谷物风筛清选仿真研究及关键参数优化设计

发布时间：2020-06-26 06:25

【摘要】：谷物风筛清选装置是全喂入联合收获机械的关键核心部件,其功能是对从脱粒分离装置落下的脱出混合物(谷粒、短茎秆、碎茎秆、灰尘、水稻叶等)进行清选分离作业,实现谷粒的低损失纯净收获,其性能优劣直接影响着评定收获机械的核心指标:损失率和含杂率。收获机械作业环境复杂多变,且具有长时间连续大负荷工作的特殊性,国产联合收获机械作业时常会出现谷粒损失率大、含杂率高等严重问题,制约着国产全喂入联合收获机械的发展与进步。本文基于合作企业产品研发过程中的实际需求,针对其产品清选损失率大、含杂率高的清选难题,对谷物风筛清选开展仿真研究,详细分析无风场条件下脱出混合物的振动筛分规律、贯流式谷物风筛清选室内部气流场分布特性以及谷物风筛清选气固两相流过程机理,并在此基础上提出了基于GA-SVR代理模型和NSGA-II多目标优化算法的谷物风筛清选关键参数优化设计方法,优化设计后清选损失率和含杂率大幅降低。本文主要研究内容如下所示:(1)基于离散单元法(DEM)构建了水稻脱出混合物的振动筛分离散元模型,量化水稻脱出混合物在波浪板、鱼鳞筛和编织筛组合构成的振动筛作用下的振动筛分规律特性,研究振幅、振频、振动方向角及筛孔尺寸等参数对谷粒、短茎秆透筛过程的影响。(2)依据计算流体动力学方法(CFD)对新型贯流式谷物风筛清选内部气流场特性进行可视化研究,并采用正交优化方法对影响谷物风筛清选室内部流场分布的主要结构参数:上分风板角度、下分风板角度和鱼鳞筛倾角进行了正交仿真优化。(3)结合CFD和DEM方法的各自优势,提出一种基于CFD-DEM耦合的谷物风筛清选气固两相流建模求解方法,实现对谷物风筛清选的数值模拟仿真,从颗粒尺度揭示了谷物的风筛清选过程机理。(4)使用基于遗传算法优化参数的支持向量(GA-SVR)回归预测代理模型构建方法分别建立清选损失率、含杂率代理模型,然后使用NSGA-II多目标优化算法对代理模型进行参数寻优,经验证:当筛孔大小取17mm,振幅取32mm,振频取6Hz,风速为9.5m/s时清选损失率和含杂率指标相对较优。本文的研究为联合收获机械的谷物风筛清选设计提供了一定的理论依据和参考。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS210.3
【图文】：

＾逦ｍｍｕ邋－ｉ逡逑图１．２全喂入联合收获机（来源于公司官网）逦图１．３谷物风筛清选装置逡逑１．２课题研究意义逡逑当前，国产联合收获机械的谷物清选装置多采用气流加振动筛结构（简称为谷物风逡逑筛清选装置），如图１．３所示，收获时稻谷在脱粒滚筒和凹版筛的双重作用下，成熟、饱逡逑满的谷粒以及短茎秆、颖壳和少量轻杂余、长茎秆等（统称为脱出混合物）很快地被从逡逑稻秆上脱落下来并透过凹板筛进入清选装置中。在谷物风筛清选装置中，气流由风机产逡逑生，振动筛上筛采用鱼淲筛，引导气流流动方向，实现对轻杂余等的筛分，同时，阻碍逡逑长茎秆等大杂质的下落；下筛采用编织筛，其主要作用是精筛选，实现谷物籽粒与短茎逡逑秆等难分离杂质的筛分。清选作业时，利用脱出混合物料各成分的不同空气动力学特性，逡逑通过振动筛与风机产生风场的耦合作用

谷物时仍具有良好的性能。逡逑＾逦ｍｍｕ邋－ｉ逡逑图１．２全喂入联合收获机（来源于公司官网）逦图１．３谷物风筛清选装置逡逑１．２课题研究意义逡逑当前，国产联合收获机械的谷物清选装置多采用气流加振动筛结构（简称为谷物风逡逑筛清选装置），如图１．３所示，收获时稻谷在脱粒滚筒和凹版筛的双重作用下，成熟、饱逡逑满的谷粒以及短茎秆、颖壳和少量轻杂余、长茎秆等（统称为脱出混合物）很快地被从逡逑稻秆上脱落下来并透过凹板筛进入清选装置中。在谷物风筛清选装置中，气流由风机产逡逑生，振动筛上筛采用鱼淲筛，引导气流流动方向，实现对轻杂余等的筛分，同时，阻碍逡逑长茎秆等大杂质的下落；下筛采用编织筛，其主要作用是精筛选，实现谷物籽粒与短茎逡逑秆等难分离杂质的筛分。清选作业时，利用脱出混合物料各成分的不同空气动力学特性，逡逑通过振动筛与风机产生风场的耦合作用

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本文编号：2729953