惯性气流式红枣清选系统设计与试验

清选系统是气吸式红枣收获机的重要组成部分,降低清选含杂率、损失率和破损率是实现红枣收获机械化的关键技术。利用枣、杂惯性和流体力学特性差异,设计了一种惯性气流式红枣清选系统,并对其关键部件及结构参数进行设计和分析。采用Fluent软件探明了该清选系统内气流运动形成的“∞”形旋流有利于枣、杂的清选。为获得清选系统最佳工作参数,以气流速度、调节板开度为试验因素,以含杂率、损失率和破损率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验。建立试验因素与指标间的回归模型,采用多目标优化算法进行参数优化,确定清选系统最优参数组合：气流速度为32.0 m/s,调节板开度为3.4 cm。在该条件下开展验证试验,得到含杂率、损失率和破损率分别为1.38%、3.37%和0.60%,与优化参数相比分别增加了0.06、0.12、0.03个百分点。该清选系统满足枣、杂清选作业要求。     

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。      

玉米籽粒收获机清选装置参数优化试验

针对玉米籽粒直收过程中清选作业损失率高、籽粒含杂率高的问题,开展玉米籽粒收获机清选作业参数优化试验,探究整机作业工况下清选装置作业参数对籽粒损失率和含杂率的影响规律,得到清选作业参数最优组合,并进行田间验证试验。玉米籽粒收获机清选作业参数较优水平区间为风机转速800～1 000 r/min,振动频率6～8 Hz,上清选筛筛孔开度15～25 mm。清选作业籽粒含杂率最优作业参数组合为风机转速1 000 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;籽粒损失率最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率6 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;清选作业综合指标最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm。得到玉米籽粒收获机清选作业籽粒含杂率、籽粒损失率和综合指标的回归模型,田间验证试验表明,籽粒含杂率相对误差为5. 56%,籽粒损失率相对误差为5. 10%,综合指标相对误差为4. 60%,最优作业参数组合表现良好,且回归模型可靠。     

玉米脱粒清选试验台清选参数优化研究

为了了解玉米籽粒收获机清选参数对清选性能的影响情况,基于脱粒清选试验台对风机转速、鱼鳞筛开度、调风板倾角、曲轴转速进行了单因素试验和正交实验,以清选损失率和含杂率为评价指标,利用极差分析法得出了最优清选参数组合,即当风机转速为1 150r/min、鱼鳞筛开度为16mm、调风板倾角为54°、曲轴转速为325r/min时,清选效果最好,损失率为0.286%,含杂率为0.149%。     

双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机参数优化与试验

为进一步优化提升双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机的工作性能,基于实际试验方法与离散元仿真分析对样机主要工作参数进行了单因素试验,以选取的筛箱振动频率、前风道风量调节挡位和后风道风量调节挡位为自变量,以籽粒含杂率和清选损失率为响应值,按照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应曲面分析方法分别建立了各试验因素与籽粒含杂率、清选损失率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：选取的3个因素对籽粒含杂率、清选损失率影响的主次顺序均为筛箱振动频率、前风道风量调节挡位、后风道风量调节挡位,作业机最佳工作参数为筛箱振动频率2Hz、前风道风量调节挡位2、后风道风量调节挡位4.5。验证试验表明,籽粒含杂率均值为0.98%、清选损失率均值为2.66%,说明通过优化工作参数可降低胡麻脱粒物料在机械化分离清选过程中的含杂与损失,其作业效果较单一气流分离清选方式有显著改善。     

双出风口多风道离心风机清选装置主要参数试验优化

针对小麦联合收获机双出风口多风道离心风机主要作业参数调节不当导致清选损失与含杂较高这一问题,对双出风口多风道离心风机主要相关因素进行小麦台架试验,寻找各因素对收获质量的影响规律,并以清选损失率、含杂率作为评价指标,寻找最优参数组合。选择对小麦台架试验影响较大的3个试验因素,即喂入量、风门开度及风机转速,利用Design-Expert的中心组合试验设计理论,对3因素3水平进行响应面试验并对结果进行分析,研究各主要因素对损失、含杂2个指标规律的影响,并建立数学模型。台架试验表明:对损失较显著的影响因素有风机转速、风门开度;对含杂较显著的因素有风机转速、风门开度。通过对3个因素进行目标参数优化得到最优组合参数:喂入量4.68kg/s、风门开度10°,风机转速1600r/min。利用最佳组合参数进行台架试验验证,结果表明:损失率和含杂率分别为0.71%与0.43%,满足国标损失率≤1.2%、含杂率≤2.0%的要求,可为多风道离心风机的研究与设计提供数据参考与技术支撑。     

纵轴流联合收获机清选装置结构优化与试验

通过物料在气流作用下的运动方程从而找出影响物料运动状态的主要因素,利用正交试验分析风机转速、鱼鳞筛开度、分风板I角度、分风板II角度4个参数对清选性能(损失率及含杂率)的影响,从而得出单纵轴流联合收割机清选装置最佳的工作参数。为解决滚筒中后部落下的物料含杂率较高,籽粒容易随茎秆被抛出机外,造成谷物损失的问题,设计一种回程筛板(由回程板及编织筛组成)。田间试验发现:当回程筛板安装角度为3 0°、风机转速为1 4 0 0 r/min、第I导风板倾角为3 0°、第II导风板倾角为1 5°、鱼鳞筛开度为2 4.5 mm时,清选性能较佳,损失率为0.20%,含杂率为0.17%。     

稻麦联合收获机清选装置智能设计与优化系统研究

针对传统农机产品研发周期长、设计效率低等问题,构建了一套稻麦联合收获机清选装置智能设计与优化系统。该系统由用户需求模块、知识库和推理模块、参数化建模模块以及智能优化模块组成,可以实现清选装置的智能设计与优化。首先,在SQL Server 2012中建立了清选装置设计知识库,研究了清选装置设计的推理流程,系统可以根据用户需求,调用知识库中的相关设计知识,并使用实例和规则相结合的推理方法进行设计推理,从而输出清选装置关键零部件参数;其次,使用Visual Studio编程软件,结合C++及KF（知识融合）两种开发语言对NX进行二次开发,搭建清选装置参数化模型库,参考知识库和推理模块输出的零部件参数进行建模,得到清选装置部件模型;以清选装置入风口风速、上导风板倾角、下导风板倾角、振动筛频率为优化变量,设计清选装置CFD-DEM耦合仿真的正交试验,通过计算试验过程中的清选含杂率和损失率来评估清选效果;最后,基于仿真结果数据,采用PSO-SVR算法建立清选装置优化变量与清选含杂率、损失率的回归模型,使用SPEA2算法实现清选含杂率、损失率的多目标优化,并得到一组损失率最低的Pareto非劣解集,即当清选装置入风口风速为6m/s、振动筛频率为4.5Hz、上导风板倾角为32°、下导风板倾角为18°时,对应的清选装置模型损失率最低,含杂率、损失率分别为1.077%、0.97%。以此为参考,可优化清选装置关键零部件模型设计参数,为稻麦联合收获机清选装置设计提供优化方案。     

稻米清选的数值模拟研究与试验

采用"多球丛聚法"对稻米、稻秆、碎稻秆三种颗粒进行建模,并利用DEM-CFD耦合方法对不同气流速度、不同气流倾角时稻米清选的过程进行数值模拟,对不同参数下稻米的含杂率和夹带损失率进行对比,分析改变气流速度与倾角对气流速度分布及稻米平均含杂率、夹带损失率的影响规律,设计稻米清选的试验装置并进行了试验。结果表明:当气流速度设置为5 m/s时,稻米的平均含杂率为10.575%,夹带损失率为0.066%,将气流速度增大至9 m/s时,稻米的平均含杂率降低至0.307%,而夹带损失率上升至1.275%;气流速度为9 m/s,气流倾角倾斜10°条件下,稻米的平均含杂率相比气流倾角为0°条件下降低0.025%,而夹带损失率上升0.308%。通过对比发现试验结果模拟与仿真结果基本一致,表明利用DEM-CFD耦合方法对稻米清选过程的模拟是可靠的。     

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。     

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CFD的牧草种子收获机沉降箱体改进设计与试验

现有牧草种子收获机在收获牧草种子时,其收获总损失率与破碎率较高,杂质清选效果差,沉降不充分。为了解决上述问题,在现有沉降箱的基础上进行理论及结构分析,结合具体需求及整机结构外形来改进沉降箱清选结构,设计了一种圆弧减速挡板,减小了种子受到的冲击力,调整了挡板的大小以及位置,使得更多的种子经过沉降进行清选,提升牧草种子收获的质量合格率。通过计算流体动力学仿真对沉降分离装置的内部流场进行了仿真模拟,选择雷诺应力模型和DPM模型分别对气相和固相进行模拟得到气流场分布图和颗粒场的运动轨迹图。结果表明设计的圆弧减速挡板对比折线降速挡板的结构提升了种子沉降率,并减小了种子破碎率,并且在入口风速提高时,提高了箱底种子捕获率。通过牧草种子收获机收割苜蓿实地试验,分别对比了无挡板以及折线减速挡板的收获合格率。结果表明,采用圆弧减速挡板的沉降箱收获种子时沉降损失率为0.19%,破碎率为0.9%,均达到相关行业标准,证明了该装置的有效性。     

丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统仿真优化与试验

针对丘陵山地胡麻联合收获机空间布局有限,且收获后胡麻脱出物性状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,为提高丘陵山地胡麻联合收获机清选效率,探究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统工作机理,本文以丘陵山地胡麻联合收获机初选+精选复式清选系统工作模式为研究对象,分别建立初选系统、精选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型,采用CFD-DEM联合仿真技术,研究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统最佳工作参数和脱出物各组分运动轨迹及空间形态变化,得出丘陵山地胡麻联合收获机脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。CFD-DEM联合仿真结果表明,当初选系统入口风速为12.4m/s、精选系统离心风扇转速为1.154r/min时,机具清选效果最佳,其中初选系统胡麻籽粒损失率为0.3%,短茎秆排出率71.43%,颖壳排出率69.34%,轻杂排出率65.34%,含杂率39.01%;精选系统胡麻籽粒损失率为0,短茎秆排出率40%,颖壳排出率75%,轻杂排出率100%,含杂率2.56%;初选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为轻杂、颖壳、胡麻籽粒、短茎秆,精选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为颖壳、轻杂、短茎秆、胡麻籽粒。田间试验结果表明,当胡麻籽粒含水率为5.34%时,作业机具最佳作业状态下含杂率为3.61%、总损失率1.98%,作业期间整机运行平稳,作业指标符合胡麻机械化收获标准。试验结果与仿真结果高度吻合,验证了模型的可靠性。     

多参数可调可测式清选系统设计与试验

为了改善国内谷物联合收获机风筛式清选装置清选作业参数的调控、监测与显示方式简单且自动化程度较低导致清选效率较低的问题。分析了谷物联合收获机风筛式清选装置4个清选作业参数（振动筛曲柄转速、风门开度、风机转速和鱼鳞筛筛片开度）的调节理论依据,对每个清选作业参数的调控与监测装置进行独立设计,在联合收获机风筛式清选装置基础上设计了多参数可调可测式清选系统,实现风筛式清选装置清选作业参数的自动化调控、监测与显示,整体系统采用电力驱动,实现了收获机风筛式清选装置的绿色环保作业。经准确性检测多参数可调可测式清选系统4个清选作业参数的调节精度均不小于97.17%,具有良好的鲁棒性,可实现4个清选作业参数的精确调控与实时显示。本文利用装配了多参数可调可测式清选系统的4LZ-4型全喂入履带收获机,以总损失率和含杂率为清选性能评价指标,进行了大豆机收田间试验,试验时样机运行良好。试验结果表明,大豆机收田间试验总损失率和含杂率平均值分别为3.13%和2.70%,达到行业标准要求。     

可变地隙自走式红枣收获机设计与试验

为提高自走式红枣收获机的采收率,针对南疆矮化密植红枣种植现状,设计了一种新型的可变地隙自走式红枣收获机。介绍了该机的整机结构和工作原理。研制了可变地隙底盘、柔性采摘机构、鱼鳞式柔性导流机构和风力辅助式清选输送机构,实现了对红枣的采摘、输送和清选。开展相关试验,试验结果表明,整机工作可靠稳定,地隙高度为0.15 m时,采净率＞95%,能够满足果农对红枣采收的要求。      

燕麦弧形栅格筛复清选式圆筒筛清选装置设计与试验

为了解决燕麦清选装置清选性能低的问题,根据燕麦的物理特性对单风机三圆筒筛清选装置进行了结构改进,设计了一种燕麦弧形栅格筛复清选式圆筒筛清选装置。在大圆筒筛上安装了能使物料跳起、充分分离的跳跃板结构,并且设计和加装了弧形栅格式挡板筛及复清选部件,对大圆筒筛的跳跃板及弧形栅格式挡板筛的清选原理及受力进行了理论分析。以离心风机转速、大圆筒筛转速、弧形栅格式挡板筛倾角为试验因素,燕麦籽粒含杂率和损失率为试验指标,进行了室内三元二次正交旋转组合试验。室内试验结果表明:当离心风机转速为1 500 r/min、大圆筒筛转速为110 r/min、弧形栅格式挡板筛倾角为41°时,本装置清选效果最好,含杂率为1. 96%,损失率为2. 64%。田间验证试验结果表明,在最优参数下,含杂率为1. 97%,损失率为2. 68%。     

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 ...     

胡麻脱粒清选装置作业过程仿真与试验

针对分段收获后胡麻脱出物形状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,设计了胡麻脱粒清选装置。为提高胡麻脱粒清选装置作业效率,探究胡麻脱粒物料气流式清选机理,以装置气流清选系统为研究对象,分别建立清选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型。采用CFD-DEM耦合仿真技术,通过研究各组分脱出物料的运动轨迹与空间位置分布,得出清选系统内胡麻脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。仿真试验表明,胡麻脱粒物颗粒在清选系统内气流场的作用下表现出较好的分离清选效果,同时,通过分析模拟试验所得到的胡麻脱粒物颗粒数量和平均速度变化曲线,探明了胡麻脱粒物料在分离清选作业过程中运移的平均速度和数量的变化规律。验证试验表明,该装置在最佳工作状态下作业后胡麻籽粒的清选损失率为2.78%,含杂率为2.23%,与仿真模拟胡麻籽粒损失率（2.05%）、含杂率（1.56%）相比,二者试验结果分别仅相差0.73、0.67个百分点,实际试验结果与仿真模拟结果吻合度较高,验证了模型的可靠性。