發(fā)布時(shí)間：2018-12-13 08:31

【摘要】：聯(lián)合收割機(jī)是水稻機(jī)械化收獲的重要裝備,由脫粒分離裝置和清選裝置組成的脫分選系統(tǒng)是聯(lián)合收割機(jī)的核心部件,其工作性能直接影響水稻收獲質(zhì)量。隨著超級(jí)稻等高產(chǎn)水稻品種的普及,目前的聯(lián)合收割機(jī)不能滿(mǎn)足高效、低損收獲作業(yè)需要。基于此背景,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下,圍繞橫置軸流全喂入聯(lián)合收割機(jī)這一市場(chǎng)主導(dǎo)機(jī)型,聚焦脫粒分離和清選兩道關(guān)鍵作業(yè)工序,以降低脫分選過(guò)程中籽粒的損失率、破碎率和含雜率為目標(biāo),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型的橫置差速軸流脫分選系統(tǒng),采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對(duì)橫置差速軸流聯(lián)合收割機(jī)脫分選系統(tǒng)工作機(jī)理及工作部件設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先對(duì)脫出混合物在脫粒空間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究。根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法,建立了軸流滾筒脫粒分離裝置的數(shù)學(xué)模型,利用Matlab軟件對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,分析了軸流滾筒脫粒分離裝置的工作過(guò)程;建立了脫粒過(guò)程中谷物損傷數(shù)學(xué)模型,明確了稻谷發(fā)生破殼損傷的臨界狀態(tài),闡述了稻谷脫粒損傷機(jī)理;建立了脫出混合物在脫粒滾筒頂蓋區(qū)、分離凹板區(qū)的運(yùn)動(dòng)模型和脫出混合物與脫粒部件發(fā)生碰撞時(shí)的運(yùn)動(dòng)模型,獲得了脫出混合物中各成分的運(yùn)動(dòng)速度、方向與脫粒滾筒結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的關(guān)系,分析了脫出混合物在脫�？臻g的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;采用高速攝像方法對(duì)脫出混合物運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行觀(guān)察與分析,驗(yàn)證了脫出混合物在脫粒空間的運(yùn)動(dòng)模型。本部分的研究為優(yōu)化軸流滾筒脫粒分離裝置提供了理論依據(jù)。提出了同軸差速脫粒原理,并設(shè)計(jì)了同軸差速脫粒滾筒。通過(guò)對(duì)甬優(yōu)12號(hào)、甬優(yōu)9號(hào)、嘉優(yōu)2號(hào)和甬優(yōu)11號(hào)四個(gè)超級(jí)稻水稻品種籽粒與粒柄間連結(jié)力的測(cè)定,繪制了籽粒連接力分布頻譜圖,計(jì)算了四個(gè)水稻品種的脫粒系數(shù),建立并驗(yàn)證了籽粒平均連接力與脫粒滾筒齒頂線(xiàn)速度和轉(zhuǎn)速之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型;以籽粒連接力分布頻譜為依據(jù),提出了同軸差速脫粒原理,針對(duì)半喂入聯(lián)合收獲機(jī)和全喂入聯(lián)合收獲機(jī)兩種機(jī)型,分別研制了弓齒式差速脫粒滾筒和桿齒式差速脫粒滾筒,并分別進(jìn)行了差速脫粒與單速脫粒對(duì)比試驗(yàn),驗(yàn)證了同軸差速脫粒分離裝置的工作性能。本文提出的同軸差速脫粒技術(shù),利用差速滾筒低速段脫粒降低籽粒破碎,利用差速滾筒高速段脫粒降低脫不凈損失,較好地解決了傳統(tǒng)單速脫粒滾筒工作時(shí)存在的破碎率高和脫粒不盡問(wèn)題。對(duì)物料顆粒在風(fēng)篩式清選裝置中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究。本文首先采用定常運(yùn)動(dòng)理論,分析了物料顆粒在篩面上前滑、后滑和拋擲運(yùn)動(dòng)的條件;然后采用混沌動(dòng)力學(xué)理論,分析了物料顆粒由穩(wěn)定周期運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向混沌的過(guò)程;接著建立了兩顆粒和多顆粒的物料碰撞模型,研究了清選過(guò)程中物料群之間的碰撞過(guò)程,分析了物料群在篩面上的“錯(cuò)位”運(yùn)動(dòng)規(guī)律;最后建立了物料從垂直方向和從傾斜方向透篩的概率模型,分析了物料顆粒群在篩面上的透篩分離過(guò)程,探討了影響物料透篩概率的主要因素。本部分的研究為優(yōu)化風(fēng)篩式清選裝置結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)奠定理論基礎(chǔ)。提出了非均布?xì)饬髑暹x原理,并設(shè)計(jì)了圓錐形清選風(fēng)機(jī)。針對(duì)傳統(tǒng)圓柱形風(fēng)機(jī)清選時(shí),滾筒脫出物容易在振動(dòng)篩入口段堆積,影響清選效果的問(wèn)題,基于“利用圓錐形風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的橫向風(fēng)來(lái)均布振動(dòng)篩入口脫出物”的新思路,提出了非均布?xì)饬髑暹x技術(shù),并設(shè)計(jì)了圓錐形離心式清選風(fēng)機(jī)。利用CFDesign軟件對(duì)無(wú)物料狀態(tài)下圓柱形清選風(fēng)機(jī)與不同葉片錐度圓錐形清選風(fēng)機(jī)作用下清選室流場(chǎng)分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,利用布點(diǎn)法對(duì)不同類(lèi)型清選風(fēng)機(jī)的氣流場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,闡明了圓錐形清選風(fēng)機(jī)利用橫向風(fēng)優(yōu)化脫出物篩面分布的作用機(jī)理;針對(duì)水稻脫出混合物的清選過(guò)程,對(duì)物料在清選室的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析和物料清選試驗(yàn),對(duì)比分析圓柱形清選風(fēng)機(jī)和圓錐形清選風(fēng)機(jī)作用下的物料分布情況,驗(yàn)證了圓錐形風(fēng)機(jī)清選工作性能的優(yōu)越性。研制了一種新型的橫置差速軸流脫分選系統(tǒng)。針對(duì)傳統(tǒng)橫置軸流脫分選系統(tǒng)籽粒含雜率高的問(wèn)題,基于“將吹不出機(jī)外的小穗頭、短莖桿回收后進(jìn)行復(fù)脫,以降低清選含雜率”的新思路,設(shè)計(jì)了一種以同軸差速脫粒滾筒、圓錐形清選風(fēng)機(jī)、雙層振動(dòng)篩和螺旋板齒式雜余復(fù)脫裝置為主要工作部件的新型的橫置差速軸流脫分選系統(tǒng)。以實(shí)際結(jié)構(gòu)和尺寸研制了橫置差速軸流脫分選系統(tǒng)工作性能試驗(yàn)臺(tái),采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)法進(jìn)行工作性能試驗(yàn),建立了損失率、破碎率、含雜率、脫粒功耗的回歸數(shù)學(xué)模型,分析了差速滾筒轉(zhuǎn)速組合、圓錐形風(fēng)機(jī)葉片錐度和差速滾筒高低速段長(zhǎng)度配比3個(gè)因素對(duì)工作性能指標(biāo)的影響情況,并對(duì)回歸數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算,獲得了最佳參數(shù)組合和對(duì)應(yīng)的工作性能指標(biāo)。臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)結(jié)果均表明,橫置差速軸流脫分選系統(tǒng)工作性能指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)橫軸流聯(lián)合收割機(jī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S225.4

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本文編號(hào)：2376245