【摘要】：9FH-40型秸稈揉絲機(jī)工作過程可分為秸稈揉絲與排料兩個(gè)部分。秸稈揉絲和排料在秸稈加工生產(chǎn)中占有重要的地位,由于其作業(yè)過程復(fù)雜,人們在數(shù)值模擬研究中尚不深入。離散元法(Discrete Element Method,DEM)的發(fā)展為研究散體物料力學(xué)特性提供了理論基礎(chǔ),同時(shí)其與多體動(dòng)力學(xué)(Multi-Body Dynamics,MBD)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的成功耦合拓寬了離散元法的應(yīng)用領(lǐng)域。本文基于DEM、MBD及CFD理論,以玉米秸稈為加工物料,通過數(shù)值模擬,分別研究了玉米秸稈揉絲破碎過程、絲狀物料排料過程,為9FH-40型秸稈揉絲機(jī)做可視化動(dòng)態(tài)研究及設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供一定理論參考。本文所做工作主要有:(1)在SolidWorks中繪制了9FH-40型秸稈揉絲機(jī)三維模型,并基于DEM建立玉米秸稈雙峰分布模型。對寧單19號收獲期玉米秸稈(直徑25 mm,長度50 mm,含水率87.8%)進(jìn)行了不同加載速度的壓縮、剪切力學(xué)特性試驗(yàn),得到徑向壓縮最大破裂臨界載荷為160 N,最小壓縮破裂臨界載荷為70 N;軸向壓縮最大破裂臨界載荷為2 260 N,最小破裂臨界載荷為1 240N。剪切試驗(yàn)中,加載速度對最大臨界剪切力影響較小;剪切初期,同一種加載速度下剪切力與位移變化成近似線性關(guān)系。參考試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)學(xué)者研究,對玉米秸稈BPM(Bonded Particle Model)粘結(jié)參數(shù)進(jìn)行了校核,最終選取的粘結(jié)參數(shù)分別為9.60×10~6 N/m(法向剛度系數(shù))、6.80×10~6 N/m(切向剛度系數(shù))、8.72 MPa(臨界法向應(yīng)力)、7.50 MPa(臨界切向應(yīng)力),此參數(shù)的BPM模型能較為真實(shí)的反映玉米秸稈破碎物理特性。(2)闡述了多體動(dòng)力學(xué)軟件RecurDyn(MBD)與離散元軟件EDEM(DEM)耦合原理及實(shí)現(xiàn)過程,對4個(gè)雙峰分布玉米秸稈模型進(jìn)行了MBD-DEM耦合破碎仿真。秸稈模型內(nèi)粘結(jié)鍵數(shù)量變化可分為急劇減少、穩(wěn)定減少、不再變化3個(gè)階段。破碎后物料以短型、標(biāo)準(zhǔn)、長型、未完全破碎4種形狀存在。從RecurDyn中提取了錘片受力變化過程數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)速為1 500、2 000、2 500、3 000 r/min時(shí),錘片與玉米秸稈最大碰撞力分別為553.98、627.54、598.96、593.08 N,最大碰撞力不會受轉(zhuǎn)速影響,但平均碰撞作用力會隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大。(3)借助CFD-DEM耦合理論,采用RNG K-ε湍流模型及Euler-Lagrange耦合算法對揉絲機(jī)不同主軸轉(zhuǎn)速下排料裝置內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)過程、內(nèi)流道氣流速度分布、氣流對物料的耦合力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對風(fēng)扇主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min時(shí)物料運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分區(qū)域研究。結(jié)果表明:在額定轉(zhuǎn)速3 200 r/min內(nèi),隨著轉(zhuǎn)速的提高,排料數(shù)量不斷增加,排料性能相應(yīng)提高。不同區(qū)域內(nèi)物料平均速度形成梯度分布,由大到小依次為物料出口區(qū)域(10.00 m/s)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域(6.00 m/s)、物料入口區(qū)域(0.87 m/s);物料入口區(qū)域耦合力受風(fēng)扇轉(zhuǎn)速影響很小,基本維持在2.5×10~(-4) N(存在較小波動(dòng));風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)氣流平均速度為30 m/s(峰值50 m/s),湍流強(qiáng)度最高,物料進(jìn)入該區(qū)域后被加速,速度可達(dá)10 m/s。風(fēng)扇徑向邊緣氣流速度可達(dá)40 m/s,對物料耦合力作用最強(qiáng)。該區(qū)域內(nèi)氣流速度及物料所受耦合力隨著轉(zhuǎn)速的提高而不斷增加,且波動(dòng)加劇。湍流強(qiáng)度增加導(dǎo)致場內(nèi)產(chǎn)生更多的旋渦,同時(shí)氣流能量損失加劇;物料在出口區(qū)域會有少量團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生,同一轉(zhuǎn)速下該區(qū)域的耦合力有較大波動(dòng),但受不同轉(zhuǎn)速影響較小。模擬結(jié)束時(shí),物料在入口區(qū)域內(nèi)數(shù)量最多并發(fā)生少量堆積,在出口區(qū)域未見回流現(xiàn)象發(fā)生。(4)對9FH-40型秸稈揉絲機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了建議:揉絲破碎過程中應(yīng)提高錘片在銷軸上的空間覆蓋率,優(yōu)化篩孔大小及位置分布,減少未完全破碎物料從篩孔中遺漏。排料過程中應(yīng)該重點(diǎn)改變物料入口區(qū)域殼體結(jié)構(gòu)以提升耦合力,縮短物料從入口區(qū)域進(jìn)入風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的時(shí)間,避免物料堆積現(xiàn)象發(fā)生。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域在提高主軸轉(zhuǎn)速的同時(shí),要抑制場內(nèi)漩渦數(shù)量,降低氣流能量損失;物料出口區(qū)域則要降低耦合力大小波動(dòng)幅度,改變殼體形狀以更好的引導(dǎo)氣流運(yùn)動(dòng),使排料過程更加順暢。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S817.12
【圖文】：

秸稈揉絲加工的研究方法將過程更加接近實(shí)際工況。代，美國和英國分別完成了在作物收獲由于畜牧業(yè)加工機(jī)械起步較早，機(jī)械化、通用性好的大型機(jī)具，實(shí)現(xiàn)了大面積流的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，主要有美）公司、德國克拉斯農(nóng)機(jī)公司（CLAAS司在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地可以將田間收獲期玉米秸稈進(jìn)行一次性收隙調(diào)整、割臺與喂入輥 100 %同步，喂，可實(shí)現(xiàn)夜間作業(yè)，延長工作時(shí)間。作業(yè)靈活、經(jīng)濟(jì)適用性好、作業(yè)質(zhì)量高等優(yōu)

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆碩士學(xué)位論文專業(yè)從事飼草及作物秸稈青貯收獲的機(jī) 1-2）具有高負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)功率 2 種輸出功世界上最寬的高稈作物割臺，揉絲筒中錄及顯示作業(yè)過程，駕駛員可以調(diào)節(jié)各

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2799557