机收棉田残膜混合物粉碎揉丝装置设计与试验

针对机收残膜混合物资源化利用困难、现有粉碎与揉丝装置处理的残膜混合物不满足白星花金龟幼虫适口性等问题,设计了一种残膜混合物粉碎揉丝装置,利用粉碎揉丝技术对残膜混合物进行加工处理以满足白星花金龟幼虫的适口性。该装置主要由粉碎装置、输送装置和揉丝装置等组成,通过对残膜混合物粉碎、揉丝装置作业过程进行运动学与动力学分析确定了各零部件的结构参数与工作参数。为了验证残膜混合物粉碎揉丝装置的作业性能,以粉碎辊转速、揉丝辊转速与揉丝辊间隙作为试验因素,残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率、棉秆揉丝率为试验指标进行三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对残膜混合物粉碎揉丝装置作业性能的影响,并进行了参数优化与试验验证。试验结果表明：影响残膜破碎合格率和棉秆粉碎长度合格率的因素大小顺序为粉碎辊转速、揉丝辊间隙、揉丝辊转速;影响棉秆揉丝率的因素大小顺序为揉丝辊间隙、揉丝辊转速、粉碎辊转速。优化后最优工作参数组合为：粉碎辊转速13.0 r/min、揉丝辊转速60.0 r/min、揉丝间隙1.6 mm。以此参数组合进行试验,得到残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率和棉秆揉丝率平均值分别为90...     

玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊设计与试验

为提高玉米秸秆皮瓤分离效率,达到皮瓤分类利用,以秸秆群为研究对象,设计辊齿式碾压揭皮辊,实现秸秆皮瓤有效分离。采用密度理论法(SIMP)设计了辊齿式碾压揭皮辊,并进行了有限元模拟仿真分析,确定了碾压揭皮辊半径为33 mm,齿型刀片齿刃高2 mm、厚度2 mm、刃角30°。为寻找最佳参数组合,以皮瓤分离率为试验指标,碾压揭皮辊转速、辊齿间隙、切段长度为试验因素,进行二次回归正交旋转组合设计试验。运用Design-Expert进行试验数据处理与分析,建立评价指标与试验因素之间的数学模型,并对参数进行优化,确定玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊的最佳参数组合为:碾压揭皮辊转速为295 r/min,辊齿间隙为5 mm,切段长度为22 mm时,皮瓤分离率为85%。经试验验证,试验结果与分析结果基本一致。     

禽蛋壳膜旋风式气流清选装置研究

为减轻废弃蛋壳对环境的污染,提高蛋壳和蛋膜的附加价值,提出了蛋壳蛋膜旋风式气流分选方式。首先,基于Fluent-EDEM耦合模拟研究了旋风式气流清选装置的清选筒直径、直筒段高度等结构参数对清选筒内的流场特性、颗粒轨迹、颗粒分布的影响;其次,根据仿真结果确定了清选筒的基本尺寸,搭建试验台,以筒顶结构、风机转速、喂料机转速和喂入量为试验因素,以蛋膜的清洁率和回收率为试验指标,进行壳膜清选试验;最后,通过正交试验、二次通用旋转组合试验和优化设计,得出了最优因素参数组合。仿真显示:清选筒内流场中心柱状区域速度大、且方向向上,外围速度低、且方向向下,升气管处气压最低,有利于壳膜的分选;增大清选筒筒径会造成蛋壳回流,筒径过小不利于蛋膜收集的清洁率;增加筒体高度导致筒内能量损失过大,蛋膜回收率较低,减小筒体高度导致筒内能量损失小,筒内气流速度较大,蛋膜分选的清洁率低。试验结果表明,锥形筒顶较平顶蛋膜回收率高;物料进口速度过大,则壳膜因离心力大贴着筒壁运动,达不到壳膜分选的效果;当喂入量500 g/s、风机转速2 892 r/min、喂料机转速918 r/min时,蛋膜回收率高于94%,蛋膜清洁率高于96%。验证试验与优化结果相近,优化结果可信。     

气吸式蛋壳膜多级清选装置研究

针对目前研究的蛋壳膜清选装置存在蛋膜清洁率低、功耗大、结构复杂等问题,设计了气吸式蛋壳膜多级清选装置。在分析颗粒碰撞对蛋壳、膜颗粒运动影响的基础上,采用CFD-DEM耦合仿真研究在清选室进口挡板数量不同的情况下,蛋壳、膜的运动轨迹和清选装置内部流场特性,仿真结果表明：随着进气口挡板数量的增多,清选室内错流风区的气流速度增大、蛋膜损失率下降,清选室下出口无涡流产生,避免了因气流阻碍蛋壳下落而导致蛋膜清洁率下降。以喂入量和吸风机连接口风速为试验因素、以蛋膜损失率和清洁率为评价指标进行了两因素三水平正交试验,并进行了参数优化和试验验证。试验得到：当喂入量为200 g/s、吸风机连接口风速为5.5 m/s时,蛋膜损失率为9.4%,蛋膜清洁率为96.3%,吸风机功率为330 W。     

气吸式蛋壳膜多级清选装置研究

针对目前研究的蛋壳膜清选装置存在蛋膜清洁率低、功耗大、结构复杂等问题,设计了气吸式蛋壳膜多级清选装置。在分析颗粒碰撞对蛋壳、膜颗粒运动影响的基础上,采用CFD-DEM耦合仿真研究在清选室进口挡板数量不同的情况下,蛋壳、膜的运动轨迹和清选装置内部流场特性,仿真结果表明：随着进气口挡板数量的增多,清选室内错流风区的气流速度增大、蛋膜损失率下降,清选室下出口无涡流产生,避免了因气流阻碍蛋壳下落而导致蛋膜清洁率下降。以喂入量和吸风机连接口风速为试验因素、以蛋膜损失率和清洁率为评价指标进行了两因素三水平正交试验,并进行了参数优化和试验验证。试验得到：当喂入量为200g/s、吸风机连接口风速为5.5m/s时,蛋膜损失率为9.4%,蛋膜清洁率为96.3%,吸风机功率为330W。     

基于Abaqus的耦合式玉米秸秆皮穰分离仿真与试验

为提高玉米秸秆皮穰分离率、推进秸秆高值化利用进程,采用Abaqus/Explicit动力学显式求解器和中心差分求解法,对异向碾压和异向碾压锤切2种耦合式皮穰分离方法进行模拟分析,确定最佳耦合分离方式为异向碾压锤切耦合作用,进而试制秸秆异向碾压锤切皮穰分离试验台,并确定最佳工作与结构参数。以刀盘转速、碾压揭皮辊转速和刀片滑切角为试验因素,以秸秆皮穰分离率为试验指标,通过三元二次正交回归组合试验对分离试验台进行参数优化,利用Design-Expert进行数据分析,建立因素与指标间数学模型。试验表明：在刀盘转速为449r/min、碾压揭皮辊转速为226r/min、刀片滑切角为46°的最优工作参数组合下,皮穰分离率为88%,分离后的皮穰呈段状,满足实际生产需求。     

鸡蛋壳膜机械搅拌分离影响因素研究

基于Fluent研究了机械搅拌分离鸡蛋壳膜在不同搅拌转速、颗粒粒径和料液比下对颗粒悬浮状态、固含率分布、固相速度和搅拌功率等流场特性的影响。仿真结果表明:增大搅拌转速,有利于减小容器底部颗粒堆积,且利于颗粒悬浮,但功耗明显增大;增大颗粒粒径可减小底部中央区域的颗粒堆积,颗粒逐渐向四周扩散,但颗粒的悬浮高度会降低;增大料液比易在底部产生颗粒堆积。根据仿真结果进行了蛋壳膜分离试验,以搅拌转速、搅拌时间、料液比、分离液温度为影响因素,膜回收率和搅拌功率为评价指标进行二次正交旋转组合试验,得出最优因素参数组合。试验表明提高搅拌转速和搅拌时间可明显增大蛋膜回收率,当搅拌时间为18.57 min、搅拌转速为337.68 r/min、料液比为0.07 g/m L、温度为20.0℃时,膜回收率达到88.58%,功耗低,分离效果较好。     

先揉切后分离风筛组合式花生膜秧分离装置设计与试验

针对覆膜花生收获后的花生秧在饲料加工过程中存在膜秧分离不彻底、损失率高等问题,结合揉切后物料尺寸特征和悬浮特性,设计了一种兼具分级、清土、输送和除膜功能的风筛组合式膜秧分离装置,并进行了膜秧分离特性试验与参数优化。以上层筛风机转速、下层筛风机转速和振动筛频率为试验因素,以除膜率和损失率为试验指标,运用Design Expert 8.0.6软件设计三因素三水平二次回归正交试验,建立了响应面回归模型,并进行优化与试验验证。结果表明：各因素对除膜率影响的主次顺序为：下层筛风机转速、上层筛风机转速、振动筛频率;各因素对损失率影响的主次顺序为：下层筛风机转速、振动筛频率、上层筛风机转速。对优化结果进行了试验验证,当上层筛风机转速760r/min、下层筛风机转速670r/min、振动筛频率4Hz时,除膜率为91.24%,损失率为8.51%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。     

农产品物料高速切割粉碎流场数值模拟与试验

在分析高速切割粉碎机工作原理的基础上,基于CFD技术,应用Fluent软件及RNG k-ε湍流模型对粉碎过程进行流场数值模拟,分析了粉碎室内部流场的压力与速度分布,研究了叶轮叶片形状、刀片偏角、叶轮转速对流场的影响,并对切割粉碎区内物料的压力、运动速度、剪切应变率等性能参数进行分析,得出转子为直叶片式叶轮,刀片的偏转角度为2°时产生的切割粉碎流场最有利于切割粉碎,叶轮转速对各性能参数的影响呈线性关系.对不同特性物料的试验表明,该高速切割粉碎机物性适应性强、粉碎效果好.     

甘薯秧蔓回收机仿垄切割粉碎抛送装置设计与试验

针对甘薯秧蔓垄沟匍匐生长不易全部机械回收的难题,设计了一种甘薯秧蔓回收机,并对关键部件仿垄刀辊机构和风机抛送装置进行了设计计算,该机可一次性完成甘薯秧蔓切割、粉碎、抛送和回收作业。以刀辊转速、离地间隙、风机转速为试验因素,甘薯秧蔓粉碎合格率、含土率、回收率为试验指标,采用响应面分析方法,建立了试验因素与试验指标之间的回归模型,分析了试验因素对试验指标的影响。试验结果表明：最优工作参数组合为刀辊转速2070r/min、离地间隙16mm、风机转速890r/min,秧蔓粉碎合格率均值为93.10%、含土率均值为8.56%、回收率均值为91.19%,研究结果满足甘薯秧蔓回收机的使用要求。     

甜菜联合收获机分离输送装置设计与试验

为解决甜菜联合收获机分离输送过程中甜菜块根含杂率高、损伤率高的问题,设计了一种六行甜菜联合收获机的三级分离输送装置,阐述了该装置的主要结构及工作原理,并确定关键参数。通过对分离输送过程中土壤、甜菜的运动学分析及甜菜在碰撞过程中的能量分析,确定了影响甜菜含杂和损伤效果的主要因素及各因素的试验取值范围。以拨送板转速、杆条式链筛输送速度和橡胶尾筛倾角为试验因素,以含杂率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,得到试验因素与各指标的回归方程。通过响应面分析各因素对评价指标的影响规律,得出优化参数组合为：拨送板转速100.0r/min、杆条式链筛输送速度1.4m/s和橡胶尾筛倾角39.0°。验证试验结果表明,经过三级分离输送后甜菜含杂率为3.4%,损伤率为2.6%,各项指标均符合国家行业标准要求。     

气吸式残膜回收机集膜装置改进设计与试验

针对残膜回收机回收后的残膜含杂率高难以利用的问题,改进设计一种兼具膜杂分离和残膜收集功能的集膜装置。对残膜与杂质在气流场中的运动规律进行分析,探明物料运动轨迹的影响因素。以离心风机转速、隔板到输膜入口距离、隔板高度为试验因素,以含杂率为试验指标进行田间试验,结果表明各因素对含杂率的影响由大到小为：隔板距离、离心风机转速、隔板高度。利用Design-Expert软件响应曲面图,进行综合影响效应分析,得出离心风机转速1 974 r/min,隔板距离767 mm,隔板高度723 mm,在此参数条件下含杂率为6.97%。研究结果可为残膜回收设备研发提供依据。     

农产品物料高速切割粉碎流场数值模拟与试验

在分析高速切割粉碎机工作原理的基础上,基于CFD技术,应用Fluent软件及RNG k-ε湍流模型对粉碎过程进行流场数值模拟,分析了粉碎室内部流场的压力与速度分布,研究了叶轮叶片形状、刀片偏角、叶轮转速对流场的影响,并对切割粉碎区内物料的压力、运动速度、剪切应变率等性能参数进行分析,得出转子为直叶片式叶轮,刀片的偏转角度为2°时产生的切割粉碎流场最有利于切割粉碎,叶轮转速对各性能参数的影响呈线性关系。对不同特性物料的试验表明,该高速切割粉碎机物性适应性强、粉碎效果好。     

叶轮驱动式机收残膜水洗分离设备研究与试验

针对机收残膜混合物水洗清选装置残膜分离率较低的现状,设计了一种叶轮驱动式机收残膜水洗分选分离设备。介绍了整机基本机构和工作原理,探究了物料在液体流场中的迁移运动规律。为确定叶轮转速、射流管道水压和残膜破碎尺寸等因素对残膜分离率的影响,以三因素为自变量,残膜分离率为响应指标,建立了因变量和响应指标间的多元数学回归模型,并采用BBD试验设计和响应曲面法对残膜分离装置进行最优化参数探究。结果表明:最优参数组合为叶轮转速842.93r/min、射流管道水压0.21MPa、残膜破碎尺寸45×72.33mm~2时,残膜分离率可达到最大值为79.39%。经台架试验验证,应用响应曲面法得到的模型和最优残膜分离率的参数是可行的,可为残膜分离提供理论基础和技术支持。     

机械搅拌分离鸡蛋壳膜影响因素研究

基于Fluent研究了在不同搅拌转速、颗粒粒径和料液比下对颗粒悬浮状态、固含率分布、固相速度和搅拌功率等流场特性的影响。仿真结果表明:增大搅拌转速,有利于减小容器底部颗粒堆积,且利于颗粒悬浮,但功耗明显增大;增大颗粒粒径可减小底部中央区域的颗粒堆积,颗粒逐渐向四周扩散,但颗粒的悬浮高度会降低;增大料液比易在底部产生颗粒堆积。根据仿真结果进行了蛋壳膜分离试验研究,以搅拌转速、搅拌时间、料液比、分离液温度为影响因素,膜回收率和搅拌功率为评价指标进行二次正交旋转组合试验,得出最优因素参数组合。试验表明提高搅拌转速和搅拌时间可明显增大蛋膜回收率,当搅拌时间为18.57 min,搅拌转速为337.68 r/min,料液比为0.07 g/mL,温度为20.0℃,膜回收率达到88.58%,功耗低,分离效果较好。     

膜土分离装置的设计与试验

针对残膜回收中膜土分离时土壤和残膜产生堆积和拥堵的问题,设计了一种膜土分离装置。为了深入研究影响膜土分离装置工作性能的因素,确定膜土分离装置的最佳工作条件,对膜土分离装置进行了理论分析和台架试验。以间距(同一挂膜块上相邻两个挂膜钉间的距离)、锥角(挂膜钉端部圆锥的圆锥角)和速比(膜土混合物进入膜土分离装置前的速度与传送带的线速度的比值)为主要因素,去土率为评价指标,对膜土分离装置进行三因素三水平响应面试验。通过Design-Expert数据分析软件,分析了各因素对去土率的显著性,结果表明:三因素对去土率的影响程度为速比间距锥角;当间距为90.23mm、锥角为34.60°、速比为0.81时,膜土分离装置能较好地完成膜土分离。     

钉齿式切流脱粒分离装置的性能试验

以一种钉齿脱粒元件为试验对象,以喂入量、滚筒转速和脱粒间隙为因素,以籽粒脱净率为评价指标进行正交试验。试验结果表明:对籽粒脱净率的影响程度为喂入量滚筒转速脱粒间隙;最佳工作参数为喂入量5.5 kg/s,滚筒转速950 r/min,脱粒间隙20 mm(入口)和15 mm(出口)。     

摆动分离筛薯土分离机理分析与参数优化试验

针对摆动分离筛薯土分离机理不明确,作业参数匹配不合理导致明薯率与马铃薯破皮率矛盾突出等问题,利用高速摄像机实时拍摄不同曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度时摆动分离筛上薯土混合物的分布状态,统计并分析薯土混合物分布高度的变化规律,揭示薯土分离机理,并获得影响分离筛性能主要因素的取值范围。以明薯率和破皮率为评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,对影响摆动分离筛性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,各因素对明薯率、破皮率影响由大到小为曲柄转速、筛面倾角、机器前进速度。摆动分离筛优化参数组合为:曲柄转速230 r/min,筛面倾角21.1°,机器前进速度2.03 km/h,优化后明薯率和破皮率分别为98.94%和0.21%,明薯率较优化前提高1.68个百分点,破皮率较优化前降低9.6个百分点,参数优化试验结果满足国家标准要求。     

玉米秸秆剥穰机构参数优化

为了研制玉米秸秆皮穰叶分离设备,对剥穰机构进行了试验研究.利用试验台对其主要影响因素:剥穰刀与支持板间隙、剥穰刀数量、剥穰刀安装角和剥穰辊转速进行了试验,并以秸秆外皮完整率和含穰率作为评价指标.试验表明,当间隙2.0～3.0 mm、剥穰刀6把、剥穰刀安装角15°和剥穰辊转速l000 r/min时,其外皮完整率达95％且含穰率低于2％.     

纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒分离装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求,解决现有籽粒收获机籽粒破碎率和未脱净率高、玉米芯轴苞叶易堵塞凹板等问题,在分析现有脱粒装置结构特点的基础上,设计了一种“柔性钉齿+双扭簧压力短纹杆”组合式脱粒元件和“六棱孔网格筛+鱼鳞式脱粒橡胶辊”组合式脱粒凹板相配合的柔性脱粒分离装置。对关键部件进行理论分析,确定了影响脱粒性能的主要因素,利用搭建的纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒试验台进行单因素试验,得到脱粒性能较好时滚筒转速、辊筒传动比以及脱粒间隙的变化范围。以滚筒转速、辊筒传动比和脱粒间隙为试验因素,以籽粒破碎率、未脱净率为指标进行三因素三水平正交试验。结果表明,对籽粒破碎率和未脱净率影响由大到小均为滚筒转速、辊筒传动比、脱粒间隙;最优参数组合为滚筒转速475r/min、辊筒传动比1.5、脱粒间隙45mm,此时籽粒破碎率为3.76%,未脱净率为0.52%。对该组合进行试验验证,各指标符合国家相关标准要求。