双出风口多风道清选装置的设计及试验研究

摘要

随着高产水稻种植面积的不断扩大，以及国家鼓励农村土地使用权流动政策的出台，农业规模化种植的逐步形成，对联合收获机械作业性能、作业效率等提出了更高的要求。清选装置是联合收获机最重要的核心工作部件之一，清选性能的好坏直接关系到整机的工作性能。国内新研制的水稻联合收获机在大喂入量脱粒分离技术取得突破的同时，却仍然沿用传统单出风口清选技术与装置，这就造成了脱粒性能与清选性能的不匹配，制约了整机作业性能和效率的提高。开展高性能、高效率清选技术与装置的研究，推动水稻联合收获机产品的升级换代，具有重要的科学意义和实用价值。
　　针对现有切纵流联合收获机清选装置在水稻喂入量≥5kg/s时，籽粒清选损失率大、籽粒含杂率高等问题，提出了一种与斜置切纵流脱粒装置相匹配的高效清选装置—双出风口多风道清选装置，并进行了结构设计、数值模拟和试验研究，主要包括以下几个方面:
　　(1)介绍了国内外联合收获机清选装置的结构与技术特点，指明了多风道清选装置的研究方向，提出了采用CFD数值模拟和试验验证相结合的手段为双出风口多风道离心风机的设计提供科学依据。
　　(2)针对传统水稻联合收割机单出风口清选装置存在的问题，提出了双出风口多风道清选装置的总体配置方案，分析了切纵流脱出混合物和气流在双出风口多风道清选装置的运动情况，通过理论分析和计算完成了双出风口多风道离心风机、振动筛及回程输送板等主要部件和传动系统的详细设计，确定了清选装置的工作参数。
　　(3)在Solidworks中建立了三个双出风口多风道离心风机的三维流道模型，利用ICEM完成网格划分，并导入到FLUENT进行数值计算，通过对Z=-162mm截面及Z=-371mm截面上风机内部速度场与压力场、四个风机出风口的速度等势线与等压线以及出风量大小、风速分布范围等详细分析与对比，得出风机Ⅱ性能最优。同时，进一步分析了转速、分风板角度和进风口直径等参数变化对风机Ⅱ内部和出风口流场分布的影响。
　　(4)完成三种双出风口多风道离心风机的制造，构建了基于热线式风速仪的风机测量试验台，开展了三种风机出风口的风速试验研究，运用Matlab绘制了风机出风口速度分布图，并与仿真结果进行了对比。分析表明，风机CFD数值模拟结果与试验测量结果量值上相差10％～20％，但总体分布规律相互吻合，证明了数值模拟结果的可行性。为了验证双出风口多风道离心风机的实际应用效果，将优选出的风机Ⅱ移植到新型斜置切纵流联合收获机中，通过风机转速、分风板Ⅰ倾角、分风板Ⅱ倾角及鱼鳞筛开度等田间正交试验，得出清选性能最优参数组合:A2 C3 B3 D2，在最优参数组合下进行验证试验得到清选损失率为0.5％，含杂率为0.18％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 清选装置的研究现状

1．2．2 离心风机内部流场数值模拟的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本章小结

第二章 双出风口多风道清选装置的设计

2．1 传统单出风口清选装置存在的问题

2．2 双出风口多风道清选装置的总体结构

2．2．1 双出风口多风道清选装置的配置方案

2．2．2 双出风口多风道清选装置的工作原理

2．2 清选装置的设计

2．2．1 双出风口多风道离心风机的初步设计

2．2．2 振动筛的设计

2．2．3 回程输送板的设计

2．3 动力传动系统的设计

2．4 清选装置的工作参数

2．5 本章小结

第三章 双出风口离心风机气流场数值模拟与分析

3．1 仿真模型的建立

3．2 模型的网格划分

3．3 数值模拟计算

3．3．1 边界条件

3．3．2 求解方法

3．4 数值模拟结果分析

3．4．1 风机速度场分析

3．4．2 出风口速度等势线分析

3．4．3 风机内部压力场分析

3．4．4 出风口等压线分析

3．5 对风机Ⅱ的进一步研究

3．5．1 转速的变化对风机内部流场的影响

3．5．2 分风板角度的变化对风机内部流场的影响

3．5．3 进风口直径对风机内部流场的影响

3．6 本章小结

第四章 风机气流场测试与整机田间试验

4．1 试验装置

4．2 试验方案

4．3 测量结果与分析

4．3．1 风机Ⅰ测量结果

4．3．2 风机Ⅱ测量结果

4．3．3 风机Ⅲ测量结果

4．4 测量结果与模拟结果对比分析

4．5 各出风口的实际出风量计算

4．6 整机田间性能试验

4．6．1 试验材料

4．6．2 试验方案

4．6．3 喂入量计算

4．6．4 田间试验结果分析

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 本课题特色与创新

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研工作