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。     

玉米收获机清选筛体结构优化

为提高玉米籽粒收获机风筛式清选装置的清选效果,通过对比编织筛和贝壳筛的筛分性能,以贝壳筛筛体结构为主要研究对象,采用CFD-DEM耦合的方法,选取振动筛筛分效率和籽粒清洁率为性能指标,筛孔长度、筛孔高度和筛孔纵向间距为试验因素,设计二次正交旋转组合试验。通过响应曲面方法对试验结果分析,并利用DesignExpert软件对回归数学模型进行多目标优化。结果表明,各因素对试验指标影响由强到弱顺序为:筛孔高度、筛孔纵向间距、筛孔长度。筛体结构参数优化为:筛孔长度21.68 mm,筛孔高度10.86 mm,筛孔纵向间距55.04 mm。通过试验验证此因素条件下振动筛筛分效率由81.79%提高到89.91%,籽粒清洁率增加到97.28%,清选装置的性能得到提高。     

谷子收获机风筛式清选装置试验分析

为了减少谷子联合收获的清选损失,对谷子收获机风筛式清选装置进行了试验分析。运用参数可调的风筛式谷子清选装置,以清选风速、风向、筛分振幅和曲柄转速为试验因素,以籽粒损失率和含杂率为试验指标,对谷子联合收获机脱出物进行了清选试验。试验结果表明:籽粒损失率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而增大,随清选风向角度的增大呈先增大后减小再增大趋势;含杂率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而减小,随清选风向角度的增大呈先减小后增大再减小趋势;最优清选工作参数为清选风速4.19 m/s、清选风向30.3°、筛分振幅22 mm和曲柄转速218 r/min,籽粒损失率为2.02 %,含杂率为8.01 %。该研究为谷子联合收获机清选装置结构与工作参数设计提供参考。      

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,...     

羊草种子脱出物料风筛清选装置设计与试验

针对目前全喂入联合收获机收获羊草种子过程中存在损失率大、含杂率高的问题,根据清选作业流程,结合羊草种子自身物理特性,搭建羊草种子风筛清选装置,并对清选部件、喂料装置、接料装置进行设计优化。进行风筛清选装置室内性能试验研究,通过单因素试验,得出清选性能随各因素变化的规律,利用响应面试验建立各因素与含杂率和损失率的关系,并对各因素及其交互作用进行分析。最后得出较优工作参数组合为：振动筛转速275 r/min,风机转速985 r/min,喂入量0.087 kg/s,在此参数组合下试验的含杂率为27.3%,损失率为3.3%,风筛清选装置满足设计要求,可为研发羊草等禾本科牧草种子全喂入联合收获机提供参考。     

大喂入量玉米籽粒收获机清选系统双层筛孔抖动板研究

为满足玉米籽粒收获机对大喂入量玉米脱出物的清选要求,设计了一种使玉米脱出物在进入清选装置时分流的双层筛孔式抖动板。对玉米脱出物离开抖动板到达振动筛前的运动进行了分析,确定了上、下抖动板相对于振动筛的位置,并参考圆孔筛确定了上抖动板筛孔的分布和尺寸。以抖动板的安装倾角、振幅和频率作为试验因素,以振动筛筛分玉米脱出物时间、清选系统收集籽粒的清洁率和损失率为性能评价指标,基于CFD-DEM耦合仿真方法确定各试验因素对性能指标的影响,并设计了二次正交旋转中心组合试验,建立了各因素与指标之间的回归数学模型。在清选系统入口气流速度、气流方向角和玉米脱出物喂入量分别为12.8 m/s、25°和7 kg/s的条件下,获得最优参数组合：抖动板安装倾角、抖动板频率、抖动板振幅分别为-3.85°、5.62 Hz、44.77 mm,此时清选系统收集的籽粒清洁率为98.36%,籽粒损失率为1.45%,振动筛筛分玉米脱出物时间为6.74 s,并通过台架试验验证了仿真结果的准确性,相比于带有单层抖动板的清选系统,籽粒清洁率提高了1.72个百分点,损失率降低了0.84个百分点,振动筛筛分玉米脱出物时间缩短了0.57 ...     

青稞作物脱粒物料清选试验

青稞作物机械收获存在清选损失率和含杂率高等问题。为提高青稞作物机械收获的清选质量,测试分析了青稞作物脱粒物料各组分的相关物性和悬浮特性。采用气吹式农业物料悬浮速度测量装置,测得青稞作物脱粒物料中籽粒、麦芒和颖壳、断穗、短茎秆及碎叶的悬浮速度分别为7.07～12.51、1.29～4.08、2.23～6.32、1.82～8.16和1.18～3.65 m/s。采用风筛式清选试验装置,以离心风机风速和风向、振动筛振动频率和振幅为试验因素进行单因素和正交试验,以籽粒清洁率和清选损失率为试验指标,运用极差分析法得出试验因素最佳组合为风机风速8.5 m/s、风向35°、振动筛振幅30 mm和频率190 r/min,其试验结果为清洁率97.32%、损失率3.73%。该试验可为青稞联合收割机清选装置结构参数和工作参数设计提供参考。      

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%。     

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。      

新型风筛式清选装置设计研究

针对横置轴流式稻麦脱粒装置的脱出物沿筛面宽度由多到少的不等量分布,设计了包括圆锥形清选风扇、振动筛及传动装置的新型风筛式气流清选系统,并计算确定了各种结构参数和工作参数.研究表明,该系统适应非均布的混合物的清选要求,风扇叶轮圆锥角为2.3°时,振动筛前部可获得2m/s以上的横向风速,形成了轴流滚筒脱出物在振动筛面上沿宽度方向的均匀分布,从而提高清选质量.     

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。     

风筛式清选装置清选性能试验研究

为了研究风筛式清选装置运动参数对清选性能的影响规律,在自行研制的清选试验台上进行小麦清选试验,利用DPS数据处理系统进行方差分析,并建立清洁率、损失率与贯流风机转速、离心风机转速、离心风机倾角及振动筛曲柄转速之间的数学模型,利用遗传算法进行多目标优化,获得优化参数组合的Pareto最优解集,并进行验证,为风筛式清选装置的设计及使用调整提供依据.     

风筛式清选装置振动筛上物料运动CFD-DEM数值模拟

采用计算流体力学和颗粒离散元耦合的方法模拟风筛式清选装置中物料在筛面上的运动,并将模拟结果和试验结果进行了对比。仿真结果表明：在一定范围内风机出风口风速增加,物料后移速度增加,有助于提高振动筛的处理能力,但也会增加籽粒的损失;风速增加使籽粒在筛下分布后移,在15分区后籽粒数量很少。通过试验验证表明,利用CFD-DEM耦合对风筛式清选装置进行数值模拟是可行的。     

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。     

玉米清选装置结构优化设计与试验

针对目前玉米籽粒直收机的清选装置存在籽粒损失率和含杂率偏高、传统试验受季节性影响大等问题,基于CASE 4099型联合收获机清选系统,搭建玉米脱粒清选试验平台,设计了一种竖式可调节分风板,并采用数学建模、仿真模拟和试验验证相结合的方法对清选装置作业性能进行优化。建立籽粒在振动筛上运动过程的数学模型,分析了振动筛倾角、振幅、频率、振动方向角和风机风力与振动筛筛面夹角等因素与籽粒在振动筛上平均运动速度和移动距离的关系;对清选装置内部流场风速分布进行仿真和试验,仿真结果表明,分风板左或右偏18°时,流场中风速分布均匀,在垂直方向上差值较小,验证试验结果表明,分风板右偏18°时流场内各测量点风速分布均匀,适于籽粒与杂质分离,清选效果较好;以振动筛转速、风机转速为主要影响因素,以籽粒损失率、含杂率为指标进行正交试验,结果表明当振动筛曲柄转速为275r/min、风机转速900r/min为最优作业参数组合,损失率和含杂率分别为1.34%、1.66%。     

玉米籽粒收获机分段式振动筛清选装置设计与试验

针对目前玉米籽粒收获机籽粒清洁率和损失率不能满足国家标准要求的问题,设计了一种分段式振动圆孔筛清选装置。利用CFD-DEM耦合技术对传统双层往复振动筛清选装置内气固两相运动进行仿真,根据上筛纵向区域内籽粒透筛规律和上筛长度,确定合适的分段式振动筛前筛长度,并设计分段式振动筛后筛,使玉米脱出物在前筛尾部下落到后筛之前可以被前筛上下混合气流继续分散、分层,以提高籽粒清洁率,降低籽粒损失率。在保证分段式振动筛前筛清选性能不变的条件下,以后筛频率、后筛振幅、前后筛垂直间距、前后筛水平间距为试验因素,以籽粒的清洁率和损失率为评价指标,设计二次正交旋转中心组合试验,建立各因素与指标之间的回归数学模型。利用Design-Expert 8.0.6软件的多目标优化算法获得最佳参数组合:后筛频率为4.44 Hz、后筛振幅为15.65 mm、前后筛垂直间距为114 mm、前后筛水平间距为18.53 mm。在清选装置入口气流速度为12.8 m/s、气流方向角为25°、清选装置入口玉米脱出物喂入量为5 kg/s时,分段式振动筛清选装置使籽粒清洁率提高到98.34%,籽粒损失率降至1.45%,籽粒清洁率比传统双层往复振动筛清选装置提高1.26个百分点,损失率降低0.81个百分点,满足国家筛分质量评价技术规范要求。     

玉米籽粒收获机清选装置分段式振动筛设计与试验

针对现今玉米籽粒收获机收获时存在籽粒清洁率和损失率不能满足国家标准要求的问题,设计一种分段式振动圆孔筛清选装置。利用CFD-DEM耦合技术对传统双层往复振动筛清选装置内气固两相运动进行仿真,参考上筛纵向区域内籽粒透筛规律和上筛长度,确定合适的分段式振动筛前筛长度并设计分段式振动筛后筛,使玉米脱出物在前筛尾部下落到后筛之前可以被前筛上下混合气流继续分散、分层,提高籽粒的清洁率,降低籽粒的损失率。在保证分段式振动筛前筛清选性能不变的条件下,以后筛频率、振幅、前后筛垂直间距、前后筛水平间距为试验因素,以籽粒的清洁率和损失率为评价指标,设计二次正交旋转中心组合试验,建立各因素与指标之间的回归数学模型。利用Design-Expert 8.0.6软件的多目标优化算法获得最佳参数组合为：后筛频率为4.44 Hz、振幅为15.65 mm、前后筛垂直间距为114 mm、水平间距为18.53 mm。在清选装置入口气流速度为12.8 m/s、气流方向角为25°、清选装置入口玉米脱出物喂入量为5 kg/s时,分段式振动筛清选装置使籽粒清洁率提高到98.34%,籽粒的损失率降为1.45%,相比于传统双层往复振动筛清选装置籽粒的清洁率提高1.26个百分点,损失率降低0.81个百分点,满足国家筛分质量评价技术规范要求。     

气力式圆筒筛膜杂分离机改进设计与试验

针对气力式圆筒筛膜杂分离机筛分性能波动大的问题,增设运移装置、重置圆筒筛筛孔排布与大小,以保持气流分布均匀性、改善杂质通过性,提高了气力式圆筒筛膜杂分离机筛分性能的稳定性。对圆筒筛内膜杂混合物进行运动分析,选取圆筒筛转速、进风管风速、气流角度为试验因素,以膜中含杂率和杂中含膜率作为评价指标,运用Box-Benhnken试验设计原理设计三因素三水平试验,分析各因素对膜杂分离作业性能的影响。结果表明,各因素对膜中含杂率影响主次顺序依次为:进风管风速、圆筒筛转速、气流角度;各因素对杂中含膜率影响主次顺序依次为:圆筒筛转速、进风管风速、气流角度。利用Design-Expert软件响应曲面图,进行了综合影响效应分析,得出当圆筒筛转速为23.8 r/min、进风管风速为5.9 m/s、气流角度为2.7°时,膜中含杂率为10.60%,杂中含膜率为0.133%。对上述优化结果进行试验验证,得出在该参数组合下的膜中含杂率平均值为10.54%,杂中含膜率平均值为0.132%,表明该整机优化方案可行。     

农业物料高速气流清选的试验研究

通过试验，得出了高速气流清选中各因素对农作物清选效果的影响规律，并找出了影响因素的较优水平和最佳组合。试验表明，这种分离方法可以提高清选质量、简化清选装置、提高生产率，具有一定的使用价值。     

小区联合收获机清选装置试验与参数优化

针对小区联合收获机清选装置存在的籽粒损失率和含杂率偏高等问题,结合内外滚筒旋转式脱粒装置,搭建脱粒清选试验平台,仿真分析结果表明,该清选装置符合筛分要求。以脱出籽粒中含杂率及损失率作为试验指标,选取对清选性能影响较大的风机转速和振动筛曲柄转速为试验因素,分别进行单因素试验,得到风机转速为1 000 r/min时,含杂率与损失率分别为0.65%和1.06%;振动筛曲柄转速为275 r/min时,含杂率与损失率分别为0.55%和0.87%。最后运用Central Composite中心复合设计方法进行响应面试验,研究因素交互作用对试验指标的影响规律。试验结果表明,最佳匹配参数为风机转速900 r/min、振动筛曲柄转速300 r/min;在最佳参数组合下,对该装置进行多次验证试验,得到其含杂率和损失率的平均值分别为0.75%和0.62%,表明在该参数组合下此装置能够满足小区收获的清选性能要求。