【摘要】：9FH-40型秸稈揉絲機工作過程可分為秸稈揉絲與排料兩個部分。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特性提供了理論基礎,同時其與多體動力學(Multi-Body Dynamics,MBD)、計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)的成功耦合拓寬了離散元法的應用領域。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型秸稈揉絲機做可視化動態(tài)研究及設備結(jié)構改進提供一定理論參考。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%)進行了不同加載速度的壓縮、剪切力學特性試驗,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系。參考試驗結(jié)果及相關學者研究,對玉米秸稈BPM(Bonded Particle Model)粘結(jié)參數(shù)進行了校核,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(臨界法向應力)、7.50 MPa(臨界切向應力),此參數(shù)的BPM模型能較為真實的反映玉米秸稈破碎物理特性。(2)闡述了多體動力學軟件RecurDyn(MBD)與離散元軟件EDEM(DEM)耦合原理及實現(xiàn)過程,對4個雙峰分布玉米秸稈模型進行了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個階段。破碎后物料以短型、標準、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,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耦合算法對揉絲機不同主軸轉(zhuǎn)速下排料裝置內(nèi)物料運動過程、內(nèi)流道氣流速度分布、氣流對物料的耦合力分布進行了數(shù)值模擬,并對風扇主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min時物料運動過程進行分區(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)、風扇轉(zhuǎn)動區(qū)域(6.00 m/s)、物料入口區(qū)域(0.87 m/s);物料入口區(qū)域耦合力受風扇轉(zhuǎn)速影響很小,基本維持在2.5×10~(-4) N(存在較小波動);風扇轉(zhuǎn)動區(qū)域內(nèi)氣流平均速度為30 m/s(峰值50 m/s),湍流強度最高,物料進入該區(qū)域后被加速,速度可達10 m/s。風扇徑向邊緣氣流速度可達40 m/s,對物料耦合力作用最強。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,且波動加劇。湍流強度增加導致場內(nèi)產(chǎn)生更多的旋渦,同時氣流能量損失加劇;物料在出口區(qū)域會有少量團聚現(xiàn)象發(fā)生,同一轉(zhuǎn)速下該區(qū)域的耦合力有較大波動,但受不同轉(zhuǎn)速影響較小。模擬結(jié)束時,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型秸稈揉絲機結(jié)構改進提出了建議:揉絲破碎過程中應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。排料過程中應該重點改變物料入口區(qū)域殼體結(jié)構以提升耦合力,縮短物料從入口區(qū)域進入風扇轉(zhuǎn)動區(qū)域的時間,避免物料堆積現(xiàn)象發(fā)生。風扇轉(zhuǎn)動區(qū)域在提高主軸轉(zhuǎn)速的同時,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幅度,改變殼體形狀以更好的引導氣流運動,使排料過程更加順暢。
【學位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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)加工機械起步較早，機械化、通用性好的大型機具，實現(xiàn)了大面積流的大型農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)，主要有美）公司、德國克拉斯農(nóng)機公司（CLAAS司在農(nóng)業(yè)機械裝備領域處于全球領先地可以將田間收獲期玉米秸稈進行一次性收隙調(diào)整、割臺與喂入輥 100 %同步，喂，可實現(xiàn)夜間作業(yè)，延長工作時間。作業(yè)靈活、經(jīng)濟適用性好、作業(yè)質(zhì)量高等優(yōu)

甘肅農(nóng)業(yè)大學 2018 屆碩士學位論文專業(yè)從事飼草及作物秸稈青貯收獲的機 1-2）具有高負荷和經(jīng)濟功率 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

圖 1-2 BIGX1100 型青貯收獲機Fig.1-2 BIGX1100 series silage harvester產(chǎn)的農(nóng)牧機械在全球知名度很高。其秸稈 1-3），該機配套動力 476 馬力，對作物壓緊力均勻地分布在上進料輥上，使作更精確，后期維護更便捷。拋送物料時，濟[24]。

【參考文獻】

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