荞麦旋风分离清选试验平台设计与试验研究

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荞麦营养丰富,药用保健功能突出,是国际公认的药食兼用杂粮经济作物。由于受生长特性限制以及考虑经济因素等原因,我国荞麦主要种植在自然条件差,地块不规整,田间落差大的丘陵缓坡地区,给清选作业带来困难。目前,荞麦机械化收获大都采用常规的谷物联合收获机,其风筛式清选装置对地形的平整度要求较高,不适合丘陵缓坡地区的清选作业,是荞麦机械化联合收获清选效果不佳的主要因素之一。因此,本文基于荞麦物料特性,设计了一种荞麦旋风分离清选试验平台,并在该试验平台上研究了喂入风机转速、吸杂风机转速和分离筒内吸杂管长度对荞麦清选性能的影响规律,并通过相应面法确定了清选工作参数的最优组合,具体结论内容如下:(1)研究了荞麦的籽粒和茎秆基本参数、自流角、悬浮速度等物料特性。荞麦物料特性的研究结果为本文试验平台的设计、数值仿真、模型建立和仿真条件的确定以及台架试验提供理论依据。(2)基于荞麦物料特性研究结果,设计了荞麦旋风分离清选试验平台。根据荞麦物料特性确定气力输送喂入的清选方案,根据清选要求对清选试验台的分离筒、防倒吸喷嘴、吸杂风机和喂入风机等关键部件进行了设计计算和选型。(3)对喂入物料和旋风分离筒进行了建模和仿真分析,表明气力喂入方式可以作为旋风分离清选的喂入方式,并确定了旋风分离筒的最佳入口位置。利用SolidWorks进行实体建模,采用FLUENT-EDEM耦合进行了仿真和分析。根据清洁率和损失率的结果分析,喂入口位于旋风分离筒中部为最佳喂入口位置。(4)对旋风分离清选实验台进行了制造和搭建,并进行台架试验研究。根据荞麦的物料特性和清选要求,采用单因素试验确定了喂入风机转速、吸杂风机转速和分离筒内吸杂管长度三个主要试验因素的取值范围,利用三因素三水平正交试验研究了喂入风机转速、吸杂风机转速和分离筒内吸杂管长度对荞麦旋风分离清选清洁率和损失率的影响规律,结果表明荞麦旋风分离清选清洁率和损失率的二次回归方程与试验结果拟合度较好。(5)采用响应面法对正交试验结果进行了优化分析。吸杂风机转速对清选清洁率和损失率影响最大,喂入风机转速次之,分离筒内吸杂管长度对清洁率影响最小。随着吸杂风机转速升高,分离筒内吸杂管长度增加和喂入风机转速降低,清选的清洁率不断增大;清选的损失率随喂入风机转速的增加先减小后增大,随着吸杂风机转速升高和分离筒内吸杂管长度增加而不断增大。荞麦旋风分离清选的最佳工作参数为:吸杂风机转速为1055r/min,喂入风机转速为600r/min,吸杂管长度为175mm。在此参数下进行试验可得到,清选的清洁率为94.78%,损失率为1.67%。
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