切纵流联合收获机脱粒分离装置参数优化与试验研究

摘要

切纵流联合收获机是将切流和纵轴流脱粒分离装置相结合形成的具有脱粒性能好、籽粒破碎率低、喂入能力强、对作物的适应性好等优点的全喂入式联合收获机。切纵流脱粒分离装置为切纵流联合收获机的核心部件，其脱粒分离性能直接决定了整个联合收获机的工作性能，对物料在脱粒空间内的运动、脱粒分离试验及参数优化进行研究是提高切纵流装置脱粒分离性能的关键。对脱粒分离装置进行多因素试验，建立多因素与脱粒功耗、夹带损失率等脱粒性能指标的数学模型，可以量化对切纵流脱粒装置脱粒分离性能的研究。本文的研究工作主要有:
　　在一定假设的基础上，建立物料在切纵流脱粒空间里的运动模型。根据切纵流联合收获机脱粒分离装置的参数，用Solidworks软件建立切纵流脱粒分离装置的三维模型，然后导入到离散元软件EDEM中。在一定的假设基础上建立仿真物料颗粒模型并对物料在脱粒空间中的运动进行仿真。分别分析物料在脱粒空间内x，y，z三个方向上物料运动位置和速度随时间的变化规律，得到物料在切流空间内沿着滚筒作切向运动，在纵轴流脱粒空间内物料作周期性的螺旋运动。仿真结果与前人使用高速摄影得到的物料实际运动相吻合。
　　基于理论和经验分别对切流滚筒、切流凹板筛、切流顶盖、纵轴流滚筒、纵轴流顶盖、纵轴流凹板筛等进行了设计，并使切流滚筒间隙和纵轴流滚筒间隙分别为15、21、27mm和8、14、20mm三档可调，切流/纵轴流滚筒转速为893/849r/min、808/768r/min和723/687r/min三档可调;构建载荷测试系统:在主要工作部件（如切流滚筒轴、输送槽输入轴、中间轴和纵轴流滚筒轴）上贴应变片、接线、密封以及标定构建扭矩传感器，并在每根轴的外端安装霍尔转速传感器，通过扭矩采集模块和转速采集模块同步采集信号，再将信号无线传输到测试分析软件，最终得到功耗曲线。
　　对试验物料水稻的相关特性参数进行测定，分别在实验室和田间进行多因素（切流滚筒间隙、纵轴流滚筒间隙、切流和纵轴流滚筒转速）对脱粒分离性能影响的正交试验。对比田间试验和实验室试验结果，得到田间试验的物料喂入更均匀，功耗曲线更平稳，最大喂入量略有提高。通过正交试验重点分析研究了三因素对脱粒总功耗和夹带损失率的影响，得到对脱粒总功耗和夹带损失率影响的主次因素都为切流/纵轴流滚筒转速、纵轴流滚筒间隙、切流滚筒间隙。建立脱粒总功耗和夹带损失率二次多项式回归分析模型，并综合考虑脱粒总功耗和夹带损失率建立目标函数，使用复合形法对其进行优化并获得最佳的参数组合为:切流滚筒转速为893r/min，切流滚筒凹板间隙为33mm，纵轴流滚筒凹板间隙为14mm，并进行了试验验证。对切流滚筒和纵轴流滚筒下方接料盒里的物料进行称重和清选，得到了7列14行每个盒子的脱出混合物和籽粒的质量，然后用Matlab分别建立脱出混合物、籽粒和杂余的曲面分布图，并对其分布规律进行研究分析，为切纵流联合收获机的清选装置提供了设计依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 物料在脱粒分离过程中的运动与动力学研究

1．2．2 脱粒分离装置与参数优化的研究

1．2．3 脱粒分离过程的建模和脱出物的分布规律研究

1．3 课题研究主要内容

1．3．1 物料在切纵流脱粒空间内的运动和仿真研究

1．3．2 切纵流脱粒分离装置设计

1．3．3 切纵流联合收获机脱粒分离性能试验研究

1．4 本章小结

第二章 物料在切纵流脱粒空间内的运动和仿真

2．1 物料在切纵流脱粒空间内的运动

2．1．1 物料在切流脱粒空间内的运动

2．1．2 物料在纵轴流脱离空间内的运动

2．2 脱粒空间内物料运动仿真

2．2．1 EDEM离散元软件简介

2．2．2 脱粒空间内物料运动的EDEM数值模拟

2．2．3 物料运动数值模拟分析

2．3 本章小结

第三章 切纵流联合收获机脱粒分离装置的设计

3．1 履带式切纵流联合收获机概述

3．2 切纵流脱粒分离装置的设计

3．2．1 切流脱粒分离装置的设计

3．2．2 纵轴流脱粒分离装置的设计

3．3 载荷测试系统的构建

3．3．1 扭矩测试系统的构建

3．3．2 转速测试系统的构建

3．4 本章小结

第四章 切纵流联合收获机脱粒分离装置试验研究

4．1 试验材料

4．2 试验方案

4．3 试验结果分析

4．3．1 实验室与田间试验结果对比分析

4．3．2 田间试验结果分析

4．3．3 田间正交试验结果分析

4．4 本章小结

第五章 切纵流联合收获机参数优化及脱出物分布规律研究

5．1 参数优化

5．1．1 复合形法

5．1．2 脱粒分离装置参数优化

5．2 脱出物的分布规律

5．2．1．切流滚筒下方物料分布规律

5．2．2 纵轴流滚筒下方物料分布规律

5．3 本章小结

第六章 研究总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加的科研项目及科研成果