贯流风筛清选装置内玉米脱出物运动规律研究

为减少玉米籽粒收获机作业时籽粒清选损失率,利用EDEM建立了玉米脱出物各成分颗粒模型,采用CFDDEM耦合的方法对玉米脱出物在贯流式风筛清选装置中的运动进行了数值模拟。仿真结果表明,透筛杂质为玉米芯且集中在清选装置后部;随着清选装置入口气体速度的提高清选装置清选获得的籽粒清洁率提高,但玉米籽粒清选损失率增加,仿真结果与台架试验结果基本一致。在玉米脱出物喂入量3 kg/s条件下,研究确定清选装置入口气体速度低于11.72 m/s,清选装置清选损失率小于2%,符合玉米籽粒联合收获机正常作业性能要求。     

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。     

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 ...     

玉米清选组合孔筛体设计与试验

为增强玉米清选筛体对高喂入量脱出物的筛分能力,以适应玉米联合收获机快速发展要求,以玉米籽粒为研究对象,对贝壳筛体作业机理进行分析,探究筛分过程中籽粒在贝壳筛体上运动状态,得到贝壳筛对籽粒的筛分特性和籽粒的透筛模型。为增大籽粒透筛概率,基于贝壳筛和圆孔筛的筛分特性,设计了贝壳-圆孔组合孔筛体。在玉米脱出物不同喂入量条件下进行仿真试验,对组合孔筛、圆孔筛、贝壳筛作业效果进行对比,结果表明:在喂入量为6 kg/s情况下,组合孔筛作业后的籽粒损失率、清洁率和筛分时间分别为1. 15%、97. 53%和5. 50 s,均满足国家标准要求,且组合孔筛的籽粒损失率比圆孔筛和贝壳筛分别减少了5. 79个百分点和7. 84个百分点,通过台架试验验证了仿真结果准确性。在喂入量分别为5 kg/s和6 kg/s条件下对组合孔筛与阶梯筛筛分效果进行对比,在喂入量为6 kg/s、气流速度为12. 8 m/s、气流方向角30°、振动频率为5. 15 Hz时,组合孔筛相对阶梯筛籽粒损失率降低5. 60个百分点,筛分时间缩短0. 93 s,清选效果提高。     

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。     

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%。     

纵轴流联合收获机双层异向清选装置设计与试验

针对传统纵轴流联合收获机清选系统单层筛架在作业过程中存在大喂入量下损失率和含杂率高等问题,设计了一种结构紧凑、清选能力强、清选效果好的双层振动清选装置,提出了双层异向独立振动的玉米籽粒清选方式,分析确定了筛面和物料的运动规律、清选筛和双风道的结构参数以及传动机构的运动参数。以籽粒含杂率、籽粒损失率和分布比例为评价指标,对曲柄转速进行单因素试验,确定最佳工作参数为上曲柄转速220r/min、下曲柄转速190r/min;选取上筛曲柄长度和下筛曲柄长度为试验因素,进行了两因素三水平正交试验,确定较优组合为：上、下筛曲柄长度分别为50mm与40mm。在较优水平组合下,以8kg/s的喂入量进行验证试验,试验结果表明籽粒损失率为0.45%,籽粒含杂率为0.76%,籽粒分布比例为1.92%,清选效果较好,能满足清选性能要求。     

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。      

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。     

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。     

蚯蚓运动特征仿生筛筛上玉米脱出物运动特性研究

为探究基于蚯蚓运动特征的仿生筛上玉米脱出物的运动特性,利用API实现了仿生筛在EDEM中的非简谐运动(两移动一转动),并采用CFD-DEM耦合方法对玉米脱出物在气流和仿生筛共同作用下的筛上运动进行了数值模拟。通过分析玉米脱出物的筛分过程,明晰了仿生筛对筛上玉米脱出物的运移机理。探究了玉米脱出物在仿生筛上不同区域的水平运移和竖直分层。数值模拟结果表明：玉米籽粒、芯和茎秆在仿生筛上的平均水平速度分别为0.63、1.60、2.51 m/s,有利于籽粒和杂余沿筛面水平分离和分散;玉米脱出物在筛体前部的平均水平速度最大,为1.71 m/s,表明仿生筛能够将筛体前部的玉米脱出物快速向后运移以减少进料端堆积;随着玉米脱出物由筛体中部运动到筛体尾部,玉米籽粒平均竖直位移降低20.61 mm,而芯和茎秆平均竖直位移却分别增大9.84 mm和5.70 mm,籽粒和杂余在竖直方向上的分层明显;通过高速摄像分析了玉米脱出物在仿生筛上的运动状态,并提取了玉米脱出物在筛体前、中部区域的平均水平速度,其变化规律与数值模拟结果基本一致,验证了仿生筛对筛上玉米脱出物的运移机理。当仿生筛清选装置入口气流速度为12.8 m...     

油菜联合收获机滚筒筛式复清装置设计与试验

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构参数与运行参数范围;以滚筒筛式复清装置的损失率、清洁率及筛分效率为评价指标,以滚筒筛转速、筛网内助流螺旋叶片螺距和筛孔直径为影响因素,基于EDEM开展了三因素三水平正交试验,确定了最佳参数组合,并利用收获关键部件试验台开展了验证试验。仿真结果表明：当喂入量为0.6kg/s时,滚筒筛式复清装置的较优参数组合为筛孔直径5mm、滚筒筛转速105r/min、筛网内助流螺旋叶片螺距250mm,此时滚筒筛式复清装置损失率为0.92%、清洁率为98.96%、筛分效率为95.12%。台架验证试验表明,带有滚筒筛式复清装置的清选系统工作顺畅,在最佳参数组合条件下,滚筒筛式复清装置的损失率为0.96%、清洁率为98.67%、筛分效率为95.36%,对比未增加滚筒筛式复清装置前清洁率提升了4.38个百分点。研究可为油菜联合收获机清选装置结构改进和优化提供参考。     

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。     

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。     

喂入角对玉米茎秆切碎效果的试验分析

搭建了喂入角可调式玉米摘穗切茎试验台,对影响玉米植株切碎合格率的主要因素进行了正交试验,较优组合为喂入角90°、行进速度0.7m/s、摘穗辊转速1 000r/min、动刀轴转速1 980r/min、喂入角对其有显著影响:喂入角0°时,玉米植株运动发生90°转向,出现严重喂入不畅,切碎合格率约为72.8%;喂入角30°时,在喂入过程中,依然有喂入不畅通,产生间歇性,影响了茎秆切碎效果,切碎合格率约为87.6%;喂入角90°时,摘穗辊旋转有助于玉米植株的喂入及切碎,切碎合格率约为97.6%。同时,通过分析玉米植株受切运动,推导出数学模型,并运用高速摄像技术对运动轨迹进行同步捕捉追踪,经MatLab拟合处理,找到了喂入角对切碎效果影响的关键因素。     

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。