脱出物喂入量对多风道清选装置内部气流场的影响

为研究联合收获机脱粒装置脱出物喂入量对清选装置内部气流场的影响,研制了多风道清选试验台,在清选室内振动筛上、下方分别布置25个气流速度测点,并在风机转速1 350 r/min、鱼鳞筛开度22 mm、分风板Ⅰ倾角24°、分风板Ⅱ倾角20°的额定工作参数下,采用VS110型热线式风速仪对清选装置内部无脱出物和1~4 kg/s脱出物喂入量工况分别进行气流场测量试验。试验结果表明:各测点的气流速度随脱出物喂入量的增大而有着不同程度的减小;无脱出物时各测点的气流速度最大,喂入量每增大1 kg/s,振动筛上方测点的气流速度下降1.2%~16.4%,振动筛下方测点的气流速度下降1.4%~9.3%;特别是在最大4 kg/s喂入量时,振动筛上方气流速度衰减较多,比无脱出物时气流速度下降12.6%~30.7%;相同喂入量条件下,振动筛横向1/3、2/3处的气流速度比1/2处大,振动筛纵向筛面上方前部气流速度较小、中后部气流速度较大、筛尾处气流有所回升。研究结果为多风道清选装置的设计和田间试验时参数调整提供依据。     

全喂入谷子联合收获机脱出物含水率对其悬浮特性的影响

谷子脱出物的悬浮特性是研究谷子收获清选参数优化及装备改进设计的基础特性。该文采用气吹式粮油作物脱出物悬浮速度测量装置,根据悬浮速度测定方法国家标准要求,设计分段悬浮试验测量了谷子经联合收获时的待清选脱出物各组分的悬浮速度及其在不同含水率下的悬浮速度,探究了谷子脱出物悬浮速度与其含水率的关系,预估了适宜的清选风速范围,并通过清选试验进行了验证。试验结果表明:收获的谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度分别是4.29～8.88、1.03～5.48、1.71～5.33、1.03～3.09 m/s,籽粒的悬浮速度大于叶子的悬浮速度,但与穗瓣、茎秆的悬浮速度数值区间有极小部分重叠。随着谷子作物含水率的降低,谷子籽粒悬浮速度与穗瓣、茎秆、叶子悬浮速度的差距在增大。含水率均显著影响谷子脱出物各组分的悬浮速度(P≤0.05),谷子籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度均随其含水率的增高而增大,且均与其含水率呈二次函数关系(R2≥0.95)。清选试验结果证明预估是合理的,谷子脱出物的适宜清选风速范围为4.29～5.48m/s,最佳清选风速为4.47m/s,此时籽粒损失率为4.68%,籽粒清洁度为98.83%。该研究可为谷子适时收获时期和最优清选工作参数的确定提供参考。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

气吹式粮油作物脱出物清选悬浮速度测量装置设计与试验

物料悬浮速度是研究物料清选技术及装备的重要基础数据,针对作物经联合收获脱粒后的待清选脱出物的特点,根据物料悬浮原理及清选工况特点,该文设计了一种竖直吹气式的农业物料悬浮速度试验装置,并设计分段悬浮试验测量了收获期谷子、荞麦、燕麦经稻麦联合收割机收获后的待清选脱出物各组分的悬浮速度。结果表明:谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.29~8.88、1.03~6.48、1.71~6.09、1.03~3.09 m/s;荞麦脱出物籽粒、分枝、茎秆、叶子的悬浮速度分别是:4.47~10.18、1.85~5.18、2.80~8.37、0.76~2.99 m/s;燕麦脱出物籽粒、种皮、分枝、茎秆、叶子、未脱皮籽的悬浮速度分别是:4.35~11.01、0.62~1.71、1.62~4.52、1.14~6.28、0.91~3.56、3.24~9.48 m/s。谷子、燕麦籽粒的悬浮速度可与其大部分轻杂物的悬浮速度区分开,燕麦籽粒的悬浮速度与其未脱皮籽的悬浮速度相接近;荞麦籽粒的悬浮速度可与其小部分轻杂物的悬浮速度区分开。该研究可为农业物料机械清选技术及装置的研发提供参考。     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作，有效利用气流对物料进行吹散分层，并提高水稻籽粒透筛效率，该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进，改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机，振动筛上筛使用百叶窗筛，其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析，数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀，筛片开度越大，筛片之间越容易产生小型涡流，从而造成气流混乱；使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量，对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致，验证了数值模拟结果的准确性；进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充，分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz，得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好的结论，其籽粒含杂率为1.52%，损失率为1.11%；且由结果分析可知，百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作，提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路，为进一步研究打下了基础。     

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场分析与优化

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场对筛面风速分布和清选效果具有显著影响。该研究以雷沃重工RG-60型联合收获机为研究对象,通过田间试验测试了清选装置上筛面风速分布情况,结果表明上筛面右侧的风速大于左侧,风速分布均匀性差,造成振动筛左侧的脱出混合物堆积现象,不利于清选作业。为解决上述问题,对清选装置内部脱出混合物的受力和运动速度进行分析,利用HyperWorks软件对清选装置内部的风速分布进行仿真,结果表明风机前出风口和尾筛中部的风速最大值为8.6 m/s,筛面右侧风速偏大,左右两侧风速平均差值为2.6 m/s,试验和仿真结果的各测点风速变化规律一致。对清选装置的结构进行仿真优化,并进行优化后联合收获机田间试验,结果表明当清选装置右侧挡风板逆时针转动30°时上筛面风速分布最均匀,风速最大值为8.7 m/s;左右两侧流场对称分布,筛面各测点的风速比优化前平均提高2m/s;小麦籽粒损失率为0.89%,含杂率为0.37%;水稻籽粒损失率为1.85%,含杂率为0.51%,清选效果良好。研究结果为单纵轴流收获机清选装置结构设计提供了参考。     

大豆脱粒机气力清选循环装置研制与性能试验

为提高大豆脱粒机的清选效果、降低脱粒损失与含杂率,该文利用农业物料漂浮速度试验台测得了大豆脱出物的漂浮速度:完好豆粒9.18～11.61m/s,瘪粒及豆瓣6.14～7.74m/s,未脱净豆荚3.81～5.48m/s,短硬茎杆2.53～4.04m/s,碎秸秆和荚壳1.95～3.75m/s;并根据漂移速度试验结果研制了气力式清选装置和旋风式杂余分离、循环装置并进行了性能试验。性能试验表明,改进的大豆脱粒机最佳风机转速526～611r/min、振动筛频率276～320Hz时,大豆清选后秸秆含杂率和清选损失率分别为0.70%和0.30%～0.32%。研究结果为优化大豆脱粒机气力清选系统设计、提高大豆脱粒机性能提供参考。     

大豆玉米兼用清选装置的设计与试验

为解决大豆玉米间套作中收获机清选装置小,清选通用性差、清选时间不足导致的作业效果差等问题,该研究以4LZ-3.0Z小型自走式谷物联合收获机清选装置为基础,改进了一种大豆玉米兼用清选装置的试验台,首先使用EDEM建立玉米清选主要脱出物离散元模型,应用EDEM-Fluent耦合仿真对比原筛箱A（直上筛和下筛）、改进筛箱B（上筛分段、下筛凹面）、改进筛箱C（下筛凹面更大）的清选过程,验证设计合理性。然后选取振动频率、上筛倾角、下筛倾角为试验因素,以含杂率和损失率为试验指标,对大豆和玉米分别进行单因素试验和响应面试验,研究所选试验因素对试验指标影响,并分别获得两种作物最佳工作参数组合。仿真试验结果表明：筛箱B中籽粒透筛区域和物料移动趋势相对于A、C更加利于清选。台架试验结果表明：所选试验因素对试验结果均有显著影响（P<0.05）,对于两种作物,当振动频率增大,损失率和含杂率均先降低后上升;当上筛和下筛倾角增大,含杂率先下降后上升,损失率持续下降。大豆响应面试验结果表明：当振动频率为5.9Hz、上筛倾角为10.5°、下筛倾角为6.5°,最优清选效果含杂率均值为0.622%,损失率均值为0....     

食葵联合收获机圆筒清选筛结构优化与试验

为提高食葵联合收获机清选系统适应性和作业性能，该研究基于食葵脱出物物料特性，分析了圆筒清选筛筛孔尺寸、筛体安装倾角范围、助流螺旋叶片结构参数和圆筒筛转速范围，借助EDEM探究了筛体内物料运动特性及籽粒透筛特性。以“葵花363”为对象进行台架试验，通过单因素试验探究了筛体安装倾角、圆筒筛转速及喂入量对清选效果的影响，确定了各因素优选区间。根据单因素试验结果，以清洁率和损失率为评价指标开展正交试验，通过综合评分法分析得出影响圆筒筛清选效果的主次因素顺序为筛体安装倾角、圆筒筛转速、喂入量；清选装置较优参数组合为喂入量0.6 kg/s，筛网安装倾角3°，转速25 r/min，清洁率为98.92%，损失率为1.97%。以优化参数进行田间试验，清洁率为96.53%，损失率为2.08%，较风扇振动筛的清洁率提升3.32个百分点，损失率减少4.11个百分点。研究结果可为食葵机械化收获清选装置的结构设计和优化改进提供理论参考。     

油菜联合收获机分离清选差速圆筒筛设计与试验

为减少油菜联合收获机旋风分离清选系统负载和提高清选性能,该文设计了一种与旋风分离清选装置配合使用、可对油菜脱出物进行初步筛分的差速圆筒筛。分析计算了筛网与助流装置转速范围,开展了基于EDEM的性能指标正交试验,以筛分损失率与筛下物清洁率为指标,以筛网转速、助流装置转速和助流装置投影面齿数为影响因素,得出了最佳参数组合,并开展了台架及田间验证试验。仿真结果表明:最佳参数组合为筛网转速35 r/min,助流装置转速80 r/min,助流装置投影面锯齿数6个。台架验证试验表明:整机喂入量3 kg/s、脱出物喂入量为1 kg/s条件下,差速圆筒筛与旋风分离清选装置配合使用,清选系统油菜籽粒总损失率为4.83%,其中筛分损失率为3.97%,清洁率为85.7%,风机转速可降低36.9%。田间试验表明:清选系统损失率平均值为5.9%,籽粒清洁率平均值为84.4%,平均功耗为3.48 kW,差速圆筒筛作业顺畅。该研究可减少旋风分离清选负载,为油菜联合收获机清选系统的结构改进和优化提供参考。     

预切种式木薯排种机构设计与试验

针对当前预切种式木薯播种器存在充种效果差、合格指数低的问题，该研究设计了一种由落种滑板、主动辊筒、型孔摩擦带、支撑辊组、从动辊筒及储种箱等组成的预切种式木薯型孔摩擦带式精密排种机构。阐述了排种机构的基本结构和工作原理。对关键部件参数进行设计，通过理论分析确定影响排种机构充种性能的主要因素为型孔摩擦带型孔形状、型孔数量、型孔摩擦带安装倾角、型孔摩擦带速度以及种茎层厚度。基于离散元法（discrete element method,DEM）建立种茎群-型孔摩擦带仿真模型，通过单因素仿真分析各因素对充种性能及种茎群规律的影响。以充种合格指数和漏充指数为评价指标，通过二次回归正交旋转组合仿真分析确定最优参数，利用Design-Expert数据软件，建立各试验因素与评价指标的数学回归模型，并进行参数优化。结果表明，影响充种合格指数和漏充指数的因素主次顺序为型孔摩擦带速度、型孔摩擦带安装倾角和种茎层厚度，圆整后的最优参数为型孔摩擦带速度0.6 m/s、型孔摩擦带安装倾角45°，种茎层厚度250 mm，此时的模型预测充种合格指数为94.63%，漏充指数为3.42%，重充指数为1.95%。在最优参数下...     

切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计

针对切流式花生全喂入联合收获机清选环节果杂分离不清、损失率高、缠膜挂秧、筛面堵塞等难题,该文设计了一种风筛组合、无阻滞、大小杂并除的清选机构,其主要由上层筛(杆筛)、下层筛(多阶弹性筛和后筛)、抖草轮、偏心套、风机等组成。该文运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面上滑、下滑、从筛面跃起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数的理论值域;运用达朗伯原理开展了交变载荷下筛体的受力分析,确定了筛体关键结构参数。该文对影响清选作业质量主要因素开展了试验研究,试验结果表明:影响清选机构综合作业质量的主次作用因素为主风机转速、振动筛振幅、振动频率,较优参数组合为主风机转速2 100 r/min、振动筛振幅12.5 mm、振动频率9Hz,此时清选损失率5.03%、荚果含杂率5.39%;清选机构作业顺畅性较好,较少出现缠膜挂秧、筛面堵塞现象。研究结论可为切流式花生全喂入联合收获机清选机构的设计提供理论参考。     

基于EDEM-Fluent仿真的自旋射流式挖藕机的设计与试验

为解决藕农人工挖藕劳动强度大,效率低,易损伤莲藕的难题,针对现有挖藕设备成本较高,操作过程繁琐,需要一定经验技术才能掌握的缺陷,设计了一种自旋射流式挖藕机。阐述了该机的结构和工作原理,通过离散元法和流体动力学耦合仿真分析了泥土-射流之间的相互作用机理,明确了关键部件喷头的结构参数对试验指标的影响规律,即挖掘深度随着喷射角度30?至60?范围内的增加而减小,随着射流速度10至20 m/s范围内的增加而增加。通过分析仿真射流过程发现,当喷射角度为30?时,会出现泥土回填的情况。台架试验和田间试验表明:自旋射流式挖藕机喷头直径为17 mm,喷射角度30?时,可以以0.2 s的速度前进,完全挖出埋于泥土深度400 mm内的莲藕,莲藕无损伤,且表面无泥土粘结,挖掘幅宽约为1.2 m。该文提出了EDEM-Fluent耦合仿真的运用将有利于莲藕采挖设备的作用机理研究,为莲藕采挖设备的设计与优化提供理论依据。该耦合仿真方法还能应用于江河湖泊清淤、管道清理等其他水力作业领域的研究。     

批次式种子清选机橡胶球清筛装置激振力模拟分析

橡胶球清筛装置清筛性能对批次式种子清选机作业效率与质量具有重要影响,橡胶球对筛面的激振力是决定清筛性能的关键因素。针对橡胶球随机弹性碰撞清筛过程理论解析困难、橡胶球激振力难以精准获取等问题,该研究介绍了橡胶球清筛装置结构与工作原理,分析了橡胶球弹跳产生条件与激振力作用机制;采用Hertz-Mindlin接触模型建立了筛分装置EDEM-MBD耦合仿真模型,并搭建了橡胶球激振力测定装置,单个橡胶球平均激振力、最大激振力模拟值与实测值相对误差分别小于5%、10%,形成了橡胶球激振力模拟方法;采用四因素三水平Box-Behnken试验模拟了不同工况下清筛装置激振力,建立了平均激振力、最大激振力与振幅、振动频率、筛面倾角、球格球数等参数的数学关系;以筛面卡种数量为指标开展了玉米种子清选清筛性能试验,获得了不同振动频率下筛面卡种数量与清筛装置激振力的对应关系。试验结果表明：振动频率为7.2 Hz时筛面无卡种,清筛装置平均激振力8.87 N、最大激振力18.78 N;批次式玉米种子清选作业各工况清筛装置激振力应满足条件：平均激振力≥9 N、最大激振力≥19 N。研究结果可为橡胶球清筛装置清筛机理研究及其结构参数优化提供研究方法与设计参考。     

基于堆积试验的小麦离散元参数分析及标定

为确定小麦离散元仿真参数,以真实试验及不同参数组合下仿真得到的小麦颗粒堆休止角为响应值,基于响应面优化标定了小麦离散元仿真参数。研究应用Plackett-Burman试验对8个初始参数进行筛选,发现小麦-小麦静摩擦系数、小麦-有机板静摩擦系数以及小麦-小麦滚动摩擦系数对颗粒堆休止角影响显著。在通过最陡爬坡试验确定显著性参数最优值区间的基础上,根据Box-Behnken试验结果建立了休止角与显著性参数的二阶回归模型并对其进行优化,得到显著性参数的最佳组合为:小麦-小麦静摩擦系数0.58、小麦-有机板静摩擦系数0.61、小麦-小麦滚动摩擦系数0.08。最后将最佳参数组合下仿真得到的休止角与真实试验值进行对比验证,发现二者无显著性差异(P0.05),表明应用响应面优化标定小麦离散元仿真中所需的参数是可行的;同时,标定所得的最佳参数组合可为小麦离散元仿真参数的选取提供参考。