玉米清选组合孔筛体设计与试验

为增强玉米清选筛体对高喂入量脱出物的筛分能力,以适应玉米联合收获机快速发展要求,以玉米籽粒为研究对象,对贝壳筛体作业机理进行分析,探究筛分过程中籽粒在贝壳筛体上运动状态,得到贝壳筛对籽粒的筛分特性和籽粒的透筛模型。为增大籽粒透筛概率,基于贝壳筛和圆孔筛的筛分特性,设计了贝壳-圆孔组合孔筛体。在玉米脱出物不同喂入量条件下进行仿真试验,对组合孔筛、圆孔筛、贝壳筛作业效果进行对比,结果表明:在喂入量为6 kg/s情况下,组合孔筛作业后的籽粒损失率、清洁率和筛分时间分别为1. 15%、97. 53%和5. 50 s,均满足国家标准要求,且组合孔筛的籽粒损失率比圆孔筛和贝壳筛分别减少了5. 79个百分点和7. 84个百分点,通过台架试验验证了仿真结果准确性。在喂入量分别为5 kg/s和6 kg/s条件下对组合孔筛与阶梯筛筛分效果进行对比,在喂入量为6 kg/s、气流速度为12. 8 m/s、气流方向角30°、振动频率为5. 15 Hz时,组合孔筛相对阶梯筛籽粒损失率降低5. 60个百分点,筛分时间缩短0. 93 s,清选效果提高。     

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。     

荞麦剥壳机组不同工况下能耗检测

为了理清荞麦米加工的耗能状况,设计制造了一套与目前荞麦米生产相当的荞麦剥壳机组。参考稻谷加工设备能耗检测方法,设计了荞麦剥壳机组的能耗检测试验方法。以Φ4.0~5.0mm粒径的荞麦作为试验材料,剥壳机料门开度、振动筛驱动转速和筛体形式为试验因素,荞麦米中的未分离率、碎米率为约束条件,检测荞麦剥壳机组的吨米耗电量。试验结果表明:荞麦剥壳机组在剥壳机料门开度为20mm、振动筛驱动转速为2 058 r/min时,吨米耗电量最小;吨米耗电量随荞麦粒径增大而减小;新筛体与原筛体相比,吨米耗电量降低4.3%,碎米率降低1.36%,未分离率降低0.72‰。研究表明:采用较优工作参数和新规格筛体可以提高荞麦剥壳机组生产效率,降低生产能耗。     

四层筛式花椒筛选机设计与试验

针对二层及三层筛式花椒筛选机筛选摆动频率、筛净率及筛选效率低等问题,设计了四层筛式花椒筛选机,利用顶层筛与第2层筛连接、第3层筛与底层筛连接,两套连接装置由偏心轮驱动和连杆牵引摆动时互为反向运动,从而减小摆动不平衡力矩,提升筛选最高摆动频率。开展了整机结构与关键部件设计,机架及四层筛的振动模态仿真,分析了机架与筛面稳定性、摆动机构参数、筛面倾角与摆角,进行了筛选稳定性和筛选性能试验。结果表明：筛选机机架、顶层筛、第2层筛、第3层筛和底层筛的1阶振动频率分别为9.7、9.9、11.7、9.3、9.4Hz,整机固有振动频率约为11.8Hz;筛选频率越高则最大喂入量和筛选效率越大;筛选机摆角为2.77°、顶层及底层筛倾角分别为6.95°和8.12°时,最优筛选频率为9.0Hz,最大喂入量达792kg/h,筛选效率为559kg/h,花椒壳筛净率和损失率分别为98.1%和3.1%,花椒籽筛净率和损失率分别为94.1%和4.2%。     

基于EDEM的荞麦籽粒建模及振动筛分数值模拟

针对荞麦振动筛分设备设计中工作参数的确定对试验依赖性大,不同振动频率下设备筛分效果评价成本高、设备研发周期长的问题。根据荞麦籽粒形态特征,借助EDEM软件采用手动填充法建立荞麦籽粒的多球颗粒模型,根据荞麦筛分需求设计单层振动筛整机结构及筛孔参数,建立荞麦振动筛分离散元模型,并对振动筛在振动频率分别为3.5 Hz、4.5 Hz、5.5 Hz时的筛分过程进行数值模拟。结果表明：在筛面倾角、振动方向角、振幅相同的条件下,随着振动频率的增大,振动筛输送能力增加,同时筛上物收集箱中所包含未透筛的小颗粒数增加,15 s时筛上物收集箱内小颗粒占比分别为0%、0.86%、4.63%。当振动频率为5.5 Hz时,会造成筛分损失。综合分析,当振动频率为4.5 Hz时,振动筛作业效果较好。本研究可为荞麦生产、加工装备的研发中应用离散元模拟提供模型,也可为荞麦振动筛分设备的工作参数优化提供参考。     

纵轴流联合收获机双层异向清选装置设计与试验

针对传统纵轴流联合收获机清选系统单层筛架在作业过程中存在大喂入量下损失率和含杂率高等问题,设计了一种结构紧凑、清选能力强、清选效果好的双层振动清选装置,提出了双层异向独立振动的玉米籽粒清选方式,分析确定了筛面和物料的运动规律、清选筛和双风道的结构参数以及传动机构的运动参数。以籽粒含杂率、籽粒损失率和分布比例为评价指标,对曲柄转速进行单因素试验,确定最佳工作参数为上曲柄转速220r/min、下曲柄转速190r/min;选取上筛曲柄长度和下筛曲柄长度为试验因素,进行了两因素三水平正交试验,确定较优组合为：上、下筛曲柄长度分别为50mm与40mm。在较优水平组合下,以8kg/s的喂入量进行验证试验,试验结果表明籽粒损失率为0.45%,籽粒含杂率为0.76%,籽粒分布比例为1.92%,清选效果较好,能满足清选性能要求。     

花生除杂(清选)分级机的设计与研究

在花生的生产工作中,花生荚果的除杂与分级是一项重要的产后处理工作。为此,针对目前我国对花生除杂和分级机械研究缺乏的现状,设计了一种花生除杂(清选)分级机。工作时,采用基于重力和外形特点的花生荚果除杂(清选)技术与花生荚果分级技术,使其除杂分级后的花生荚果不仅除去了花生中的有机杂质和无机杂质,而且得到了不同尺寸的花生果。试验表明:当花生喂入量为1 000kg/h、风机风速为6～7m/s、除杂筛与水平夹角为24°～25°、导向螺旋螺距为160mm、分级筛筒转速为35r/min时,除杂和分级效果最佳,总体获得最优的结构参数配比。     

基于离散元法的核桃分级装置设计与试验

为了提高核桃分级机械的作业效率及保证分级合格率,设计并试制了一款滚筒式核桃分级装置。通过运用三维建模软件SolidWorks对核桃分级装置进行建模,使用离散元软件模拟核桃分级过程,并以温185核桃为试验对象,对样机进行分级试验。结果表明:当分级筛笼转速为26r/min、筛笼倾角为1.5°、进料口尺寸为70mm时,核桃分级合格率最高,样机试验结果与仿真试验结果基本相同。因此,运用仿真软件对分级装置进行辅助设计是可行的,可为其它分级装置的设计提供参考。     

4UD―1型马铃薯挖掘机的仿真研究及模态分析

4UD―1型马铃薯挖掘机采用振动式挖掘铲和抖动式分离筛结构,影响其工作性能的主要因素是牵引速度、铲和筛振动的频率和幅值。为得到挖掘机正常工作时的关键参数,应用Pro/E建立了挖掘机参数化模型,在ADAMS中进行了仿真,得到振动铲、抖动筛的运动学变化曲线和整机工作时的振动频率、幅值。结果表明,振动铲和抖动筛的振动频率均为9Hz,振动幅值分别为3.6mm和33.1mm,振动铲与抖动筛共同工作时振动幅度为29.5mm。这为提高挖掘机的工作性能提供了研究数据。再利用Ansys10.0进行挖掘机机架的模态计算分析,得到在添加铲与筛的质量后,机架的固有频率为43.9Hz,远大于挖掘机的工作频率,避免了挖掘机的共振,保证了工作稳定性,同时也为挖掘机振动频率的提高给定了一个范围。     

荞麦切流-横轴流双滚筒脱分试验研究

荞麦具有不同于普通谷物的收获特性，而两段式收获被认为是其最佳的机械化收获方式。目前，关于荞麦两段式捡拾收获的脱粒分离装置的试验研究鲜有报道。为此，在自行研制的切流-横轴流双滚筒捡拾收获试验平台上进行了荞麦的脱粒分离试验研究，即采用四因素三水平的正交试验，研究了荞麦籽粒含水率、喂入量、脱粒滚筒线速度和脱粒间隙对破碎率、含杂率、损失率和脱分功率等性能指标的影响规律。结果表明：影响荞麦脱粒分离性能的试验因素重要性次序依次为籽粒含水率、脱粒间隙、滚筒线速度及喂入量；荞麦两段式捡拾收获最优的脱粒分离作业参数为籽粒含水率20%、脱粒间隙35 mm、脱粒滚筒线速度17.27 m/s、喂入量1.2 kg/s;最优脱粒分离作业参数下脱出物中各类杂余占比较小，表明装置适用于荞麦两段式捡拾收获的脱粒分离作业。研究可为两段式荞麦捡拾收获机的脱粒分离装置研发提供理论支撑和试验支持，对荞麦产业的机械化发展具有重要意义。     

双筛体驱振式膜土分离与输送装置设计与试验

为减少铲筛式残膜回收机在工作中的振动,设计双筛体驱振式膜土分离与输送装置。采用DH5902动态测试系统对双筛面残膜回收机的振动参数进行满载田间作业测试,实验结果表明振动频率在3～5.5Hz变化时,机架左右方向振动测量值范围为4.2～5.4m/s2,在设备可承受振动范围内,减振效果明显。为实现有效逐级输膜,确定偏心轮驱动轴转速范围为260～330r/min,通过单因素试验确定筛面形式为锯齿筛,为提高残膜回收率和膜土比,选取机具前进速度、逐膜筛振动频率、逐膜筛振幅、锯齿间距作为试验因素,运用响应曲面法并在Design-Expert软件中分析各因素对残膜回收指标的影响效应,各因素影响残膜回收率的主次顺序为锯齿间距机具前进速度逐膜筛振幅逐膜筛振动频率;各因素影响膜土比强弱次序为锯齿间距机具前进速度逐膜筛振动频率逐膜筛振幅。运用Design-Expert的寻优功能得到最优参数组合为机具前进速度0.735m/s,逐膜筛振幅62mm,逐膜筛振动频率260次/min,锯齿间距12.02mm,机构设计时将获得的参数修正并进行试验验证,最终结果表明残膜回收率为90.26%,膜土比为1.46,较好地满足了残膜回收质量要求。该研究不仅为残膜回收市场提供了一款急需的实用机具,亦为残膜回收机械创新研发或优化提升提供了理论依据和参考借鉴。     

种子清选机电磁变频激振清筛装置设计与试验

清筛装置对筛片的振动激励是提高物料透筛概率、减少筛孔堵塞以及有效清筛的根本因素。现有清筛装置多使用随机弹跳的橡胶球完成清筛作业,但其清筛效果易受到结构与工作参数制约。为解决橡胶球激振力难以精准调控问题,设计了电磁变频激振清筛装置,阐述了总体结构与工作原理,设计了激振清筛单体与变频激振控制系统,分析了振动激励作用机制;以加速度为指标,研究了弹簧预压缩量与激振频率对振动激励的影响规律,结果表明两者均与振动激励正相关;以净度、筛分效率、筛分时间、卡种数量为指标开展了16组玉米种子清选试验,试验结果表明弹簧预压缩量为2 mm、工作频率为3.5 Hz、清筛频率为50 Hz时清筛装置具有较好的作业效果,种子净度99.1%,筛分效率88.6%,筛分时间70 s,卡种数量为0;通过分段设置工作频率与清筛频率,实现了清筛装置激振力的精准调控,能够满足不同工况下正常筛分与强振清筛的作业要求。     

半喂入花生联合收获机去石清选装置设计与试验

目前我国现存的半喂入花生联合收获机无法有效清选土壤板结严重或石块、泥块过多的地块。为解决该问题,设计一种总长1 683 mm,宽550 mm,高1 010 mm,由双层筛及传动装置组成的去石清选装置。根据测量的花生及石块、泥块的物理尺寸,花生品种选取等因素,对去石清选装置进行正交试验,确定该装置的网孔形状为方形,筛网安装角度为13°,筛体运动频率设定4.0 Hz,筛体前后行程为16 mm。通过优方案试验,得出该清选装置的含杂率为3.82%,损失率为1.28%。为进一步确定装置可靠性,将该装置与传统清选装置进行田间对比试验。试验结果表明:传统清选装置的含杂率为13.17%,损失率为1.96%,而该清选装置的含杂率为3.47%,损失率为1.21%,除杂率是传统清选装置的4倍左右,损失率减少0.75%。该装置可以为半喂入花生联合收获机面对土壤板结严重或石块、泥块过多地块时的清选指标提供参考。     

6P-400型荞麦脱皮机设计与试验

针对荞麦脱皮机脱皮率低、整仁率低等问题,设计了一种卧式滚筒荞麦脱皮装置。采用柔性脱皮元件,与滚筒间形成大间隙配合,来实现对荞麦籽粒的撞击、揉搓和挤压作用,完成脱皮过程。在对甜荞籽粒结构参数和破皮压力进行测试的基础上,分析了该装置的脱皮过程及机理。以转速和喂入量为试验因素,荞麦籽粒脱皮率、半仁率和整仁率为试验指标,完成单因素试验和正交试验。单因素试验表明：转速1 200～1 300 r/min时,脱皮率达到80%以上;喂入量0.09～0.11 kg/s时,半仁率和整仁率分别为45%和15%。运用Design-expert 8.0软件对正交试验进行数据处理和响应面分析,确定最优参数为转速1 200 r/min、喂入量0.09 kg/s。对最优参数重复3次验证试验,结果取平均值得到脱皮率82.5%、半仁率50.8%、整仁率16.3%,误差较小,模型预测可靠。     

9 R-60型揉碎机试验台设计及单因素试验研究

9R-60型揉碎机目前应用非常普遍,但因其功耗大、效率低等实际问题急需对其结构参数进行优化设计。为此,在现有机型的基础上,设计并搭建了一个长、宽、高分别为718、712、687 mm的9R-60型揉碎机试验台。经过强度校核,设计了连接主轴等关键零件,在传动主轴和皮带轮之间通过联轴器、连接主轴和支架等接入JN 3 3 8-AN系列直连式扭矩转速传感器,为后续开展功率、揉碎质量等目标参数优化设计的单因素(如转子转速、秸秆喂入速度和喂入量等因素)正交试验和振动测试试验提供了平台。对揉碎机进行单因素试验表明:揉碎机揉碎质量随主轴转速的增大呈现增大的趋势,随喂入速度的增大呈现减小的趋势,随喂入量(不超过机器本身最大喂入量)的增大秸秆丝化率变化趋势几乎都在95%左右;揉碎机功耗随主轴转速、喂入量、喂入速度的增加呈现增大的趋势。     

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。     

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。     

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为：链筛线速度1.151m/s、折弯高度27.779mm、振频9.561Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2m/s、折弯高度为28mm、振频为9.5Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。     

冬枣辅助采摘车振动输送道的设计与试验

输送道是冬枣辅助采摘车的关键部件,通过率低的输送道会直接降低冬枣采摘效率,为解决此问题,设计了一种振动式输送道。通过分析冬枣输送道的工作机理,确定了装置主要结构与参数,并以最大通过率为优化目标,振动频率、振动幅度、送入量为试验因素,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析与响应面分析。建立了以3个试验因素为自变量、通过率为因变量的三元二次方程,并利用非线性优化进行优化求解。结果表明:所建立的模型能够很好地反映出振动输送道通过率与各因素之间的关系,各试验中因素对通过率影响最大的是振动频率,送入量次之,影响最小的是振动幅度。优化结果表明:当振动频率为18Hz、振动幅度为9mm、送入量为1.6kg/min时,通过率为97.07%。验证试验结果表明:同样工作参数下,通过率为96.93%,是非振动输送道的通过率的112.7%。