三维并联振动筛设计与实验

提出用并联机构驱动产生的筛面多维运动实现非平面筛面多维透筛性的设计思想,以改善透筛环境、提高筛分效果。设计了一种基于单自由度两回路空间机构的并联振动筛,给出了主机构的拓扑结构分析、运动分析及基于筛面轨迹仿真的尺度优化结果;阐述了非平面筛面的设计及其多维透筛性原理;实验比较了并联振动筛与传统直线振动筛在常规平面筛面、非平面波浪筛面、非平面凹坑型筛面上的筛分性能,证明并联振动筛与非平面凹坑型筛面组合的筛分效率高达98%,透筛率高达7.4%,而直线筛与平面筛组合的筛分率仅为84%,透筛率为5%,从而揭示了新型并联振动筛的高效筛分机理与特性。     

基于1T-2R并联机构的多维振动筛设计与研究

通过对两种一平移两转动的并联机构进行结构组成和结构特性分析,优选出其中一种作为多雏振动筛的主体机构,利用ADAMS软件建立主机构的虚拟样机,完成虚拟样机的运动仿真。以并联机构作为振动筛的主体机构,由于筛面可实现空间多维运动,突破了目前大多数振动筛面只做平面往复运动的局限,使筛分效率进一步提高。     

基于1T-2R并联机构的多维振动筛设计与研究

通过对两种一平移两转动的并联机构进行结构组成和结构特性分析,优选出其中一种作为多雏振动筛的主体机构,利用ADAMS软件建立主机构的虚拟样机,完成虚拟样机的运动仿真。以并联机构作为振动筛的主体机构,由于筛面可实现空间多维运动,突破了目前大多数振动筛面只做平面往复运动的局限,使筛分效率进一步提高。     

振动筛两平移两转动并联机构的运动学分析

为适应不同作物清选的需要,提出了一种可满足多种作业需要的空间振动筛思想.并设计了该振动筛的主体机构.该振动筛采用四自由度并联机构作为主体机构,能方便地调节振动筛的振幅和振动方向.该并联机构包含4条支路,其中2条支路为R-R-P型结构,另外2条支路为R-R-R-R-P型结构.以该机构的动平台为振动筛的筛面,能实现2个方向的移动,以及绕2个方向轴线的转动.应用转换矩阵对该机构进行运动学建模,并给出了该机构运动学的正解和反解.结果表明可以将此机构应用于振动筛.     

三移动两转动振动筛驱动机构优化与试验

为提高玉米脱出物在振动筛上的筛分效率,基于传统的平面往复振动筛,设计了一种玉米清选振动筛驱动机构,可使筛面实现3个移动2个转动;为深入研究其运动规律和筛分性能,用封闭矢量多边形法推导了筛面上任意一点的位移方程;以筛面后端振幅最小为目标,应用Isight软件优化各驱动杆件的长度,使筛面后端的振幅达到最小值15.4 mm;利用Matlab数值模拟确定筛面运动为非简谐周期运动。为确定驱动机构主轴转速和玉米脱出物喂入量对振动筛性能的影响,通过试验比较玉米籽粒在该机构筛面与平面往复振动筛面上的透筛率,试验结果表明,当玉米脱出物的喂入量为6 kg/s时,该机构主轴的最佳转速为260 r/min,玉米籽粒在该机构筛面上的透筛率比其在平面往复振动筛上的透筛率提高了5.75%,节省功耗16.1%。     

谷物横向振动平面清选筛动力学仿真分析

运用ADAMS软件对一种新型轨迹的谷物横向振动平面清选筛进行了动力学仿真分析,研究了所设计的振动筛调整参数-偏心距、筛体倾角、输入转速对谷物运动的影响,对该振动筛设计的正确性和可行性进行了论证.仿真结果还表明,该振动筛具有较高的筛分效能.     

基于并联机构的多维振动筛分试验台设计

为解决传统振动筛分装置不能实现多维振动的问题,设计了基于并联机构的多维振动筛分试验台,试验台以全解耦型多维主体激振机构为核心,采用大功率直线电动机为直线往复振动的动力源,传动链短,机械结构和运动参数的调整简单便捷,可获得多个工况下物料颗粒的筛分性能指标以及物料在筛面上的运动规律。试验台以计算机和PMAC控制卡作为硬件控制系统的核心,测控软件系统可以对试验过程中工作部件的振幅、速度、频率、扭矩和功率等参数进行实时采集、显示、处理与分析,为多维振动筛分设备的设计提供了依据。     

3自由度混联振动筛设计

基于并联机构的组成原理,设计了可用于颗粒物料分级的3自由度混联振动筛。振动筛主要由筛箱、振动电动机、电动机固定座、弹簧、倾角调节装置、支撑架、纵向振动链、横向振动链和底座组成。所设计的3自由度混联振动筛将筛箱的支撑和激振动功能分离,筛箱的支撑采用悬挂支撑方式;以全解耦型混联机构2PRRR—P(2R)为主体激振机构,能实现筛箱沿X、Y、Z 3个方向的振动。试验结果表明,该振动筛X、Y、Z向3个自由度的振动对分散性能平均提高了33.23%,而透筛性能平均提高了73.55%,对不同筛分物料的适应性强。     

非对称三平移并联机构的运动条件设计

在分析三平移并联机构结构组成、运动输出特点的基础上,用螺旋理论的方法研究了并联机构实现三平移的必要和充分条件,根据实现三平移的运动条件及机构支路的结构特点,设计了一种新型非对称的三平移并联机构。该机构具有良好的运动解耦性、易控制、加工简单等特点,该研究亦为三平移并联机构的分析与综合打下了基础。     

基于ADAMS的联合收割机振动筛虚拟设计

基于ADAMS软件，提出了一种对联合收割机振动筛进行虚拟设计的方法。在ADAMS中建立了振动筛的模型，并进行了动态仿真分析，在不作任何简化性假设的条件下考察了筛面加速度的变化规律，选出了机构的关键参数，并结合Fortran语言编程完成了筛上脱出物的运动分析，优选了机构的工作参数。     

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。     

振动筛摇杆的有限元分析及优化

对振动筛摇杆的受力进行了研究,以久保田pro208半喂入水稻联合收割机的清选机构中振动筛的摇杆为研究对象,分析在振动筛运动时摇杆的受力状况,算出极限位置的受力状况,对极限位置应力分布进行分析,用SilulationXpress有限元分析工具对摇杆受力进行分析,并运用DOE技术进行结构优化,从而保证摇杆正常工作。     

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。     

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。     

对称三自由度并联机器人拓扑结构型综合与分类

以单开链支路为单元,揭示了对称少自由度并联机器人组成的规律,提出了输出运动为3自由度并联机器人的型综合方法.型综合共得到5种对称的三维平移3自由度的并联机器人和6种对称的三维转动3自由度的并联机器人.     

颗粒物料在三自由度振动筛面上的运动仿真

以传统往复振动筛为基础,分析了三自由度振动筛的构成。通过ADAMS软件进行仿真试验,得到颗粒物料与筛面发生碰撞后沿筛面径向位移情况和速度变化规律。筛面施加法向转动后,筛面转速、转动幅度以及颗粒物料与筛面碰撞点到转动轴的距离在筛面轴向的投影长度,是影响颗粒物料与筛面碰撞前后沿筛面径向速度变化的因素。所提出的三自由度振动筛更有利于颗粒物料沿筛面径向碰撞离散,可以提高振动筛筛面的利用率和筛分效率,为设计新型的振动筛分装置提供了依据。     

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。