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。     

大白菜种子脱出物空气动力学特性试验研究

为了研究大白菜种子脱出物的空气动力学特性,研制了一种农业物料悬浮速度测定试验台,并对大白菜种子脱出物开展悬浮速度试验。结果表明:籽粒的悬浮速度随粒径的增加而升高,果荚壳长度对其悬浮速度的影响不显著;脱出物的含水率越高,悬浮速度越大;籽粒悬浮速度在6.68～7.42m/s之间,短茎秆悬浮速度在6.56～7.25m/s之间,果荚壳悬浮速度在4.49～6.05m/s之间,轻杂物悬浮速度在2.51～3.23m/s之间。研究表明:轻杂物与籽粒空气动力学特性差异大,利用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的轻杂物;果荚壳、短茎秆与籽粒空气动力学特性差别小,仅依靠气流清选难以将二者与籽粒分离,由于果荚壳、短茎秆与籽粒外形几何尺寸差异明显,可利用圆筒筛实现这二者与籽粒的有效分离。通过在内流式圆筒筛清选装置试验台上的试验,得出横流风机转速为700r/min、风道内气流速度为7.12m/s时清选效果最好的结论,此时清洁率为97.91%,损失率为0.42%。     

油菜脱出物在气流中的运动分析

测定了油菜脱出物的空气动力特性，基于ADAMS研究了气流参数的变化对脱出物运动状态的影响，并对油菜脱出物在流场中的运动进行了仿真分析，选择了适合于油菜脱出物分离的气流参数，同时指出了气流清选油菜脱出物时存在的局限性。     

旋风清选分离筒中脱出物籽粒的运动分析

旋风分离方式广泛应用于微型水稻联合收割机清选系统,为建立分离筒中结构参数与水稻脱出物籽粒运动参数之间的联系,验证结构、运动参数对装置清选性能的影响,本文采用稀相气力输送模型,利用气固两相流体力学理论,建立了脱出物籽粒的自由运动微分方程;通过对籽粒在分离筒内的径向碰撞过程和轴向分离过程进行运动学与动力学分析,探讨影响各组分籽粒运动分离的关键因素。     

大豆脱出物悬浮速度试验研究

应用东北农业大学自制农业物料悬浮速度测试试验台,对5TZY-60型育种脱粒机脱出物的悬浮速度进行测试。测试结果表明:大豆脱出物中饱满籽粒、颖壳、40mm茎秆、80mm茎秆和120mm茎秆的悬浮速度分布范围分别为11～17m/s,5～6m/s,7～13m/s,8～14m/s和10～17m/s。根据测定结果分析了对清选系统的影响,初步得到最佳清选风速范围小于11m/s,同时确定单一风选作为清选系统的局限性,为该机配套清选系统定型提供试验与理论支持。     

油菜联合收获机脱出物空气动力学特性测定

油菜收获脱粒装置脱出物包含油菜籽粒、茎秆、荚壳和轻杂物4种成分,采用PS-20型物料悬浮速度试验台对脱出物悬浮速度进行了测定.结果显示籽粒悬浮速度随粒径呈线性关系,茎秆悬浮速度随直径呈二次多项式关系.茎秆长度(＜ 100 mm)对其悬浮速度影响不显著;籽粒和茎秆悬浮速度较为接近,在7～ 10 m/s之间,远大于荚壳和轻杂物悬浮速度(1～3 m/s).籽粒和荚壳悬浮速度与含水率呈线性增长关系,而茎秆和轻杂物悬浮速度与含水率呈指数增长关系.研究表明,清选时根据不同脱出物悬浮速度差异,采用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的荚壳和轻杂物,气流清选流速以4 ～6 m/s为宜.     

油菜脱出物风力清选装置试验台的设计

清选是脱粒机工作的重要环节,对清选装置的研究有利于更好地改进脱粒机的整机性能。为此,针对目前油菜脱出物风力清选装置研究缺乏的现状,自行研制了油菜脱出物风力清选装置试验台。该试验台具有结构简单、试验功能全面、操作及调整方便等特点,可实现油菜脱出物风力清选的全过程,为以后进一步完善油菜风选装置的设计提供了试验依据。     

油菜脱出物物理机械特性及振动筛参数优化

采用风筛组合型清选装置的油菜收获机，油菜脱出物在气流作用下，轻杂物、果荚壳与籽粒、短茎秆能够分离，但由于油菜籽粒与短茎秆的悬浮速度差别很小，单靠气流的作用难以将籽粒与短茎秆分离，需借助振动筛的作用将它们完全分离。对与振动筛分离性能有关的油菜脱出物物理机械特性参数进行了测定，并提出了基于ADAMS的振动筛参数优化算法。对4LYZ-2型油菜收获机振动筛参数进行了优化。     

荞麦混合脱出物清选装置参数优化及试验研究

为了降低荞麦机械收获中清选环节的含杂率及损失率,提高机械收获性能及效率,在谷物清选试验台上进行了曲柄长度、曲柄转速、上筛面倾角、下筛面倾角、筛面摆动角、风机风向及风机转速的单因素试验,并对这7个因素分别取3水平进行了正交试验和分析。试验结果表明:上筛面倾角、曲柄转速、曲柄长度和风机转速对清选损失率影响显著且影响程度依次降低,风机转速、风机风向角、上筛面倾角、下筛面倾角对籽粒含杂率影响显著,对清选时间影响显著的因素由主及次分别为曲柄转速、曲柄长度、上筛面倾角和风机风速。建立了含杂率、损失率和清选时间的回归模型,并应用遗传算法对该模型进行了优化,得到最佳参数组合,即曲柄长度30mm,曲柄转速和风机转速分别为231、600r/min,风机风向角、上下筛面倾角及基本筛面振动方向角依次为30°、-3.8°、-1°、 5°,此时,清选损失率、含杂率和清选时间分别为1.59%、1.91%、7.93s。经试验验证,在最优参数下,各评价指标的试验值与理论值相对误差分别为3.14%、1.22%、3.24%,且优化所得结果与极差方差分析结果高度一致,说明采用遗传算法对清选回归模型进行优化是可行的,优化结果可...     

籽粒玉米收获机脱出物空气动力学特性分析及清选方法

目前,籽粒玉米机械收获方法大致分为两种,其中用谷物联合收割机换装玉米摘穗台直接收获玉米籽粒,或者用专门的自走式籽粒玉米收获机直接收获籽粒的方法已逐渐占据主导地位,本文主要对籽粒玉米收获机脱出物空气动力学特性进行了分析研究,为优化籽粒收获机脱粒装置设计参数提供了依据参考,并简要介绍了几种清选方法及装置。     

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...     

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。     

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。     

玉米联合收获机贯流风阶梯式振动筛设计与试验

为降低筛分作业后籽粒损失率,同时保证籽粒清洁率,分析了玉米脱出物在气流场中运动状态,基于贝壳筛设计阶梯式筛体,并通过籽粒碰撞理论设计阶梯缓冲带,使籽粒在阶梯暂时滞留,减轻杂余对籽粒夹带作用。在筛面振幅19 mm条件下,采用CFD-DEM耦合仿真方法,以入风口气流速度、气流角、阶梯高度和筛面振动频率为试验因素,玉米籽粒清洁率和损失率为试验指标,进行二次正交旋转组合试验。通过响应曲面方法对试验结果进行分析,利用软件对回归数学模型进行优化。结果表明:当气流速度、气流角、阶梯高度和振动频率分别为16 m/s、25°、8.36 mm和4.45 Hz时,籽粒损失率和清洁率分别为1.69%和98.8%,通过贯流风阶梯式振动筛台架试验验证了结果的准确性。通过对比试验得到,阶梯式贝壳筛作业后籽粒损失率降低为2.12%,清洁率提高到99.16%,清选性能得到提高。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

多功能饲草揉丝机内物料-气流耦合运动特性分析

多功能饲草揉丝机在实际应用中存在容易堵塞以及抛扔距离不满足使用要求等问题,这些问题均与机内物料-气流耦合运动特性有关。为了探究揉丝机内物料与气流耦合运动规律,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)以及离散元(Discrete element method, DEM)耦合方法,建立物料揉丝过程中气流与散碎物料耦合作用模型,并对物料与气流之间的耦合运动规律进行数值模拟,通过气流速度测试与物料抛扔距离试验验证耦合模型与数值计算的准确性。研究表明：出料口4个测点的气流速度仿真值与实测值相对误差均在8.1%以内;额定转速范围内3种转速下物料平均抛扔距离数值计算结果与实测值相对误差均小于5%,验证了物料-气流耦合模型与数值计算结果的准确性。饲草物料破碎后沿着揉碎室内壁面做环流运动,并沿着出料管远离进料口一侧被抛出机外。揉丝机稳定运转后室内颗粒运动的最大速度始终在某一平均速度上下波动,速度均值体现了物料颗粒在锤片打击力作用下获得动能的大小。颗粒物料获得动能越大,装置越不易堵塞,物料的平均抛扔距离越远。研究结果可为揉丝机内物料-气流耦合运动特性优化、避免...