风筛式谷物清选模拟研究及参数讨论

为研究风筛式谷物清选装置工作原理及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在风筛装置中的运动行为进行仿真,并通过统计稻米含杂率和损失率来衡量不同参数下风筛装置工作性能的好坏。结果表明:所设计的风筛装置可以完成稻米与茎秆的分离。通过对风速8、10、12 m/s的讨论,可以得出增大风速能减小含杂率,但会增大损失率;通过对筛面倾角0°、2°、4°的讨论,可以得出增大筛面倾角会导致含杂率和损失率均增大;通过对筛孔形状的讨论,可以得出选用方孔筛时清选效果更佳。综合考虑,风速为10m/s、方孔筛筛面倾角为0°时,得到稻米含杂率为0.33%,损失率为0.38%,为最佳工作参数。研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。     

基于EDEM-Fluent耦合胡麻清选装置过程模拟分析

针对胡麻分离清选过程高损失率、高含杂率问题,设计了风筛式胡麻清选装置。利用EDEM-Fluent耦合方法,对胡麻清选装置清选过程进行仿真分析,探究清选装置作业参数对胡麻籽粒含杂率和清选损失率的影响规律,确定最优的组合参数。基于清选装置气流场胡麻脱粒物料的运动分析,建立了胡麻清选装置简化模型;对风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅4个参数进行单因素试验和正交试验。结果表明,风机风速、气流倾角、清选筛振动频率和振幅是影响清选装置清选性能的显著因素。应用Design-Expert软件建立了籽粒含杂率和清选损失率的数学回归模型,获得最佳工作参数组合:风机风速4.5 m/s、气流倾角4°、清选筛频率6 Hz、清选筛振幅9 mm,最优工作参数组合下胡麻籽粒含杂率为2.97%,清选损失率为2.39%。该研究结果可为胡麻清选装置的设计和优化提供参考。      

纵轴流清选装置混合流场数值模拟与优化试验

清选装置性能决定着收获机的作业性能,为了克服纵轴流全喂入风筛式清选装置单风道离心风机气流场不均匀的缺点,对风机、脱粒滚筒产生的混合流场进行三维数值模拟,提出纵轴流全喂入双风道六出风口风机的改进结构,并分析结构改进后振动筛面的气流速度对全流域气流分配的影响。同时,对改进后清选装置进行风机转速、风机入射倾角、鱼鳞筛夹角3因素正交优化,分析了各因素对气流场的影响规律,得到最优参数组合:当风机入射倾角30°、鱼鳞筛夹角40°、风机转速1 900 r/min时,更利于高负荷高效率清选。最后,通过田间试验验证了双风道结构和优化试验的准确性,水稻籽粒损失率0.91%,含杂率0.87%,小麦籽粒损失率0.82%,含杂率0.76%。     

双出风口四风道清选装置内部气流场仿真及试验

针对传统水稻联合收获机普遍采用的单出风口三风道清选装置在收获喂入量8.0~9.0kg/s时存在清选损失率显著提高、籽粒含杂率增加、效率降低等难题,首先运用CFD软件对课题组研发的双出风口四风道清选装置和传统单出风口三风道清选装置进行了内部气流场数值模拟及对比分析,得出双出风口四风道清选装置内部气流场分布对收获喂入量8.0~9.0kg/s工作环境具有更好的适应性。在已搭建的试验台上布置了42个气流速度测点对双出风口四风道清选装置进行多因素正交内部气流场测量试验,结果表明:双出风口四风道清选装置的鱼鳞筛开度为18mm、分风板倾角Ⅰ为28°、分风板倾角Ⅱ为20°时,振动筛上方前、中部整体气流速度达到最大且后部气流速度回升幅度最大,有利于提高清选性能和效率。     

惯性气流式红枣清选系统设计与试验

清选系统是气吸式红枣收获机的重要组成部分,降低清选含杂率、损失率和破损率是实现红枣收获机械化的关键技术。利用枣、杂惯性和流体力学特性差异,设计了一种惯性气流式红枣清选系统,并对其关键部件及结构参数进行设计和分析。采用Fluent软件探明了该清选系统内气流运动形成的“∞”形旋流有利于枣、杂的清选。为获得清选系统最佳工作参数,以气流速度、调节板开度为试验因素,以含杂率、损失率和破损率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验。建立试验因素与指标间的回归模型,采用多目标优化算法进行参数优化,确定清选系统最优参数组合：气流速度为32.0 m/s,调节板开度为3.4 cm。在该条件下开展验证试验,得到含杂率、损失率和破损率分别为1.38%、3.37%和0.60%,与优化参数相比分别增加了0.06、0.12、0.03个百分点。该清选系统满足枣、杂清选作业要求。     

CFD-DEM耦合的旋风式谷物清选装置的模拟研究

为探究入料口速度和排杂口速度对无吊桶式旋风分离器清选性能的影响。采用能较真实反映出气流与颗粒相互作用的CFD-DEM耦合模拟的方法。结果表明入料口速度与排杂口速度对清选性能有着重要影响。为探究两因素对分选性能的交互影响,必须有定量分析结果描述。通过对正交模拟实验数据分析可知,排杂口速度V_2对分选性能的影响要大于入料口速度V_1的影响,且当排杂口速度V_2=24 m/s、入料口速度V_1=2 m/s,此时的损失率与含杂率均为0,分选效率达到最大值31.43%,分选效果最好。     

惯性气流式红枣清选系统设计与试验

清选系统是气吸式红枣收获机的重要组成部分,降低清选含杂率、损失率和破损率是实现红枣收获机械化的关键技术。利用枣、杂惯性和流体力学特性差异,设计了一种惯性气流式红枣清选系统,并对其关键部件及结构参数进行设计和分析。采用Fluent软件探明了该清选系统内气流运动形成的“∞”形旋流有利于枣、杂的清选。为获得清选系统最佳工作参数,以气流速度、调节板开度为试验因素,以含杂率、损失率和破损率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验。建立试验因素与指标间的回归模型,采用多目标优化算法进行参数优化,确定清选系统最优参数组合：气流速度为32.0m/s,调节板开度为3.4cm。在该条件下开展验证试验,得到含杂率、损失率和破损率分别为1.38%、3.37%和0.60%,与优化参数相比分别增加了0.06、0.12、0.03个百分点。该清选系统满足枣、杂清选作业要求。     

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。     

玉米脱粒清选试验台清选参数优化研究

为了了解玉米籽粒收获机清选参数对清选性能的影响情况,基于脱粒清选试验台对风机转速、鱼鳞筛开度、调风板倾角、曲轴转速进行了单因素试验和正交实验,以清选损失率和含杂率为评价指标,利用极差分析法得出了最优清选参数组合,即当风机转速为1 150r/min、鱼鳞筛开度为16mm、调风板倾角为54°、曲轴转速为325r/min时,清选效果最好,损失率为0.286%,含杂率为0.149%。     

纵轴流联合收获机清选装置结构优化与试验

通过物料在气流作用下的运动方程从而找出影响物料运动状态的主要因素,利用正交试验分析风机转速、鱼鳞筛开度、分风板I角度、分风板II角度4个参数对清选性能(损失率及含杂率)的影响,从而得出单纵轴流联合收割机清选装置最佳的工作参数。为解决滚筒中后部落下的物料含杂率较高,籽粒容易随茎秆被抛出机外,造成谷物损失的问题,设计一种回程筛板(由回程板及编织筛组成)。田间试验发现:当回程筛板安装角度为3 0°、风机转速为1 4 0 0 r/min、第I导风板倾角为3 0°、第II导风板倾角为1 5°、鱼鳞筛开度为2 4.5 mm时,清选性能较佳,损失率为0.20%,含杂率为0.17%。     

谷子收获机风筛式清选装置试验分析

为了减少谷子联合收获的清选损失,对谷子收获机风筛式清选装置进行了试验分析。运用参数可调的风筛式谷子清选装置,以清选风速、风向、筛分振幅和曲柄转速为试验因素,以籽粒损失率和含杂率为试验指标,对谷子联合收获机脱出物进行了清选试验。试验结果表明:籽粒损失率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而增大,随清选风向角度的增大呈先增大后减小再增大趋势;含杂率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而减小,随清选风向角度的增大呈先减小后增大再减小趋势;最优清选工作参数为清选风速4.19 m/s、清选风向30.3°、筛分振幅22 mm和曲柄转速218 r/min,籽粒损失率为2.02 %,含杂率为8.01 %。该研究为谷子联合收获机清选装置结构与工作参数设计提供参考。      

气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析

通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。     

胡麻脱粒清选装置作业过程仿真与试验

针对分段收获后胡麻脱出物形状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,设计了胡麻脱粒清选装置。为提高胡麻脱粒清选装置作业效率,探究胡麻脱粒物料气流式清选机理,以装置气流清选系统为研究对象,分别建立清选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型。采用CFD-DEM耦合仿真技术,通过研究各组分脱出物料的运动轨迹与空间位置分布,得出清选系统内胡麻脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。仿真试验表明,胡麻脱粒物颗粒在清选系统内气流场的作用下表现出较好的分离清选效果,同时,通过分析模拟试验所得到的胡麻脱粒物颗粒数量和平均速度变化曲线,探明了胡麻脱粒物料在分离清选作业过程中运移的平均速度和数量的变化规律。验证试验表明,该装置在最佳工作状态下作业后胡麻籽粒的清选损失率为2.78%,含杂率为2.23%,与仿真模拟胡麻籽粒损失率（2.05%）、含杂率（1.56%）相比,二者试验结果分别仅相差0.73、0.67个百分点,实际试验结果与仿真模拟结果吻合度较高,验证了模型的可靠性。     

协拨组合式玉米条带秸秆清理装置设计与试验

针对现有条带秸秆清理装置集行效果差、秸秆清理率低等问题，提出了一种协拨组合式条带秸秆清理方案，从力学角度对比分析不同齿形清秸轮拨送秸秆的过程，设计了一种径向锐化协拨清秸轮，清秸轮半径为162.5 mm、齿数为12、齿长为65 mm。开展了协拨组合式条带秸秆清理装置的仿真试验，以径向锐化清秸轮的工作参数为影响因素，秸秆清理率为指标，开展离散元仿真试验，分析了清秸轮工作过程中秸秆运动、土壤扰动及秸秆清理率的变化。结果表明，试验因素对秸秆清理率的影响由大到小为侧倾角、前进速度、前倾角，当机具前进速度为7.8 km/h、清秸轮前倾角为31.7°、侧倾角为13.4°时，秸秆清理率最高为91.62%。开展了协拨组合式条带秸秆清理装置和整机的作业性能田间试验，结果表明协拨组合式条带秸秆清理装置工作稳定，秸秆清理率为87%～90%,实现了条带秸秆清理装置的设计目标。     

玉米碎秸多级横向运移整流装置设计与试验

针对2BMFJ型原茬地免耕覆秸精量播种机宽幅作业时玉米碎秸多级横向运移过程滞留,影响播种区间清秸率,导致机具工作质量和作业效率降低的问题,通过分析玉米碎秸单级抛撒运动规律,设计了玉米碎秸横向运移整流装置,确定了影响整流装置工作性能的关键结构参数.采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,基于EDEM软件在构建的玉米碎秸横向...     

基于气固耦合的气筛式马铃薯清选装置参数优化与试验

针对马铃薯联合收获后含杂率高、后续二次清选伤薯破皮严重等问题,对气筛式马铃薯清选装置进行了优化设计,在低损伤的同时保持一定的清选除杂功能,在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响除杂率和薯块损伤的主要因素,通过EDEM-Fluent耦合构建仿真模型,以风机出风口气流速度、摆抖筛摆抖形式、摆抖频率、筛面倾角为试验因素,以马铃薯清选率和洁净率作为评价指标,对清选过程进行了多组仿真,并依据仿真结果进行验证与优化。研究结果表明,清选装置风机出风口气流速度对马铃薯气力清选的可行性起着决定性作用,摆抖筛摆抖形式、摆抖频率和筛面倾角对清选效果影响大,影响由大到小为风机出风口气流速度、摆抖筛筛面倾角、摆抖筛摆抖频率,且摆抖筛前后简谐摆抖优于上下摆抖。最优工作参数组合：摆抖筛前后简谐摆抖、摆抖筛筛面倾角为25°、摆抖频率为10Hz、风机出风口气流速度为60m/s,此时仿真试验马铃薯清选率为93.1%,洁净率为98.7%,台架试验马铃薯清选率为91.6%,洁净率为99.2%。研究结果可为马铃薯清选装置设计与优化提供理论依据。     

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 ...     

基于CFD-DEM的收获机分离室内谷物运动模拟与试验

采用计算流体力学与离散元耦合的方法对割前摘脱稻麦联合收获机惯性分离室内谷物的运动进行数值模拟。仿真结果表明:籽粒和短茎秆在气流作用下能够实现分离,分离室入口气体速度增加,有助于提高分离室初清选谷物的性能,但入口气体速度增加使得分离室后部气体湍流现象加重,且能耗也随之增加;不饱满籽粒能在分离室内实现沉降。对仿真结果进行了试验验证,结果表明利用CFD-DEM对分离室内谷物运动进行数值模拟是可行的。