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。     

基于离散元法的扇贝肉壳分离直线振动筛仿真与试验

为提高扇贝在蒸煮工序后肉壳分离的筛分效率和筛分质量,设计一种阶梯式直线振动筛分装置。首先,利用三维制图软件对直线振动筛进行结构设计与改进,然后,基于EDEM离散元仿真软件对扇贝物料在振动筛不同工艺参数下的筛分过程进行仿真模拟,通过仿真试验所得数据分析直线振动筛不同工艺参数对筛分效率的影响,以筛分效率及含杂率等评价指标对装置的工艺参数进行优化,最后,进行台架试验来验证仿真试验所得参数的可靠性。结果表明：当直线振动筛的振动频率为12 Hz、振幅为4 mm、振动方向角为30°、筛面倾角为6°时,筛分效率可以达到98%,含杂率不超过3%。本研究验证离散元仿真试验所得工艺参数的可靠性,为贝类海产品肉壳分离装置的效率分析和参数选取提供一定的借鉴与参考。     

双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置设计与试验

蓖麻脱出物组分复杂,清选后含杂率高,且没有专用清选装置,清选效率低,为此设计一种双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置。首先对清选装置总体结构进行设计,采用双层风吹式同步振动结构。其次,对装置的振动筛、清选室、出料口等关键部件进行设计。采用离散元法对清选筛结构进行参数优化,以哲蓖4号为试验物料,测定物料离散元参数,通过单因素试验,分析上筛面筛孔排列型式、筛孔直径、筛面倾角对筛分效率和损失率的影响。确定最佳设计参数为U型筛孔排列、筛孔直径14mm、筛面倾角8°。为了获取最优的工作参数,采用离散元法与计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）耦合方法对清选过程进行仿真分析。对单目标函数进行参数优化,当振动筛振幅为8.43mm、振动筛振频为6.00Hz、气流横向角为40.00°时,蓖麻脱出物的最大筛分效率为98.20%。当振动筛振幅为7.00mm、振动筛振频为7.76Hz、气流横向角为40.81°时,蓖麻籽粒的最小损失率为2.02%。以振动筛的振幅、振频和气流横向角为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,设计了正交组合试验,建立各因素与指标间的数学回归模型,并对模型进行参数优化。结果表明,当振动筛振幅9.00mm、振动筛振频6.16Hz、气流横向角40.00°时,蓖麻清选装置的筛分效率和蓖麻籽粒的损失率最优,分别为97.66%和2.32%。最后,设计出蓖麻清选装置,通过台架试验对最优参数组合进行试验,实际筛分效率与损失率分别为93.15%和6.94%,与预测结果误差在5%以内,同时实际所得到的籽粒含杂率为0.83%,满足使用要求。     

基于EDEM-Fluent耦合的风筛式清选装置仿真及分析

为研究振动筛对清选效果的影响,以及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在不同振幅、频率、振动方向角下的清选过程进行模拟。通过统计稻米清洁率和损失率,来衡量不同参数下风筛装置的工作性能。结果表明,随着振幅和频率的增加,损失率、清洁率也增大,但增加到一定程度后清洁率会下降;随着振动方向角的增加,损失率和清洁率均会下降。综合考虑,振幅为8 mm,频率为9 Hz,振动方向角为4°时,得到稻米清洁率为99.73%,损失率为0.03%,为最佳工作参数。所做研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。     

油莎豆收获筛分机构运动学分析与试验

针对油莎豆收获人工收获难度大、收获效率低、损失率高等问题,提出先脱粒后分离的收获方式,设计一种油莎豆收获筛分装置,该装置主要由脱粒系统和振动筛分系统等组成。采用矩阵法对振动筛分机构进行运动学理论分析,运用ADAMS软件对该机构进行仿真,得到筛面各点的位移、速度、加速度曲线图,分析各点的运动变化规律,找到影响筛面运动的关键因素。以曲柄转速、筛面倾角、振幅为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,运用Design-Expert软件进行分析。结果表明:曲柄转速为236.51 rad/min、筛面倾角为6.7°、振幅为3.98 mm时,筛分效率为96.56%,损失率为1.83%,满足油莎豆收获机的设计要求。     

不同支链初始相位的三维并联筛分性能研究

并联振动筛因可实现多维振动、利于物料高效筛分而应用前景广泛,为提高并联振动筛分性能,首先提出了具有不同初始相位的三维并联振动筛模型并进行了运动学分析,利用EDEM软件开展了三维并联振动筛分的初始相位单因素仿真,再通过台架试验对仿真结果进行了验证分析,并开展了多因素正交试验分析了各因素对性能指标的影响主次顺序和较优因素组合。研究结果表明:同等条件的台架试验与仿真结果基本一致,在其他条件不变时,筛分籽粒量随X方向初始相位的增大而先增后降,且X方向初始相位为45°时含杂量最多;Z方向初始相位为90°时筛分籽粒量最低,含杂量随着Z方向初始相位的增大而先增后降;Y方向初始相位在30°和60°时筛分籽粒量较高,在60°时含杂量低于其他水平且差异明显;正交试验得出各因素影响筛分效率的主次顺序依次为:X方向振幅、Y方向振幅、Z方向初始相位、X方向初始相位、Y方向初始相位、Z方向振幅,各因素影响含杂率的主次顺序依次为:Z方向振幅、Y方向振幅、X方向振幅、X方向初始相位、Z方向初始相位、Y方向初始相位,采用最佳组合参数后筛分效率提高了62.02%,含杂率降低了53.85%。     

风筛式土壤残膜分离装置的设计与试验分析

为了解决耕层残膜回收率低的问题,设计了风筛式土壤残膜试验平台装置,并采用双曲柄机构来减小装置的振动性。对土壤残膜进行了无气流条件下的筛分试验,分析了各因素对筛分率的影响,优选了振动筛参数组合。试验结果表明:当曲柄转速为180r/min、筛面倾角为6°、鱼鳞筛开角为20°时,筛分装置有较高的残膜筛分率,即为87.67%。     

基于离散元的茶叶抖筛机茶叶运动特性分析与试验

为了降低茶叶抖筛机的误筛率,从颗粒动力学角度研究了筛面倾角、振动幅度、振动频率对茶叶颗粒在抖筛机筛网上运动特性的影响。结合离散元方法对茶叶颗粒在筛面的运动进行数值模拟,通过分析茶叶颗粒的筛分过程,明晰了抖筛过程中筛上茶叶颗粒的运移机理。结果表明：茶叶颗粒主要集中在筛网中间,频率太大或者太小都会造成茶叶颗粒在筛网上的横向偏析;茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能与振幅、频率呈正相关,筛面倾角对茶叶颗粒在筛网上的平均速度、旋转动能影响较小,茶叶颗粒沿X轴方向和Z轴方向速度对茶叶颗粒在筛网上的平均速度贡献最大;迁移系数的变化幅度随着筛面倾角、振动幅度、振动频率的增加而呈现逐渐增加的趋势,对茶叶抖筛过程颗粒迁移能力影响由大到小为：振动幅度、振动频率、筛面倾角;当振动幅度为22.5mm、筛面倾角为3°、振动频率为4.166Hz时,茶叶抖筛试验误筛率最小,茶叶抖筛试验误筛率结果与仿真试验结果相差在5个百分点以内,表明DEM模拟具有较高的准确性。     

鞘翅目储粮害虫振动筛分试验研究

利用自行设计的储粮害虫筛分检测试验装置,研究了鞘翅目储粮害虫振动筛分试验特性.试验中,选取成虫米象为筛分对象,采用全因子试验,寻找出比较好的振动筛分参数,再设计正交试验,进一步优化参数,分清主次影响因素.通过一系列试验,找出了鞘翅目储粮害虫最优振动筛分参数,即当振幅A为3.5mm、曲柄盘转速n为600r/min、振动方向角ε为30°时,粮虫筛分效果最好.     

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。     

BP神经网络预测变振幅防堵筛分性能研究——基于EDEM-RecurDyn仿真

针对物料喂入量变化导致振动筛面堆积堵塞,影响筛分性能的问题。以变振幅筛分机构导向滑槽转角为变量,RecurDyn和EDEM联合仿真水稻籽粒、茎秆非正常喂入(0.5 kg/s)条件下变振幅防堵筛分过程。BP神经网络预测不同滑槽转角下变振幅的筛分效率、含杂率,优化变振幅调节,缓解筛面堆积堵塞,改善筛分性能。结果表明物料非正常喂入(0.5 kg/s)下导向滑槽转角0°~10°时筛分效率在55%~58%内平稳上升,含杂率在0.1%~0.16%内小范围波动变化;滑槽转角15°~40°时筛分效率在58%~75%内线性增大,含杂率在0.11%~0.19%内波动上升;滑槽转角40°~45°时筛分效率骤然线性下降至65.8%,含杂率陡然升高至0.37%。BP神经网络预测滑槽转角在37°时变振幅筛分效率最高、含杂率较低,变振幅防堵筛分性能更好,此时筛分效率和含杂率为74.30%、0.20%。BP神经网络预测模型R2为0.999,预测误差集中在-0.000 41,预测曲线均高度拟合。验证了BP神经网络预测模型的可靠性和精确度。这为未来变振幅防堵筛分的智能化调控提供了依据。     

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%。     

基于电磁振动的玉米种子定向排序输送技术

根据振动送料原理,提出了一种实现玉米种子定向排列输送的方法,对种子的定向过程进行了动力学分析,探讨了定向过程中种子各种姿态的变化过程与力学参数之间的关系。以郑单958玉米种子为试验对象,建立了振动定向试验装置;以台阶高度A、滑槽倾角B、振幅C和频率D作为影响因素进行了正交试验。试验结果表明:台阶高度A、滑槽倾角B及其交互作用对种子定向效果具有极显著影响;通过多重比较分析得出试验条件的最佳组合为:台阶高度为4 mm、滑槽倾角为4°、振幅为0.18 mm、频率为51.5 Hz。在最佳试验条件下分别对顺行和逆行种子进行10次重复试验,试验结果表明:顺行定向成功率为93.5%,逆行定向成功率为89.4%。采用高速摄影技术分别对顺行和逆行的种子进行了观察验证分析,分析表明:种子的实际运动状态与理论分析基本吻合。     

振动筛不同运动形式对颗粒群筛分的影响

为研究不同运动形式振动筛的筛分性能,对平面往复、三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上颗粒的分散程度进行分析和试验。基于颗粒非线性跳动理论,利用Matlab软件模拟得出颗粒在不同运动形式筛面上的运动状态;以分散度为试验指标,利用高速摄像机对玉米颗粒在3种振动平板上的运动进行跟踪。颗粒在振动平板上的运动规律证明了颗粒非线性跳动理论分析结果的正确性,随着振动筛主轴转速逐渐增大,颗粒群在3种振动平板上的分散度均呈现先增大、后减小的变化规律。在振动筛主轴最优转速下,玉米颗粒群在三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上的综合分散度分别为38. 96 mm和40. 73 mm,较平面往复振动筛分别提高了14. 39%和19. 58%。以筛分效率为试验指标,利用3种振动筛筛面进行物料筛分试验,物料筛分试验结果表明,颗粒群在3种振动筛上的筛分效率由高到低依次为:三移动两转动振动筛、三移动一摆动振动筛、平面往复振动筛。物料筛分试验结果证明了用振动平板对颗粒群分散度进行研究的可行性,同时验证了平板试验结果的正确性。     

基于EDEM数值模拟的沙棘滚筒筛设计

为解决沙棘浆果中含有杂质,导致浆果筛分含杂较高的问题,设计三层结构滚筒筛装置,并确定振动电机、减震弹簧等关键部件参数。其激振力为7 644 N,功率为3.24 kW,减震弹簧刚度8 047.3 N/m。使用EDEM离散元软件对滚筒筛的转速、倾角进行模拟分析。模拟结果表明:当滚筒筛转速、倾角为38 r/min、8°时,其筛分效率、含杂率为84.2%、6.98%。以转速、倾角两个因素为自变量,筛分效率、含杂率为指标进行方差分析,当滚筒筛转速为38 r/min、倾角为8°时是最优参数组合解,且筛分效率、含杂率分别为82%、8.7%。实测值与仿真试验的筛分效率相差2.2%,含杂率的相差1.72%。     

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。