用于谷物清選的三維并聯(lián)振動篩的研究.pdf

1、清選裝置為聯(lián)合收獲機的重要組成部分，其清選性能直接影響到整機的工作性能。作為聯(lián)合收獲機上廣泛應(yīng)用的風(fēng)篩式清選裝置，其清選效果的影響因素較多，其中，振動篩面的驅(qū)動運動形式及其控制為重要因素之一，目前大多數(shù)采用平面連桿機構(gòu)的平面運動形式，其清選效果受到較大的影響:同時，篩面的結(jié)構(gòu)和形狀對清選效果也有影響，而采用常見的平面型篩面篩分谷物時，物料容易聚集到一起，易造成篩孑L堵塞，影響籽粒透篩性。因此，以篩面運動形式及其控制對篩分效果的影響為重點

2、，突破傳統(tǒng)振動篩的主機構(gòu)和篩面結(jié)構(gòu)形式，研究高效的振動篩分清選裝置，對提高篩分效率、降低清選損失率等，具有重要的理論意義和實踐價值。本文基于這樣的背景，結(jié)合國家科技支撐計劃的實施，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)選的變速驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)作為振動篩的主機構(gòu)，開展了谷物清選并聯(lián)振動篩理論及其試驗研究，主要工作包括:
　　 1.在分析谷物成份、特性及其篩分特點的基礎(chǔ)上，提出了適合谷物篩分的多維并聯(lián)振動篩機型的設(shè)計優(yōu)選原則;基于這些設(shè)計優(yōu)選原則，設(shè)計了適合于谷物

3、篩分的四類7種三自由度并聯(lián)振動篩主機構(gòu)，并對它們進行了結(jié)構(gòu)特性分析;同時，設(shè)計了適合于谷物篩分的少凸柱篩面，為進一步優(yōu)選并聯(lián)振動篩主機構(gòu)奠定基礎(chǔ)。
　　 2.基于離散元法，建立了籽粒與籽粒、籽粒與壁面之間的接觸碰撞模型，應(yīng)用離散單元法應(yīng)用軟件-EDEM，對平面往復(fù)式和8種空間多維振動型式的篩面上稻谷物料群的透篩和運動規(guī)律進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明:①篩面運動形式對各篩面上谷物的透篩情況和籽粒的運動規(guī)律有較大的影響;②相比于多維振動

4、篩，往復(fù)式振動篩的篩分效率和谷物清潔率都較低;③8種多維振動型式中，運動形式為zαβ、xzα、xyz的多維振動篩同時具有較高的谷物清潔率和篩分效率，因此，應(yīng)當(dāng)選擇具有這些運動形式的并聯(lián)機構(gòu);④平面往復(fù)式篩面上籽粒運動的模擬結(jié)果與理論分析結(jié)論較為一致;同時通過試驗驗證，運動形式為Zαβ的多維振動篩的試驗結(jié)果和模擬結(jié)果基本一致，表明利用EDEM對各種運動篩面進行數(shù)值模擬具有較好的可行性，為并聯(lián)振動清選篩的設(shè)計提供了依據(jù)。
　　 3.

5、研究并得到了并聯(lián)振動篩的驅(qū)動輸入數(shù)目對篩面輸出特性及其透篩特性的影響規(guī)律:對具有相同輸出類型和維數(shù)（含非獨立輸出元素）的三、二、一自由度并聯(lián)振動篩主機構(gòu)，二、一自由度振動篩主機構(gòu)的篩面運動輸出比較接近;三、一自由度并聯(lián)振動篩的籽粒透篩情況比較接近。結(jié)合考慮機器的結(jié)構(gòu)簡單性原則以及制造和使用的低成本原則，將一自由度并聯(lián)機構(gòu)作為三維振動篩實際樣機制作的優(yōu)選機型，并進行了谷物篩分試驗，試驗結(jié)果與仿真結(jié)果較為一致，表明:對于不需要很高篩分精度的

6、谷物篩分，采用一自由度并聯(lián)機構(gòu)作為振動篩驅(qū)動主機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低且易操作等優(yōu)點。
　　 4.提出了三維并聯(lián)振動篩主動輸入變速（轉(zhuǎn)向）驅(qū)動的概念，并設(shè)計了三相交流異步電動機的變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以專用ARM電機芯片-LPC1752為變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，同時采用智能功率模塊PS21865作為逆變器，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性;根據(jù)三維振動篩谷物清選的調(diào)速要求，設(shè)計了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的SPWM

7、變頻調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和控制精度均能滿足三維振動篩的實際要求。
　　 5.為保證振動篩的篩分效果，提出通過調(diào)節(jié)傳送系統(tǒng)的傳輸速度來控制振動篩的谷物喂入量，使振動篩的負荷保持合適的水平。設(shè)計了振動篩負荷一傳輸速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳輸速度控制器采用傳統(tǒng)的PID控制，負荷控制器采用模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的雙?？刂?，其中的模糊控制器采用了在線修正模糊控制參數(shù)的自校正模糊控制器。對振動篩負荷控制系統(tǒng)進行了谷物分布密度階

8、躍擾動試驗，試驗結(jié)果表明，控制器能有效抑制外部擾動，獲得期望的控制效果。
　　 6.在傳統(tǒng)直線篩和一自由度三維并聯(lián)振動篩樣機上進行了谷物篩分的比較試驗，試驗結(jié)果表明:①并聯(lián)機構(gòu)振動篩的篩分效率和透篩率均明顯高于直線振動篩;②無論并聯(lián)篩還是直線篩，基于少凸柱篩面的谷物篩分效率明顯高于基于平面篩面的篩分效率，篩面上的凸柱對谷物起到了疏松和防堵的作用。
　　 7.自行設(shè)計并研制了基于三維并聯(lián)振動篩的谷物清選裝置，進行了谷物篩分