叶片式秸秆抛送装置功耗分析与参数优化

为了降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,该文采用理论分析与试验研究相结合的方法建立了考虑气流影响的、适合各种叶片倾角的叶片式抛送装置功耗数学模型,并利用虚拟样机进行优化,以抛送功耗最小为目标函数,对抛送装置结构参数、运动参数进行参数化分析.结果表明,叶轮外径700 mm、转速650~2000 r/min时,采用径向叶片、转速为650 r/min时比功耗最小.通过参数化分析得到不同工况时叶片式抛送装置结构参数与运动参数的最佳配置,为实际叶片式抛送装置的设计生产提供较精确的理论依据,并对节能降耗有着重要的现实意义.     

叶片式抛送装置试验台的研制与试验研究

为了深入了解农业纤维物料的抛送机理,进而降低抛送装置的功耗,增加抛送距离,研制了不同外径、宽度、叶片倾角以及转速的叶片式抛送装置试验台。同时,对各种设计参数下叶片式抛送装置的气流流场、所消耗的功耗以及抛送距离进行了试验研究,为确定叶片式抛送装置最佳工作参数提供了依据。     

叶片式抛送装置噪声试验研究

叶片式抛送装置广泛应用于牧草加工、谷物脱粒及秸秆粉碎还田等机械中,噪声高是叶片式抛送装置实际应用时的主要问题之一。为此,采用试验方法,通过对空载和负载时叶片式抛送装置的噪声进行实测,并对噪声信号进行频谱分析,结果表明:空载和负载叶片式抛送装置的噪声信号频谱结构非常相似,主要噪声源均为气动噪声,且都是旋转噪声,机械振动噪声及不平衡引起的噪声对整机噪声贡献不大;加入物料后主频频率略有增大,除了出料口气动噪声降低外,其余各测点噪声增大。     

秸秆抛送装置外壳振动辐射噪声数值模拟与试验验证

针对目前秸秆抛送装置抛送叶轮扰动空气及物料引发噪声的原因尚不清楚,为了在秸秆揉碎机设计阶段估算其抛送装置的振动辐射噪声,首先采用计算流体力学CFD方法对秸秆抛送装置内部的气-固非定常流场做了整场瞬态数值模拟,将作用在外壳表面的气流和物料脉动压力加载给抛送装置外壳模型,并采用有限元方法对外壳进行了模态分析及动力响应分析,实现了从气-固两相流体到结构的单向耦合;将抛送装置外壳振动响应作为声学边界条件,利用LMS VirtualLab的间接边界元Indirect Boundary Element Method声振耦合模块计算了非定常流动引起的外壳振动辐射噪声,并进行了试验验证.数值计算与实测声压级变化趋势相同;辐射噪声最大的基频100 Hz处个别测点仿真声压级较实测值高2.28 dB(A),其余测点的仿真与试验值相差不到1.5 dB(A),结果表明理论分析和数值仿真的可靠性.基于上述方法,比较分析了外壳壁厚对振动辐射噪声的影响.研究结果表明:对应确定的激励频率,存在较合理的外壳壁厚尺寸组合.叶轮转速为1 500 r/min时,较优壁厚为圆形外壳前后侧板壁厚4mm,其余壁厚为3mm的尺寸组合,声功率级为78.07 dB(A),满足饲草揉碎机噪声限值90dB(A)的国家标准要求.该研究可为秸秆揉碎机及叶片式抛送装置低噪声设计研究提供参考.     

物料沿抛送叶片的运动仿真与高速摄像分析

为了揭示物料运动规律与叶片式抛送装置功耗及抛送效率之间的关系,从而降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,采用理论分析、虚拟样机技术与高速摄像技术相结合的方法对物料沿抛送叶片的运动进行研究。建立了适合前倾、后倾及径向叶片的物料沿抛送叶片运动的动力学模型及ADAMS模型,为了综合考虑气流对物料以及物料间的相互作用引入当量摩擦系数,通过与高速摄像试验数据进行回归分析得到当量摩擦系数的值,进而对动力学模型及ADAMS模型进行了修正。通过分析功耗及抛送效率与物料运动规律之间的关系,获得了物料最佳抛出角范围约为60°～130°。该研究为叶片式抛送装置参数优化提供了参考。     

叶片式抛送装置功耗试验研究与参数优化

为了提高全秸秆覆盖地免耕播种机作业质量,降低抛送装置的抛送功耗,采用Box-Benhnken中心组合试验方法对抛送装置的工作参数进行试验研究,以叶轮转速、物料含水率、叶片倾角等影响作业质量的3个因素进行三因素三水平响应面试验,建立响应面数学模型,分析各影响因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行综合优化。试验结果表明:各因素影响抛送功耗的显著顺序依次为叶轮转速、物料含水率、叶片倾角;最优工作参数组合为:叶轮转速1 600r/min、物料含水率63%、叶片倾角后倾9°,对应的比功耗919.89m~2/s~2,且各性能指标与理论优化值的相对误差均5%。研究结果可为抛送装置的结构完善设计和作业参数优化提供依据。