新型风筛式清选装置设计研究

针对横置轴流式稻麦脱粒装置的脱出物沿筛面宽度由多到少的不等量分布,设计了包括圆锥形清选风扇、振动筛及传动装置的新型风筛式气流清选系统,并计算确定了各种结构参数和工作参数.研究表明,该系统适应非均布的混合物的清选要求,风扇叶轮圆锥角为2.3°时,振动筛前部可获得2m/s以上的横向风速,形成了轴流滚筒脱出物在振动筛面上沿宽度方向的均匀分布,从而提高清选质量.     

圆锥形风机清选室气流场数值模拟与试验

针对横置轴流联合收获机圆柱形风机产生的气流场不能解决脱出混合物在振动筛筛面堆集的问题,设计了圆锥形风机,阐述了圆锥形风机利用横向风优化脱出物筛面分布来改善清选质量的工作原理。根据清选室实际结构和尺寸建立了三维模型,利用CFDesign软件对无物料状态下圆柱形风机与不同锥度圆锥形风机作用下清选室气流场进行了数值模拟。利用布点法对不同类型风机作用下清选室气流场风速进行了测量,并通过物料分布对比试验和田间试验,验证了圆锥形风机的工作性能。结果表明:圆锥形风机作用下,清选室内产生明显的沿振动筛筛宽方向指向排草口一侧的横向风,当圆锥形风机锥度为3. 5°时,清选室气流场风速分布情况较为理想,在振动筛入口一角(下落物料最多的部位)产生的横向风速达到2. 68 m/s;与圆柱形风机相比,圆锥形风机作用下脱出物堆集中心点部位物料质量减少27. 66%,主下落区脱出物质量占脱出物总质量的比值降低10. 53个百分点,可使脱出混合物在筛分前得到预均布处理。圆锥形风机作用下,联合收获机损失率、含杂率和破碎率明显优于行业标准规定值,且与圆柱形风机相比,含杂率指标得到显著改善。     

双风机振动筛燕麦清选装置设计与仿真分析

针对燕麦草谷比大、清选困难导致籽粒含杂率高,影响机械化收获质量及后续加工的难题,提出了一种基于双风机的清选方法。利用空气动力学原理,根据燕麦脱出物清选特性,设计了一种燕麦双风机—振动筛清选装置,主要由振动筛、主离心风机及副离心风机等组成,可通过在清选室后部增加辅助清选装置,增强装置的排杂性能,防止杂余透筛而影响籽粒清洁率。利用ANSYS-fluent软件进行了仿真试验,对比分析了单风机和双风机清选装置的流场特点,结果表明：双风机振动筛清选装置能减小尾筛部位湍流现象,有效提高尾筛部位竖直气流速度,设计合理。     

油菜脱出物清选性能的试验

通过引入清选指数K,建立了油菜脱出物在气流和筛面复合作用下的运动方程。研究发现,油菜脱出物的特性、清选装置的曲柄半径、曲柄转速、离心风机转速等对清选性能影响较大。通过单因素试验,得出了对应参数对清选性能的影响规律。通过正交试验和综合平衡法,得出了适合油菜脱出物清选的最佳参数组合:曲柄半径为18mm,曲柄转速为310r/min,离心风机转速为900r/min。     

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。      

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。     

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。     

联合收割机清选室空间气流场的实验研究

研究和改善联合收割机清选室的气流场分布,使气流场和振动筛密切配合,对提高清选质量具有重要的实际意义.在DFQX-3型清选仿真与控制装置试验台上,设定离心风机转速5个水平和倾角3个水平,测量了每次试验时清选室空间75个测量点的气流速度.实验结果表明,离心风机的转速增大,各测点的气流速度也增大;调节出风角,就能调整筛面气流的高速区和低速区的分布.离心风机转速1250r/min,倾角25°时空间气流分布较适宜清选.实验结果对联合收割机清选装置的设计和开发具有一定的指导意义.     

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 ...     

半喂入联合收获机双圆锥离心式清选风机设计与试验

半喂入联合收获机脱粒装置栅格凹板分离的谷粒混合物,虽经抖动板均布,进入清选筛后仍存在筛面两侧多中间少的问题,影响清选质量。为此提出了利用双圆锥离心风机均布筛面谷粒混合物的筛面双侧横向气流均布思想。双圆锥离心风机工作时,具有K字形叶片叶轮的大小端之间存在风压差Δp,它可以产生横向气流。根据喂入量所需的清选气流全压、风量和风速,设计了具有K形叶片叶轮的双圆锥离心风机;计算了理论压力差及其所产生的横向风速;进行了气流流场数值模拟比较分析。经二次旋转正交组合模拟试验和多目标优化表明：当叶轮大端直径x1为308.72mm,风机转速x2为1186.71r/min、叶片锥度x3为3.12°时,最大横向风速va为3.26m/s,清选损失率y1为1.08%,籽粒含杂率y2为0.68%,指标达到相关标准要求,优于现有机型水平（清选损失率为1.5%左右,籽粒含杂率大于0.8%）。     

辊搓圆筒筛式谷子清选装置设计与试验

为解决谷子初脱后因物料中残留谷码多、含水率高而导致清选含杂率和损失率较高的问题,设计了辊搓圆筒筛式谷子清选装置。该装置主要由谷码辊搓装置、圆筒筛装置、横流风机和离心风机等组成,实现了先脱谷码后清选的功能。选取离心风机转速及角度、横流风机转速、圆筒筛转速和谷码辊搓装置主动辊转速作为试验因素,籽粒含杂率和损失率作为试验指标进行了正交试验,试验表明:谷码辊搓装置主动辊转速250 r/min、离心风机角度3°、小圆筒筛转速60 r/min、离心风机转速700 r/min、中圆筒筛转速60 r/min、大圆筒筛转速70 r/min,横流风机转速600 r/min为该清选装置的最优组合。对该参数组合进行验证试验,并对该装置清选性能进行对比试验,结果表明,在最优组合条件下籽粒含杂率为1.64%、总损失率为0.86%,该装置籽粒含杂率与总损失率均低于传统型风机圆筒筛式和风机振动筛式清选装置。     

联合收获机多风道清选装置气流场分布与风机参数优化

针对现有联合收获机单风道清选室难以满足脱粒排出物对气流速度和方向的要求这一问题,采用Solid Works软件设计了多风道清选室的流道模型,运用ICEM软件对其划分网格,再利用CFD技术对网格模型进行内部气流场分布的数值模拟,并以离心风机的转速、叶轮的叶片数和风机出风口角度3个设计参数作为实验因素,对清选装置内部气流场分布进行三因素二水平正交仿真实验。通过对多风道清选室全压云图和速度矢量图的对比分析,确定风机叶片数为4、风机叶轮转速为1080r/min、风机出风口角度为25°时,清选装置有利于籽粒从脱出物中有效分离和籽粒的清选。     

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%。     

谷物联合收割机清选横流风机的设计

随着谷物联合收割机向高效率、大型化发展,使得联合收割机清选部件宽度增加,传统的离心式或轴流式风机受机器宽度的影响,存在横向气流分布不均匀、结构尺寸大和动力消耗大等问题,直接影响谷物清选质量和效率,而具有二维流动的横流风机不受机器宽度的影响,并能产生良好的气流分布。为此,对横流风机进行设计,并确定了主要技术参数,为相关人员提供参考。     

纵轴流风筛式清选装置性能纵向分布规律的研究

利用自行研制的纵轴流风筛式清选装置试验台,对不同离心风机转速、不同离心风机出口倾角和不同曲柄转速影响下的筛下物和含杂率沿筛子纵向分布规律进行了试验研究,得到筛下物总质量、籽粒质量、杂余质量和含杂率沿筛子纵向的分布规律,对于指导生产具有重要意义。     

青稞作物脱粒物料清选试验

青稞作物机械收获存在清选损失率和含杂率高等问题。为提高青稞作物机械收获的清选质量,测试分析了青稞作物脱粒物料各组分的相关物性和悬浮特性。采用气吹式农业物料悬浮速度测量装置,测得青稞作物脱粒物料中籽粒、麦芒和颖壳、断穗、短茎秆及碎叶的悬浮速度分别为7.07～12.51、1.29～4.08、2.23～6.32、1.82～8.16和1.18～3.65 m/s。采用风筛式清选试验装置,以离心风机风速和风向、振动筛振动频率和振幅为试验因素进行单因素和正交试验,以籽粒清洁率和清选损失率为试验指标,运用极差分析法得出试验因素最佳组合为风机风速8.5 m/s、风向35°、振动筛振幅30 mm和频率190 r/min,其试验结果为清洁率97.32%、损失率3.73%。该试验可为青稞联合收割机清选装置结构参数和工作参数设计提供参考。      

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。     

结构参数设计对风筛式清选装置气流场的影响

运用Gambit软件建立风筛式清选装置的二维几何模型,利用Fluent软件中的标准k-ε湍流模型和壁面函数法对清选室内部气流场分布进行了数值计算。对风机出风口风速、出风口角度、出风口相对于筛面的位置、筛子的结构参数、贯流风机与离心风机串联以及导流板的配置等各个不同工况进行了气流场数值模拟,分析了工况不同时,对清选室气流场分布的影响,并提出了改进方案。     

花生联合收获机清选装置试验研究

进行了半喂入花生联合收获机花生脱出物组成成分的比例、组成成分尺寸和外形差异、悬浮速度,以及摘果辊下方分布等清选特性试验和检测。优化设计后的清选装置安装在半喂入花生联合收获机上,进行了田间正交试验,得到了影响清选性能的因素主次顺序为振动筛频率、风机转速、振动筛倾角、风机出风口角度;最优参数组合为振动筛频率7Hz,风机转速900r/min,振动筛倾角8°,风机出风口角度17°。优化设计后的清选装置能应用到国产某型号花生联合收获机上,经田间收获试验验证,达到设计要求。