秸稈螺旋篩分理論分析與篩分性能研究.pdf

1、農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，也是非常重要的農(nóng)業(yè)資源。為了滿足蘇南地區(qū)分散的、小型化的農(nóng)場和承包戶對藤莖類秸稈資源化利用的需求，提出了藤莖類秸稈就地粉碎-發(fā)酵-還田的處理方式，并通過高效、節(jié)能的循環(huán)粉碎技術(shù)成功實現(xiàn)了粉碎裝置的小型化。在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，由于秸稈顆粒通常呈長條狀，長短不一，且含有一定濕度（按秸稈種類及新鮮度不同，一般在20％-50%之間），采用常見的振動篩分時合格率較高，但是產(chǎn)量低、體積大、振動大，不能滿足產(chǎn)能和小型化

2、的要求。為了提高篩分產(chǎn)量，同時獲得較為理想的篩分效果，本文結(jié)合螺旋輸送的高產(chǎn)量及固定格篩的低能耗優(yōu)點，提出以螺旋輸送為輔助送料方式的固定格篩式篩分方法（以下簡稱螺旋篩分方法）。但是秸稈顆粒在螺旋篩分過程中的運動十分復(fù)雜，顆粒運動方向會影響其在篩面的投影面積，進(jìn)而影響其透篩概率，造成透篩概率不穩(wěn)定。鑒于此，開展秸稈螺旋篩分理論分析與篩分性能研究，揭示秸稈顆粒動力學(xué)特性和透篩性能變化規(guī)律，對研制高性能、低能耗的秸稈螺旋篩分裝置，促進(jìn)秸稈資源

3、化利用具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以粉碎后長度25mm以內(nèi)的西紅柿藤秸稈為篩分對象（其中12mm以下為合格秸稈），以螺旋篩分裝置為研究對象，分別開展秸稈顆粒透篩過程的力學(xué)和運動學(xué)特性分析、透篩概率分析，以及透篩性能的EDEM離散元仿真分析和實驗驗證等工作，掌握秸稈性狀和力學(xué)特性、螺旋篩分結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)對篩分性能的影響。具體內(nèi)容如下：
　　首先，秸稈螺旋篩分的動力學(xué)特性理論研究。分別以單顆粒和顆粒群為對象，

4、對秸稈螺旋篩分過程進(jìn)行力學(xué)和運動學(xué)分析，理論研究表明：秸稈顆粒在螺旋篩分裝置內(nèi)多個力的作用下，以軸向速度Vs向前運動，同時以周向速度Vc沿切向運動，隨著周向速度Vc的增大，秸稈顆粒會在螺旋篩分裝置內(nèi)發(fā)生翻滾和起拋，有利于提高秸稈顆粒的流動性能。
　　其次，在動力學(xué)分析基礎(chǔ)上研究得到了秸稈螺旋篩分的透篩概率的條件概率表達(dá)式，分析表明：秸稈顆?？偼负Y概率與秸稈顆粒的原始合格率有關(guān)，也和篩孔尺寸直接相關(guān)；同時由于秸稈顆粒呈長條狀，在其長

5、度大于篩孔直徑而投影長度小于2d時仍可以穿過篩孔，使得誤篩無法避免。
　　隨后，利用EDEM離散元分析軟件建立仿真模型，仿真分析不同因素對秸稈螺旋篩分性能的影響。結(jié)果表明：（1）篩孔尺寸對過篩率、合格率及產(chǎn)量都有較大影響，增大篩孔尺寸（從6mm到10mm）能夠提高過篩率（從13.38%提高到24.31%）和產(chǎn)量（從75.4kg/h提高到146.7kg/h），但會降低合格率（從98.07%降至89.89%）；（2）提高螺旋轉(zhuǎn)速（從1

6、20rpm到180rpm），秸稈顆粒的流動性能改善，過篩率和產(chǎn)量有小幅度增加（分別從16.62%和103.68kg/h提高到21.20%和119.92kg/h），但對合格率無明顯影響；（3）降低加料速度（從0.085kg/s到0.05kg/s）可以降低秸稈顆粒在螺旋篩分裝置內(nèi)的填充率，從而改善秸稈顆粒的流動性能，可以提高過篩率（從17.38%到26.33%），對合格率影響較小，同時由于秸稈顆粒數(shù)目減少，產(chǎn)量會有下降（從114.02kg/

7、h降至86.71kg/h）；（4）原料組分中的原始合格率增大（從48.96%至69.8%），秸稈螺旋篩分的最終合格率也有明顯提高（由81.58%到90.26%），但對過篩率影響較小，同時產(chǎn)量與原料的原始合格率存在正比關(guān)系。仿真分析的結(jié)果與理論分析相符。
　　最后，建立秸稈螺旋篩分試驗系統(tǒng)，實證試驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，并在螺旋轉(zhuǎn)速180rpm、篩孔尺寸8mm、加料速度0.083kg/s時獲得了較為理想的篩分效果：過篩率為23.5