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%。     

多维并联振动筛筛分过程解析与筛面运动形式优选

针对物料在多维并联振动筛筛面上的运动过程及其规律不明确,以及采用何种筛面运动形式最佳的问题,研究了物料颗粒在多维振动筛筛面上的运动过程,并提出最佳的筛面运动形式。引入分散度与分层速率2个指标,基于颗粒离散单元法(DEM)研究各单自由度振动对筛面上物料分散和分层过程的影响,优选出分散度和分层速率较优的4个单自由度振动,即:分别沿筛面长度、宽度和高度方向的移动x、y和z,以及绕筛面法线方向的转动γ,其中,x和y单自由度振动效果尤为明显。在优选振动自由度组成的各种振动形式下,基于筛分效率和含杂率,对多维振动筛面的物料透筛过程进行模拟研究,表明:3平移1转动(3T-1R)四维振动形式透筛性最好,为理想的筛面运动。据此设计了一种3T-1R并联机构,并在样机上进行了筛分试验验证。     

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。     

一种新型并联机构振动筛的动力学研究

设计了一种基于并联机构的空间多维振动筛,其主体机构是一种有两转动两平移四个自由度的并联机构.该振动筛具有结构刚度大、承载能力强、惯性小、透筛效率高以及实现物料分层筛分等优点.根据振动筛筛面的运动轨迹要求,本文运用单开链单元综合法,由并联机构的运动输出特征矩阵及拓扑结构,完成了并联机构的型式设计,并采用拉格朗日方法和运动影响系数方法对该并联机构的动力学进行了分析.     

玉米籽粒收获机双层不平行振动筛设计与试验

玉米籽粒收获机清选装置大多采用平行安装的双层筛面,为使双层筛的筛分性能最佳,利用偏置曲柄滑块机构设计了一种多自由度双层不平行振动筛驱动机构,利用矩阵法分析获得筛面的运动方程。选取双层筛筛面安装间距、上筛面安装倾角、筛面横向振幅为试验因素,以玉米籽粒损失率、籽粒含杂率为试验指标,设计二次正交旋转组合试验。利用Design-Expert软件对回归数学模型进行多目标优化,当下筛面安装倾角为3. 5°时,机构最优结构参数组合为:筛面前端安装间距292. 99 mm,上筛面安装倾角3. 04°,筛面横向振幅5. 55 mm。基于优化后的参数,调整驱动机构尺寸进行台架试验,玉米脱出物喂入量为5. 05 kg/s时,筛分后的籽粒损失率、籽粒含杂率均值分别为1. 61%、2. 17%,满足玉米收获机械技术标准。相比传统双层平行式平面往复振动筛清选装置,双层不平行振动筛的籽粒损失率平均降低了1. 59个百分点。     

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。     

基于三平移并联机构的茶叶筛分试验

为解决传统茶叶筛分机械不能实现多维振动的问题,基于并联机构组成原理,选择了一种满足茶叶清选需要的全解耦三平移并联机构为茶叶筛分机的主体机构.应用D -H矩阵计算出该并联机构运动学正、反解,并且通过正交试验验证了其筛分性能.结果表明,三自由度振动提高了茶叶在筛面上的分散度,最短透筛时间为单自由振动最短透筛时间的1/20,筛分性能较单自由度振动有大幅度提高.     

基于DEM的谷物清选筛振动筛分虚拟试验研究

为了研究筛分过程中筛面结构和物料形状对筛分效率的影响,基于离散元法对5个不同筛面开孔率下的圆孔筛﹑方孔筛的筛分效率和复杂粒形物料在圆孔筛﹑方孔筛上的筛分效率进行了虚拟试验研究。结果表明:物料的的筛分效率随筛面开孔率的增加而逐渐增加,且在筛面开孔率相同时圆孔筛的筛分效率高于方孔筛的筛分效率;3种典型农业物料形状的颗粒在两种筛面上筛分时,小麦形颗粒筛分效率最高,大豆形颗粒筛分效率其次,玉米形颗粒筛分效率最低;圆孔筛更易于3种颗粒的透筛,筛孔形状对于玉米形颗粒的筛分效果影响最大,小麦形颗粒次之,大豆形颗粒最小。     

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%。     

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.     

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%。     

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%。     

4LZ-1.0Q型稻麦联合收获机脱粒清选部件试验与优化

对4LZ -1.0Q型稻麦联合收获机脱粒清选部件进行了正交试验,采用模糊综合评价法对小麦田间试验结果进行分析,得出脱粒清选环节中钉齿脱粒滚筒、栅条凹板筛、上盖板、振动筛、离心风机部件的优化组合参数.试验结果表明,影响脱粒性能的因素主次顺序为:滚筒齿顶线速度、脱离间隙、上盖板导向次数、凹板筛筛分包角、凹板筛筛孔大小和脱粒间隙,优选参数组合为滚筒齿顶线速度25 m/s、脱离间隙55 mm、上盖板导向4次、凹板筛筛分包角204°、凹板筛筛孔尺寸36 mm×15 mm、脱粒间隙15 mm;影响清选性能的因素主次顺序为:振动筛曲柄转速、筛面结构形式、离心风机转速、振动筛振幅,优选参数组合为振动筛曲柄转速404 r/min、筛面16 mm方孔编织筛、离心风机转速1787 r/min、振动筛振幅30 mm.可控制含杂率小于3％、破碎率小于1％、脱粒清选籽粒损失率小于1.5％.     

玉米籽粒清选波浪筛机构设计与试验

为提高装置对大喂入量玉米脱出物的清选性能,基于曲柄-双摇杆设计了一种波浪筛机构,通过多筛片组“下凹”与“近似展平”姿态的连续转换,实现了整个筛体的波浪式运动,通过理论分析确定了波浪筛结构。采用CFD-DEM耦合仿真对波浪筛清选装置内气固两相运动进行了数值模拟,得出波浪筛清选装置内上部空间可形成一条高速气流带,其有利于杂余吹散,近筛层气流速度沿波浪筛纵向呈先降低后升高趋势,有利于配合筛片组的“下凹”与“近似展平”实现筛上物料运移与暂时滞留,在筛体波浪式运动下筛上籽粒陆续完成撞筛、滞留、抛起、越筛,此种筛分方式提高了籽粒的透筛效率。以清选装置入口气流速度、筛体安装倾角、驱动轴转速为试验因素,以籽粒的清洁率和损失率为指标,进行了二次正交旋转组合仿真试验,建立了各因素与指标间的数学模型,优化获得了各参数的最优组合为：清选装置入口气流速度为14.6 m/s,筛体安装倾角为8.5°,驱动轴转速为240 r/min。高速摄像台架试验结果表明：波浪筛上籽粒的实际运动与仿真中籽粒运动基本一致,验证了仿真结果的准确性;在玉米脱出物喂入量高达7 kg/s时,波浪筛清选装置籽粒的清洁率和损失率分别为99.12...     

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。