饲料粉碎机筛片工作特性的探讨

对饲料粉碎机筛片工作过程进行了理论分析和试验研究，分析了与筛片的工作特性和筛片筛分效率密切相关的多种因素，提出了粉碎机筛片上各个筛孔的筛分效率与其所处位置密切相关和筛片除筛分物料之外，还有明显破碎物料的功能等观点，并对筛片碎粒机理进行了分析。     

锤片饲料粉碎机组合形筛片设计改善粉碎性能

针对环流层对环筛式锤片饲料粉碎机性能的影响,设计了组合形筛片,以改变环流运动规律,改善锤片粉碎机性能。论文分析了粉碎机使用组合形筛片对粉碎性能的影响。利用计算流体力学软件Fluent对粉碎机采用环形平筛及组合形筛片的气流场进行数值模拟,比较粉碎机使用2种筛片时的气流场速度、压力分布情况,验证了组合形筛片的使用可有效改善粉碎室气流场特性。在相同工况下,对装有环形平筛及组合形筛片的CPS-280型粉碎机进行粉碎性能比较试验,对比分析不同筛片对物料粉碎效果的影响。结果表明,组合形筛片的使用可提高生产率、改善物料的粉碎质量。尤其当筛片等分数目为4,翼形弧前段圆弧半径为26 mm,后段圆弧半径为200 mm,等边角为120°时,物料粉碎效果更佳,生产率较环形平筛提高28.98%,度电产量提高35.84%,温升降低2℃,物料粒径分布方差降低40.62%。该文采用组合型筛片的粉碎机气流场特征优于环形平筛,有利于改善锤片粉碎机性能。     

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。     

基于EDEM的振动筛分数值模拟与分析

为了寻找振动筛的最佳运动学参数（振幅、频率、振动方向角）,达到提高透筛效率并减少清选损失的目的,利用EDEM软件,对振动筛分过程进行数值模拟,得出在其他条件一定的情况下,随着振幅和频率的增加,物料沿筛面后移的速度增加,同时透筛效率增高,在振幅40 mm时和频率6 Hz时出现筛分损失;随着振动方向角的增大,在25°到45°范围内,物料沿筛面后移的速度增加,在45°时达到最大,超过45°之后,物料沿筛面后移的速度逐渐降低,而透筛效率在35°时最高,超过35°,透筛效率逐渐降低。模拟结果与试验测量结果总体趋势基本吻合,这表明了利用EDEM进行数值模拟的正确性和可行性。     

基于非球形颗粒模型的胡麻脱粒物振动分选仿真与试验

为提高仿真中胡麻脱粒物形状真实程度,减小仿真建模误差,该研究基于开源离散元法框架,采用超二次曲面单元法建立了胡麻脱粒物不同组分的非球形颗粒,对多级振动筛分过程进行了仿真与试验研究。研究中分析了一级筛、二级筛的筛面物料分布情况、不同物料的透筛率及含杂率,并开展了试验验证。仿真结果表明：超二次曲面法建立的非球形颗粒能很好地模拟真实物料的物理特性;一级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为99.08%、66.49%,蒴果可被分选;二级筛中籽粒、短茎秆透筛率分别为96.38%、4.79%,短茎秆可被分选。被分选的物料在激振作用下可在对应的筛面发生利于筛分的迁移。不同物料的含杂率统计结果分别为籽粒4.87%,短茎秆21.95%,蒴果3.38%。验证试验结果表明,胡麻脱粒物不同组分的透筛率、含杂率仿真与试验值的相对偏差均小于10%。研究结果证明超二次曲面法建立的非球形颗粒模型适用于振动分选作业。     

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。     

玉米螺旋式清选装置的设计与试验

针对传统振动筛存在噪音大、筛分效率不高等问题,该文基于螺旋输送原理设计出一种玉米螺旋式清选装置,装置主要由输送搅龙、料槽、半圆筛片、减速电机、变频器等组成。输送搅龙外径为100 mm,螺距为100 mm,工作长度为2 000 mm,螺旋轴轴径为20 mm,6 mm孔径的筛片开孔率约为40%,16 mm孔径的筛片开孔率约为35%。以筛分效率和破碎率增加值为试验指标,对含水率为14.5%的玉米分别进行大杂清选试验和小杂清选试验。大杂清选试验结果显示,筛分主要在筛片前部分完成,且破碎率随着输送搅龙转速的增加而增加。小杂单因素试验表明,随着输送搅龙转速的增大,筛分效率逐渐增加,破碎率增加值逐渐增大;随着初始填充系数的增加,筛分效率缓慢降低,破碎率增加值逐渐增大;随着输送角度的增大,筛分效率先增加后减小,破碎率增加值逐渐增加。小杂正交试验结果表明,3种试验因素的最优组合为初始填充系数20%,输送角度0°,输送搅龙转速500 r/min;显著性检验结果显示,输送搅龙转速对筛分效率和破碎率增加值的影响均显著（P<0.05）;输送角度对筛分效率和破碎率增加值的影响均不显著（P>0.05）;而初始填充系数对筛分效率的影响显著（P<0.05）,但对破碎率增加值的影响却不显著（P>0.05）。该装置工作过程中噪音较小,运行可靠,筛分效率达到98.5%,试验结果可为后期研发螺旋式清选设备提供参考。     

棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律

为深入研究和揭示多维振动筛筛面物料运动规律和透筛机理以及设计三自由度混联振动筛,基于机构拓扑结构理论构造了一种全解耦的三自由度混联机构2PRRR-P(2R),作为三自由度振动筛的主体激振机构;运用D-H变换矩阵推导出筛面的运动轨迹方程,并运用ADAMS软件对振动筛进行运动学仿真,验证了机构设计的可行性;基于离散元法对棉籽颗粒群在三自由度振动筛筛面上的筛分过程进行了模拟分析,表明筛面的三维运动能增加颗粒群在X和Y向的抛掷位移,使颗粒群平均透筛时间缩短;试验结果表明,筛面增加X向的振动后,分散度增加约54%,筛分效率增加约46%;筛面增加X向和Y向的振动后,分散度和筛分效率分别增加约152%和68%,比仅增加X向振动时分别增加约62%和15%,试验结果与EDEM仿真结果一致。研究表明,三自由度混联振动筛能实现筛面沿X、Y、Z向的三维独立振动,其自由度、振幅、频率等振动参数调节方便;筛面的三自由度振动利于颗粒物料在筛面上分散,可大幅提高筛分效率。该研究对进一步研究多维振动筛分机理、研制三自由度混联振动筛产品样机等提供了参考。     

基于离散元法的茶叶抖筛机结构参数优化与试验

茶叶抖筛机是茶叶精加工的关键装备,传统抖筛装备主要通过经验设计,筛分性能较差,主要表现在筛净率较低、误筛率较高。该研究结合抖筛机的筛分原理,运用solidworks构建虚拟样机,利用EDEM软件建立茶叶颗粒离散元仿真模型,通过单因素仿真试验对茶叶颗粒进行动力学分析,结果表明,连杆长度、曲柄半径和筛面倾角是茶叶抖筛机筛分性能的主要影响因素。以筛净率、误筛率为评价指标,设计三因素三水平二次旋转正交试验,并运用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,当连杆长度为1 977 mm、曲柄半径为25 mm、筛面倾角为2.8 °时,茶叶筛净率为94.5%、误筛率为4.61%,筛分性能最优。以最优结构参数进行验证试验,筛净率为93.8%,误筛率为4.73%,生产效率为319kg/h,较优化前筛净率提高3.42%,误筛率降低7.62%,生产效率提高8.87%。该研究结果可为茶叶筛分装备的优化提供理论依据。     

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....     

导流条安放角度对管道车间断面螺旋流流速特性的影响

为分析筒装料螺旋流管道水力输送的能耗问题,该研究以导流条安放角为主要控制变量,采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究了不同导流条安放角条件下管道车间断面的螺旋流流速特性。结果表明:不同导流条安放角条件下,管道车间断面的轴向流速分布趋势基本相同,均呈现先由管壁向内扩散,再由管轴线向外扩散的分布特征,且管道车间各断面轴向流速值整体较大,最大值达到3 m/s。不同导流条安放角下车间断面的径向流速基本在-1～1 m/s之间波动,且径向流速值为0的区域相对较大;随着导流条安放角度的增加,管道车间断面的径向流速逐渐呈现120°旋转对称分布,且在0°、120°与240°极轴方向上径向流速值较小。相较于轴向和径向流速,周向流速受导流条安放角的影响最大,且周向流速强度随导流条安放角的增大而增大,最大值能达到1.5 m/s。同时随着导流条安放角的逐渐增大,沿圆周断面呈逆时针旋转的周向速度增加;同径向流速类似,随着导流条安放角的增加,管道车间断面的周向流速也逐渐呈现120°旋转对称分布,但在0°、120°与240°极轴方向上周向流速值反而较大。该研究不仅完善了管道螺旋流理论,而且可为筒装料管道水力输送技术的推广应用提供理论参考。     

内充气吹式玉米精量排种器设计与试验

针对内充机械气力组合式排种器工作压强范围窄,排种器在工作压强范围外工作时,合格指数低的问题,该文基于气吹式排种器气流清种及气压式排种器种子压附原理,设计了一种内充气吹式排种器,对清种-压种组合式气嘴的倾角和安装位置进行设计计算。对清种气嘴的截面倾角进行流体仿真分析,并对不同类型的玉米种子在不同工作压强下进行了排种器台架试验。结果表明:不同类型种子的合格指数呈现出大扁种子小扁种子小圆种子大圆种子的规律;工作压强为4.5和5.0 k Pa时,大扁种子和小扁种子的合格指数均达95%以上,该排种器适用于扁型种子的播种。     

揉碎机揉碎机理分析及锤片结构优化

为了提高揉碎机性能,实现物料的高能效揉碎。该文首先分别从喂入、切碎、揉搓3方面深入阐述了锤片本身结构及其激励下揉碎机内流场变化对高效揉碎的影响机制。通过在理论上丰富锤片结构参数对揉碎性能影响,提出锤片倾角作为新的结构参数,及倾角锤片设计原理。运用计算流体力学方法分别讨论了无倾角与倾角8°的锤片激励下内流场变化规律,对锤片倾角与高效能揉碎之间相关性加以验证。结果表明,具有倾角锤片可以通过对气流场调节实现高能效揉碎,仿真结果与验证实验结果误差不超过7%。该研究为揉碎机锤片参数优化提供了新思路,为实现高效揉碎提供了理论依据。     

微灌鱼雷网式过滤器全流场数值模拟

为了充分了解鱼雷网式过滤器内部流场分布规律,该文应用雷诺时均(Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS)方程及RNG k-ε湍流模型,对过滤器内部全流场进行全流场数值模拟。结果表明:鱼雷部件和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压力场分布规律影响很大,鱼雷部件的影响是尤为突出;滤网及其内、外侧的水流流速沿X轴的变化规律分流速迅速增加、流速迅速减小和流速缓慢减小3个阶段;滤网内外压力分布有很大的的差异,滤网内侧压力沿X轴分布从迅速增加到缓慢减小、最后趋于稳定。而滤网外侧压力分布沿X轴的变化很大,特别是在出水口处压力迅速减少,压力沿X轴的波动幅度较大。滤网内侧压力比外侧的大,两者的压力差沿X轴越来越小,最大压力差为23 k Pa左右,最小压力差为0.5 k Pa。研究结果认为整个滤网堵塞不均匀,滤网堵塞呈现从尾部开始向出水口方向发展的趋势,对后续滤网的冲洗排污产生重要影响。该文建议在设定最佳排污压差时需要慎重考虑。     

玉米亲本种子变幅振动式分级装置研制

针对玉米繁种阶段亲本种子播前分级效率低、筛面自净效果差的问题,该研究提出一种变幅振动筛分方法,并设计了种子分级振动筛装置,对驱动机构和自净清筛装置进行设计与分析。在喂入量2.5 kg/s的条件下,以京科968玉米种子为试验对象,以分级合格率、作业时间和卡种数量为试验指标,通过四因素（进料口高度、振幅、振动频率和筛面倾角）三水平Box-Behnken试验,建立各因素与试验指标间的回归模型,并对参数进行优化。结果表明,影响变幅振动式分级装置分级合格率的主次因素顺序为振动频率、筛面倾角、振幅和进料口高度,影响作业时间的主次因素顺序为振动频率、振幅、筛面倾角和进料口高度;卡种数量具有较大的随机性,当振幅和振动频率都较低时,筛面卡种数量急剧增多,自净效果极差。最优参数组合为进料口高度19 mm、振幅5 mm、振动频率8.25 Hz、筛面倾角7°,模型优化预测结果为分级合格率88.04%,作业时间40 s。在最优条件下的验证试验结果为分级合格率89.55%、作业时间39 s,平均卡种数量8粒,与预测结果基本一致,较等幅振动式分级装置的分级合格率提高3.25个百分点,作业时间减少4 s,平均卡种数量减少2粒,作业性能优于等幅振动式分级装置。分级装置分级效率达0.33 t/h,各项指标均满足相关设计要求。研究结果可为繁种阶段种子分级装备的设计提供参考。     

半喂入四行花生联合收获机弹指筛结构运行参数优化

针对4HLB-4型半喂入四行高效花生联合收获清选环节含杂率高、损失率大、杂物堵塞等难题,创新设计了1种搭接式弹指振动筛,并开展3种传统筛体冲孔筛、编织筛、栅条筛和弹指筛的对比试验,试验结果表明弹指筛在大喂入量高效收获工况下清选效果较好。在单因素试验基础上,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法,以弹指筛振动频率、弹指直径、弹指筛振幅和安装倾角作为影响因素,开展四因素三水平二次回归正交试验,运用响应曲面法来分析各因素对含杂率和损失率的影响效应,并对影响因素进行了优化。试验结果表明:含杂率影响显著性顺序为弹指筛振动频率(29)弹指直径(29)弹指筛振幅(29)安装倾角;损失率影响显著性顺序为弹指筛振幅(29)安装倾角(29)弹指筛振动频率(29)弹指直径;最优工作参数组合为弹指筛振动频率6 Hz、弹指直径3 mm、弹指筛振幅7 mm、安装倾角2.8?,对应的含杂率和损失率分别为2.41%、0.711%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为4HLB-4型半喂入四行高效花生联合收获清选机构的完善设计和作业参数优化提供参考。     

基于特征线法的含气输水管道水锤特性分析

输水管道发生关阀、泄漏等工况时,常处于气液两相流状态,极易造成异常压力波动,加剧了水锤的破坏性,影响管道的安全运行。为研究复杂输水管道内异常水压问题,该研究基于特征线法,建立了考虑非恒定摩阻的含气瞬变流模型,并引入离散气体空腔模型（Discrete Gas Cavity Model,DGCM）进行求解计算。对比了有无空气罐对含气瞬变流规律的作用,并研究了含气率、空气罐安装位置等因素对阀门末端压力的影响。结果表明,空气罐能大幅降低压力峰值,使管道快速达到稳定状态,无空气罐防护时压力峰值高达29.69 m,增加空气罐后压力峰值仅为8.38 m;含气率的增高、初始流量的减小、初始泄漏量的增大、空气罐离下游距离越近都可使管内压力峰值降低。研究结果可为输水工程的安全防护相关研究提供参考。     

粉碎机筛网破损在线自动识别装置设计与试验

在饲料生产过程中,目前主要依靠人工获取粉碎原料样本,通过感官或标准筛识别样本的粒度,从而判定粉碎机筛网是否破损。为了实现粉碎机筛网破损在线自动识别,该研究设计了一种自动取样机构,应用机器视觉技术,搭建了粉碎机筛网破损在线自动识别系统。该系统主要由取样机构、筛分机构及图像采集机构等组成,采用西门子S7-200PLC可编程控制器实现装置的自动控制,其中取样机构用于在线自动获取饲料样本,筛分机构实现样本中细粉的剔除,图像采集机构采集剔除细粉后的颗粒图像,建立样本图像数据集。使用Python进行图像处理,以样本图像中大颗粒的平均等效投影圆直径和平均最小外接矩形面积作为特征参数,分别运用阈值法、K近邻法和径向基函数支持向量机建立筛网破损识别模型。结果表明,当将2个特征参数同时输入K近邻法模型且临近值个数k为3时,模型对孔径1.0和2.0 mm的筛网是否破损的测试集识别正确率最高分别为94%和96%。该研究设计的粉碎机筛网破损在线自动识别装置可以实现粉碎机筛网破损在线自动识别,为粉碎机筛网破损在线自动识别提供了新的方法和技术支撑。     

籽棉清理漏斗形重杂分离器的参数优化与试验

为提高重杂分离器的分离效率,该文以MQZH-10型漏斗形重杂分离器为研究对象,基于计算流体力学软件对其速度流场、籽棉和杂质轨迹进行模拟分析,设计了四因素五水平二次正交旋转试验,研究了入口风速、导流板倾斜角、补风口风速、可调挡板倾角4个因素对落棉率、铁钉去除率、石子去除率和铃壳去除率的影响,建立了二次回归数学模型。通过建立的数学模型分析了4因素对各指标的影响,利用多目标非线性优化方法确定了漏斗形重杂分离器的最佳工艺参数组合,即入口风速为21 m/s,导流板倾角为44°,补风口风速为2 m/s,可调挡板倾角为45°。此时,落棉率为0.48%、铁钉去除率为96.59%、石子去除率为85.96%,铃壳去除率为31.57%。通过该文给出的最优参数组合,来设置漏斗形重杂分离器的参数,减少了分离器参数设置的盲目性,提高了重杂分离效率。