实现了整个筛体的波浪式运动,通过理论分析确定了波浪筛结构。采用CFD-DEM耦合仿真对波浪筛清选装置内气固两相运动进行了数值模拟,得出波浪筛清选装置内上部空间可形成一条高速气流带,其有利于杂余吹散,近筛层气流速度沿波浪筛纵向呈先降低后升高趋势,有利于配合筛片组的“下凹”与“近似展平”实现筛上物料运移与暂时滞留,在筛体波浪式运动下筛上籽粒陆续完成撞筛、滞留、抛起、越筛,此种筛分方式提高了籽粒的透筛效率。以清选装置入口气流速度、筛体安装倾角、驱动轴转速为试验因素,以籽粒的清洁率和损失率为指标,进行了二次正交旋转组合仿真试验,建立了各因素与指标间的数学模型,优化获得了各参数的最优组合为：清选装置入口气流速度为14.6 m/s,筛体安装倾角为8.5°,驱动轴转速为240 r/min。高速摄像台架试验结果表明：波浪筛上籽粒的实际运动与仿真中籽粒运动基本一致,验证了仿真结果的准确性;在玉米脱出物喂入量高达7 kg/s时,波浪筛清选装置籽粒的清洁率和损失率分别为99.12...     

5TYS280玉米脱粒清选试验台的设计研究

我国夏播玉米主要集中在黄淮海地区,其生长期短、收获时籽粒含水率高,直接脱粒收获易造成籽粒破碎,脱净率与籽粒破碎率和含杂率之间的矛盾,作业质量较难保证。目前,针对高含水率玉米脱粒清选装置的系统理论与试验研究均较少,因此设计开发了一种玉米脱粒清选试验台。其主要由机架、脱粒分离装置、清选装置、输送装置、电机控制及转速数据采集系统等部件组成。以籽粒破碎率和含杂率为评价指标,通过调整滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙、筛网倾角、曲轴转速及风机转速等关键因素水平,进行单因素多水平试验及多因素多水平正交试验,确定高含水率玉米脱粒清选装置的最佳参数组合,为玉米籽粒收获机脱粒清选部件设计、改进及参数选择提供依据。     

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。     

双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置设计与试验

蓖麻脱出物组分复杂,清选后含杂率高,且没有专用清选装置,清选效率低,为此设计一种双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置。首先对清选装置总体结构进行设计,采用双层风吹式同步振动结构。其次,对装置的振动筛、清选室、出料口等关键部件进行设计。采用离散元法对清选筛结构进行参数优化,以哲蓖4号为试验物料,测定物料离散元参数,通过单因素试验,分析上筛面筛孔排列型式、筛孔直径、筛面倾角对筛分效率和损失率的影响。确定最佳设计参数为U型筛孔排列、筛孔直径14mm、筛面倾角8°。为了获取最优的工作参数,采用离散元法与计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）耦合方法对清选过程进行仿真分析。对单目标函数进行参数优化,当振动筛振幅为8.43mm、振动筛振频为6.00Hz、气流横向角为40.00°时,蓖麻脱出物的最大筛分效率为98.20%。当振动筛振幅为7.00mm、振动筛振频为7.76Hz、气流横向角为40.81°时,蓖麻籽粒的最小损失率为2.02%。以振动筛的振幅、振频和气流横向角为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,设计了正交组合试验,建立各因素与指标间的数学回归模型,并对模型进行参数优化。结果表明,当振动筛振幅9.00mm、振动筛振频6.16Hz、气流横向角40.00°时,蓖麻清选装置的筛分效率和蓖麻籽粒的损失率最优,分别为97.66%和2.32%。最后,设计出蓖麻清选装置,通过台架试验对最优参数组合进行试验,实际筛分效率与损失率分别为93.15%和6.94%,与预测结果误差在5%以内,同时实际所得到的籽粒含杂率为0.83%,满足使用要求。     

TRIZ辅助马铃薯收获机薯土分离输送装置创新设计

针对马铃薯收获机薯土分离输送装置存在薯土分离不充分、伤薯率高等问题,应用TRIZ理论对薯土分离输送装置进行创新设计;基于系统功能分析识别薯土分离输送装置的功能缺陷,应用物场模型、技术矛盾、物理矛盾等TRIZ工具求解创新方案,设计一种具有双抖动单元和降运抖动筛面的薯土分离输送装置。基于输送筛面上薯土秧混合物的力学分析,确定筛面倾角范围为β≤32°;结合理论分析和生产实际确定一阶升运筛面倾角为20°、二阶升运筛面倾角为16°、降运抖动筛面倾角10°、抖动单元振幅为21 mm、分离筛杆条间距为50 mm、各阶筛面输送有效长度分别为450 mm、600 mm、1 000 mm 和100 mm。通过升运分离筛和降运分离筛抖动筛面的运动学分析对比,验证创新方案的合理性。     

便携机分离筒吸杂口偏置型清选装置的设计与试验

清选系统是便携式谷物联合收获机的重要部分。为此,针对丘陵山区用的双行便携式谷物联合收获机,清选作业时吸杂风机转速过高的问题,对吸杂口偏置型分离筒进行了结构设计。通过自制的分离筒吸杂口偏置型清选装置试验台,对吸杂口的旋转角度与偏置距离进行试验研究,得到了小麦清选性能较好的旋转角度与偏置距离分别为30°和30mm,为便携式谷物联合收割机清选系统的设计提供了依据。     

马铃薯二级输送分离装置伤薯试验研究

针对现有马铃薯二级输送分离装置破皮、挤压等伤薯现象严重的问题,对马铃薯输送分离作业机理进行了理论分析,确定了主要影响伤薯性能的作业参数。针对伤薯率等作业指标进行田间二次正交旋转组合试验,通过因素编码、中心化处理和试验结果方差分析,确定了伤薯率和二级输送分离装置倾斜角度、驱动轴转速和垂直距离的影响规律,并判定了显著性因素中影响伤薯率的主次顺序:倾斜角度和转速的交互作用、倾斜角度、垂直距离。田间试验表明:二级输送分离装置伤薯率极大值为1.48%,符合马铃薯收获机质量评价技术规范(NY/T 1130-2006)要求。所获得的试验数据和结论分析可为马铃薯二级输送分离装置的结构改进和参数优化提供参考。