基于篩面運(yùn)動特性的單顆粒運(yùn)動規(guī)律理論研究.pdf

1、顆粒清選是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)，作為聯(lián)合收割機(jī)清選系統(tǒng)主要工作部件之一的振動篩是顆粒清選的主要工具，它利用運(yùn)動的篩面對尺寸差異的混合物料進(jìn)行清選或篩分。振動篩分為平面振動篩與多自由度振動篩，然而因多自由度振動篩結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、研究理論相對不完善，聯(lián)合收割機(jī)清選系統(tǒng)的工作部件主要采用平面往復(fù)式振動篩。平面往復(fù)式振動篩的運(yùn)動方式為平面運(yùn)動，篩面的運(yùn)動軌跡為平面曲線。經(jīng)典平面往復(fù)式振動篩篩面運(yùn)動理論建立在假設(shè)兩吊桿長度相等，吊桿長度和連桿

2、長度遠(yuǎn)大于篩面的擺幅，認(rèn)為篩面各點(diǎn)的運(yùn)動軌跡均相同，并近似于一條直線的基礎(chǔ)之上，視篩面的運(yùn)動為簡諧運(yùn)動。
　　在不考慮風(fēng)場以及顆粒間摩擦的條件下，振動篩篩面的運(yùn)動特性直接影響著篩面顆粒的運(yùn)動狀態(tài)與形式進(jìn)而影響篩分質(zhì)量與篩分效率。為了研究振動篩篩面運(yùn)動特性對篩面顆粒受力情況以及顆粒運(yùn)動狀態(tài)及形式的影響，本文在不考慮振動篩運(yùn)動副之間的摩擦，零件的質(zhì)量以及空氣阻力等因素，建立平面往復(fù)式振動篩運(yùn)動分析的數(shù)學(xué)模型，采用矩陣法推導(dǎo)出篩面運(yùn)動方

3、程?；贛atlab數(shù)值模擬與高速攝像技術(shù)相結(jié)合的方法獲得并驗(yàn)證了篩面運(yùn)動特性?；谠摵Y面運(yùn)動特性，通過對篩面上單顆粒的受力分析，判斷篩面顆粒前移、后滑等運(yùn)動狀態(tài)所發(fā)生的時間及篩面位置。同時運(yùn)用顆粒非線性跳動理論獲得顆粒在篩分過程中篩面不同區(qū)域內(nèi)顆粒運(yùn)動形式。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)依據(jù)平面往復(fù)式振動篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其簡化成一個由曲柄搖桿、上篩雙搖桿以及下篩雙搖桿三部分組成的機(jī)構(gòu)，并建立其運(yùn)動分析的數(shù)學(xué)模型?；诰仃嚪ǐ@得平

4、面往復(fù)式振動篩篩面各點(diǎn)運(yùn)動方程，運(yùn)用Matlab數(shù)值模擬獲得篩面傾角、篩面速度、篩面加速度、篩面加速度方向角的變化規(guī)律，表明平面往復(fù)式振動篩篩面的運(yùn)動為非簡諧振動，篩面各點(diǎn)運(yùn)動特性均不同。
　　(2)篩面傾角是影響篩分效率的重要因素之一，運(yùn)用Matlab數(shù)值模擬篩面傾角，獲得篩分過程中篩面傾角的變化范圍為3.5-6.5°。表明它以多個簡諧運(yùn)動疊加的特定函數(shù)周期性變化。同時也表明篩面在運(yùn)動過程中不僅存在X，Y兩個方向上的平動，還存附

5、加得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使篩面各點(diǎn)的速度，加速度的大小和方向均有所差異。
　　(3)利用高速攝像對篩面縱向三點(diǎn)進(jìn)行追蹤試驗(yàn)，獲得所追蹤點(diǎn)的X、Y方向速度，并與Matlab求解所獲得的數(shù)值模擬篩面運(yùn)動速度進(jìn)行對比。結(jié)果表明試驗(yàn)與數(shù)值模擬獲得篩面速度曲線基本吻合，驗(yàn)證了篩面的運(yùn)動特性是非簡諧運(yùn)動。同時并驗(yàn)證了矩陣法求解振動篩篩面運(yùn)動規(guī)律的可行性與正確性。
　　(4)顆粒在振動篩面上的運(yùn)動狀態(tài)直接影響著振動篩的篩分效果?；诜呛喼C

6、振動篩面的運(yùn)動特性，以加速度方向角所在的不同象限，建立單顆顆粒在篩面上的受力方程。運(yùn)用Matlab求解并數(shù)值模擬篩面顆粒受力情況，分析單顆粒在篩面各點(diǎn)前滑、后移、拋起等運(yùn)動狀態(tài)。
　　(5)依據(jù)清選裝置的工作情況，基于顆粒非線性跳動理論，建立單顆粒與非簡諧振動篩面碰撞的運(yùn)動模型。顆粒在篩面上跳動的周期穩(wěn)定性與不動點(diǎn)的穩(wěn)定性等價，基于數(shù)形結(jié)合的方法判斷了存在不動點(diǎn)，并運(yùn)用Matlab求解出篩面各點(diǎn)處的映射雅可比矩陣的特征值，分析了二