縱軸流全喂入收割機(jī)清選裝置流場的數(shù)值模擬與優(yōu)化分析.pdf

1、農(nóng)機(jī)裝備制造業(yè)在我國“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化”建設(shè)中，占有極其重要的位置。聯(lián)合收割機(jī)的核心工作部件是風(fēng)篩式清選裝置，其清選性能的高低很大程度上影響著整機(jī)的作業(yè)性能。不同類型的清選裝置的氣流場分布不同，研究表明氣流分布與整體的清洗質(zhì)量密切相關(guān)。開展風(fēng)篩式清選裝置整體氣流場分布的研究工作，有利于提升整體清選質(zhì)量和工作效率。目前，國內(nèi)研制出了一種新型縱軸流全喂入聯(lián)合收割機(jī)機(jī)型，即縱置軸流滾筒式脫粒分離結(jié)構(gòu)（縱軸流）。而縱軸流全喂入聯(lián)合收割機(jī)的清選方式主要

2、采用風(fēng)篩式清選，在大喂入量、大功率現(xiàn)場作業(yè)情況下，存在物料籽粒損失率大和含雜率高等問題，現(xiàn)已制約縱軸流聯(lián)合收割機(jī)的發(fā)展。課題主要進(jìn)行了影響物料清選性能的縱軸流清選裝置的氣流場的優(yōu)化以及對其物料清選裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)研究，從而提高縱軸流機(jī)型的整體物料清選性能，對縱軸流式聯(lián)合收割機(jī)的發(fā)展有著極其重要的研究意義和實用價值。
　　本文以湖州星光農(nóng)機(jī)有限公司4LZ-5.0Z型縱軸流式全喂入聯(lián)合收割機(jī)為研究對象，根據(jù)風(fēng)篩式清選裝置的特點(diǎn)，提出了一

3、種新型雙出風(fēng)口六風(fēng)道離心風(fēng)篩式清選裝置。利用CFD軟件UG Nastran對清選裝置內(nèi)脫粒滾筒和離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的混合氣流場數(shù)值模擬，對比分析清選裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后振動篩面和尾部出風(fēng)口氣流分布情況，同時對改進(jìn)后的雙風(fēng)道混合流場模型進(jìn)行正交優(yōu)化和田間試驗，為整體氣流場分布的優(yōu)化提供依據(jù)，以進(jìn)一步提高清選裝置的清選性能。最后，設(shè)計了基于貫流式風(fēng)機(jī)的清選裝置，同時進(jìn)行貫流式風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬優(yōu)化，得到滿足縱軸流清選要求的貫流式清選裝置。本文研

4、究得出如下的結(jié)論:
　　1.搭建單出風(fēng)口風(fēng)機(jī)測速實驗平臺，參照GB1236-1985《通風(fēng)機(jī)空氣動力性能試驗方法》，對傳統(tǒng)的單出風(fēng)口風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場風(fēng)速試驗，傳統(tǒng)單出風(fēng)口風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為1800r/min，左右兩側(cè)為進(jìn)風(fēng)口，單出風(fēng)口三風(fēng)道離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口風(fēng)速兩者的對比分析可知，采用CFD軟件開展清選裝置氣流場數(shù)值模擬是切實可行的。
　　2.在風(fēng)機(jī)入射傾角22°、魚鱗篩夾角50°、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速600 r/min、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1800 r/

5、min工況下，采用CFD軟件UG Nastran對離心風(fēng)機(jī)、脫粒滾筒兩者產(chǎn)生的混合流場進(jìn)行仿真。分析清選裝置不同截面(Z=0，Z=150 mm，Z=-150 mm，Z=300 mm，Z=-300mm)的速度矢量圖，得到了整體氣流場的分布狀況和不足之處。
　　3.本文提出一種新型雙出風(fēng)口六風(fēng)道離心風(fēng)篩式風(fēng)機(jī)的清選裝置，通過改進(jìn)前后仿真對比分析，改進(jìn)后的清選裝置顯著提高了篩面前部和抖動板區(qū)域的氣流速度，同時改善了整體流域的均勻性，使得

6、氣流的分配更加合理高效，克服傳統(tǒng)裝置存在的不足之處從而大幅度提升清選裝置的清選性能。
　　4.脫粒滾筒轉(zhuǎn)速600 r/min前提下，對新型清選裝置Z=0截面進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、入射傾角、上篩夾角3因素正交優(yōu)化試驗，最佳試驗組合為:風(fēng)機(jī)入射傾角30°、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1900r/min、魚鱗篩夾角40°。結(jié)果表明，篩面前部和尾部出風(fēng)口處氣流速度相對較大，清選裝置整體氣流均勻，更利于高負(fù)荷、高效率清選作業(yè)。同時，研究了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)傾角、魚鱗篩夾角

7、三因素對清選氣流場的影響，得到風(fēng)機(jī)傾角的改變對篩面中部和篩面后部氣流速度影響顯著，魚鱗篩夾角的改變對尾部出風(fēng)口氣流速度影響較大，風(fēng)機(jī)速度的改變會影響風(fēng)機(jī)上下出風(fēng)口氣流分配比重。
　　5.分別對水稻和小麥進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)前、結(jié)構(gòu)改進(jìn)后和正交優(yōu)化后的多組田間試驗進(jìn)行研究。通過田間試驗驗證了改進(jìn)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案的準(zhǔn)確性，改進(jìn)前的水稻籽粒損失率2.70％，含雜率為2.19％，小麥籽粒損失率為1.78％，含雜率為1.95％;整體優(yōu)化后的水稻籽粒損

8、失率下降到0.91％，含雜率為0.87％，小麥籽粒損失率下降為0.82％，含雜率為0.76％，大大提高了縱軸流的清選性能。
　　6.基于貫流式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)，設(shè)計了針對聯(lián)合收割機(jī)縱軸流清選裝置的貫流式風(fēng)機(jī)。對不同類型的貫流式風(fēng)機(jī)進(jìn)行樣機(jī)現(xiàn)場風(fēng)速試驗和數(shù)值模擬驗證，得到貫流式清選裝置氣流場的分布。開展貫流式清選裝置的田間試驗，試驗結(jié)果:水稻的籽粒損失率平均為1.28％，含雜率為1.4％，破碎率為0.41％;小麥的籽粒損失率平