谷物風(fēng)篩清選系統(tǒng)是收獲機(jī)械的核心功能部件,直接影響清選作業(yè)的損失率和含雜率。為提升其性能,降低清選損失率和含雜率,基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和離散單元法耦合技術(shù)（CFD-DEM）構(gòu)建清選系統(tǒng)氣固兩相流數(shù)值模型,采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)L₂₅（5⁴）仿真試驗(yàn),并使用遺傳算法優(yōu)化參數(shù)的支持向量回歸算法（GA-SVR）建立清選系統(tǒng)損失率、含雜率代理模型,然后基于帶精英策略的非支配排序遺傳算法（NSGA-II）對(duì)代理模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,獲得風(fēng)力因素、振動(dòng)因素和結(jié)構(gòu)因素的較優(yōu)方案:入風(fēng)口風(fēng)速為9.5 m/s,振幅為32 mm,振頻為6 Hz,篩孔大小為17 mm。最后,經(jīng)整機(jī)田間試驗(yàn)驗(yàn)證,采取優(yōu)化方案進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí),損失率降為0.75%,含雜率降為0.92%。 

【文章來源】：機(jī)械設(shè)計(jì). 2020,37(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

GA-SVR算法流程圖

文中以湖州星光農(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(duì)象[16]，由于真實(shí)的風(fēng)篩清選系統(tǒng)體積龐大（長×寬×高=5 080 mm×2 600mm×2 705 mm），為提高計(jì)算效率，建模時(shí)（如圖2所示）將清選系統(tǒng)的寬度（Z方向）設(shè)置為100 mm，長度（X方向）和高度（Y方向）與實(shí)際清選裝置尺寸保持一致，同時(shí)，為使沿著Z方向（-Z方向）離開計(jì)算域的顆粒立即從-Z方向（Z方向）重新進(jìn)入計(jì)算域，將模型寬度方向設(shè)置成周期性邊界[2]。振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)為：上篩為魚鱗篩，下篩為編織篩，其中編織篩篩孔尺寸范圍為12～20 mm，振動(dòng)篩以正弦形式振動(dòng)，靜止時(shí)的篩面與Z方向平行。采用適應(yīng)性強(qiáng)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在壁面進(jìn)行了網(wǎng)格的細(xì)化。同時(shí)為減少計(jì)算量，在Fluent中將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為多面體網(wǎng)格。CFD-DEM耦合流體相求解參數(shù)設(shè)置如表1所示。Hertz-Mindlin(no-slip）模型是DEM中默認(rèn)的接觸模型，該模型在農(nóng)業(yè)散體物料中已有成功的應(yīng)用[7,17]，同時(shí)考慮到脫出混合物顆粒表面并無黏附力[18]，故在CFD-DEM仿真中使用該接觸模型描述顆粒間、顆粒與振動(dòng)篩間的本構(gòu)關(guān)系。谷粒為橢球形，長軸尺寸為6 mm，短軸尺寸為3 mm；短莖稈為圓柱形，長為30mm，直徑為4.5 mm。顆粒工廠產(chǎn)生谷粒的速率為2 800個(gè)/s、短莖稈為700個(gè)/s，顆粒相的參數(shù)設(shè)置如表2和表3所示。

基于MATLAB平臺(tái)編寫遺傳算法，分別對(duì)損失率和含雜率代理模型的罰參數(shù)C和高斯核函數(shù)參數(shù)σ2進(jìn)行尋優(yōu)，取值情況及精度如表5所示。損失率和含雜率的代理模型預(yù)測(cè)結(jié)果與仿真試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖3和圖4所示。通過圖3、圖4可以看出，將遺傳算法優(yōu)化后的懲罰參數(shù)與核函數(shù)參數(shù)組合用于支持向量回歸預(yù)測(cè)中精度很高。圖4 含雜率代理模型預(yù)測(cè)結(jié)果與仿真試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]風(fēng)篩式清選裝置振動(dòng)篩上物料運(yùn)動(dòng)CFD-DEM數(shù)值模擬[J]. 李洪昌,李耀明,唐忠,徐立章.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2012(02)
[2]關(guān)于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論與支持向量機(jī)[J]. 張學(xué)工.  自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2000(01)

博士論文
[1]風(fēng)篩式清選裝置理論及試驗(yàn)研究[D]. 李洪昌.江蘇大學(xué) 2011
[2]支持向量回歸機(jī)代理模型設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用研究[D]. 向國齊.電子科技大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3416991