風(fēng)篩式清選裝置設(shè)計(jì)理論與方法研究.pdf

1、在農(nóng)作物生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)物料的清選是一項(xiàng)重要內(nèi)容?，F(xiàn)代聯(lián)合收割機(jī)中常用風(fēng)篩式平面振動(dòng)篩進(jìn)行清選，而風(fēng)篩式平面振動(dòng)篩篩分過(guò)程是一個(gè)極為復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，隨著物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)風(fēng)篩式清選裝置進(jìn)行系統(tǒng)地分析與研究的成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，因此，本文以稻谷清選為研究對(duì)象，開(kāi)展風(fēng)篩式清選裝置設(shè)計(jì)理論與方法的研究，主要內(nèi)容如下。
　　 1、測(cè)量了4LZ-1.0型聯(lián)合收割機(jī)排出物的組成，測(cè)量結(jié)果表明，該機(jī)型清選

2、損失率小于1％，但排出物中，谷粒與癟谷沒(méi)能有效地分離。對(duì)排出物中谷粒、癟谷及莖稈的三維尺寸、密度、剛度及剪切強(qiáng)度等物性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)對(duì)三者之間相互作用的物性參數(shù)，如恢復(fù)系數(shù)、摩擦系數(shù)等進(jìn)行了測(cè)量。
　　 2、對(duì)風(fēng)篩式清裝置進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，對(duì)其振動(dòng)篩總成進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，運(yùn)用三維分析軟件，對(duì)篩面進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并對(duì)篩面上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了曲線(xiàn)擬合，分析表明，篩面上的點(diǎn)作周期性運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)可用正弦函數(shù)表達(dá)。同時(shí)，運(yùn)用ADAMS，

3、分析了清選裝置主要參數(shù)變化對(duì)篩面加速度的影響，并對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明，曲柄轉(zhuǎn)速及半徑對(duì)篩面的加速度影響敏感，其中曲柄轉(zhuǎn)速n=360r/min、曲柄半徑r=2.5cm時(shí)，有利于篩面上谷物的篩分。
　　 3、基于氣固兩相流體力學(xué)理論，分析了谷粒在篩面氣流場(chǎng)的受力情況;運(yùn)用Pro/E軟件建立了風(fēng)篩式清選裝置三維幾何模型，將其劃分為結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，在恒壓力邊界下，利用CFD軟件中的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和壁面函數(shù)法對(duì)清選裝置

4、內(nèi)氣流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析結(jié)果表明:風(fēng)扇的外端風(fēng)速最大，在風(fēng)道與風(fēng)扇滾筒的交界處，氣流做離心運(yùn)動(dòng)，氣流沿風(fēng)扇葉片的切線(xiàn)方向吹出，形成比較流暢的氣流場(chǎng)，在魚(yú)鱗篩網(wǎng)處氣流的大小方向發(fā)生改變，魚(yú)鱗開(kāi)口處速度聚集，氣流從篩孔吹出，向著宜于將雜物吹出的方向流出。由于魚(yú)鱗開(kāi)口的影響，在篩面上方，離篩面較近處氣流速度較大，分析表明，在保證清選效率的情況下，可以縮短清選裝置的豎向距離。數(shù)值模擬同時(shí)表明，氣流速度在壁面發(fā)生一定的沖擊現(xiàn)象，壓強(qiáng)存在明顯梯

5、度。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)篩面氣流場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明，離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為700r/min，離心風(fēng)機(jī)傾角為25°，魚(yú)鱗篩夾角20°時(shí)，有利于降低含雜率及損失率。
　　 4、利用逆向工程理論，對(duì)稻谷谷粒、癟谷、短莖稈進(jìn)行了三維模型重構(gòu)。運(yùn)用三維離散元形狀模型理論，采用粘接法，構(gòu)造了稻谷谷粒、癟谷及短莖稈的三維離散元模型。該模型與實(shí)際模型形狀尺寸及密度值誤差在5％以?xún)?nèi)，可成為稻谷收獲清選動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)的力學(xué)基礎(chǔ)。
　　 5

6、、對(duì)稻谷的脫出混合物在平面振動(dòng)篩上的清選行為進(jìn)行了系統(tǒng)的三維離散元數(shù)值模擬研究。通過(guò)數(shù)值模擬，再現(xiàn)了顆粒流在篩面激勵(lì)下的分層及透篩過(guò)程，并分析了顆粒流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究了各振動(dòng)參數(shù)對(duì)谷粒及癟谷在篩面運(yùn)動(dòng)的影響，并通過(guò)曲線(xiàn)擬合得到其回歸方程，探索了顆粒流在篩面上的分層及透篩機(jī)理。
　　 6、運(yùn)用三維離散元分析模擬理論，對(duì)平面振動(dòng)篩的篩分效率進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。引入動(dòng)態(tài)篩分效率的概念，分析了在篩分過(guò)程中，篩面的振動(dòng)頻率、振幅及篩面傾角對(duì)

7、篩分效率的影響。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了正交仿真實(shí)驗(yàn)，得到了最佳篩分效率時(shí)的振動(dòng)參數(shù)，即振動(dòng)頻率5Hz、振幅25mm、傾角為4°。同時(shí)建立了篩分效率的多元非線(xiàn)性模型，該模型豐富了顆粒物料的振動(dòng)篩分理論，為傳統(tǒng)篩分機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和新型篩分裝置的研制提供了理論依據(jù)。
　　 7、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)數(shù)值模擬進(jìn)行了驗(yàn)證。運(yùn)用高速圖像處理系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了篩分過(guò)程的運(yùn)動(dòng)示蹤，將離散元仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析表明，兩種情況下，顆粒運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)