清选装置在玉米籽粒收获时扮演着重要的角色,清选装置筛面结构和工作性能直接决定着玉米籽粒收获的质量。谷物清选装置按工作原理分为气流式和风筛式两类,由于风筛式清选装置可以对脱出物进行较好的输送,因此在玉米收获中风筛式清选装置的应用最为广泛。风筛式清选装置利用风机产生的气流场使玉米脱出物分散,并带走部分轻杂余,其余混合物在筛面振动作用下分散、分层,使玉米籽粒透筛而杂余排出。目前学者对清选装置的研究中,多层筛面的运动参数大多相同,但是对于物料在筛分过程中被具有不同运动参数的筛面连续筛分的研究鲜有报道。课题组通过田间试验发现玉米籽粒收获机收获籽粒时,在筛面的后部籽粒被杂余夹带排出清选装置,杂余透过筛面,导致在粮箱内收集的玉米籽粒中含有一定的杂余,且籽粒的损失率较高。针对上述问题,本文基于CFD-DEM耦合仿真对传统双层往复振动筛清选装置内气固两相运动仿真结果,提出并设计一种新型分段式振动筛,通过改变上筛结构改变其后部气流场的分布、籽粒的运动形式及透筛,通过对清选装置的仿真参数试验优化,确定分段式振动筛最佳的结构参数和工作参数组合,搭建清选装置进行台架试验。验证分段式振动筛清选装置的工作性能。本文研究内容与主要结论如下:(1)通过查阅文献并总结国内外研究现状,设计一种玉米清选装置分段式振动筛。分段式振动筛是清选装置的上筛,由两个平行安装的筛面组成。两个筛面之间存在垂直间距,可以对玉米脱出物在此处受到气流的持续清选。两个筛面分别由不同运动参数的机构驱动,实现对玉米脱出物更好地筛选。(2)建立玉米脱出物颗粒的运动学模型,对分段式振动筛清选装置内玉米脱出物颗粒运动分析,通过颗粒运动的理论分析探究分段式振动筛清选装置影响玉米籽粒筛分的主要因素。通过分析玉米脱出物在筛面上的运动、从前筛到后筛下落过程中的运动,确定了影响玉米脱出物筛分的主要因素为:后筛频率、后筛振幅、前后筛垂直间距、前后筛水平间距。(3)利用CFD-DEM耦合方法对传统双层往复振动筛清选装置内颗粒运动进行仿真,将上筛筛面沿纵向方向以80 mm等距划分,确定籽粒在各纵向区域内的透筛情况。根据筛面的透筛情况确定分段式振动筛合适的前筛长度。以《农业机械设计手册》中清选装置部分设计为参考并结合分段式振动筛的结构设计,选取前后筛垂直间距为100 mm。通过仿真结果确定前筛长960mm,因此在后筛的长度为400 mm,水平间距为0mm的条件下,对传统双层往复振动筛清选装置和分段式振动筛清选装置内气固两相运动进行对比可知,分段式振动筛后筛前部与前筛后部之间会产生较大速度的气流,可以使籽粒与杂余更好地分离,后筛上部气流速度约为传统双层往复振动筛相同位置筛上气流速度的1～3倍。(4)对玉米脱出物在分段式振动筛清选装置内运动进行单因素仿真试验,分析玉米脱出物颗粒在筛分过程中的运动,结合不同因素水平下清选装置清选性能的评价指标,确定了清选装置各因素的影响范围:后筛频率3.05～6.25 Hz、后筛振幅11～19 mm、前后筛垂直间距60～132 mm、前后筛水平间距-160～160 mm。(5)为了优化分段式振动筛清选装置运动参数和结构参数,采用四因素五水平中心组合设计安排仿真试验。利用Design-Expert软件中对试验结果进行响应曲面方法分析,同时对评价指标的回归数学模型进行多目标优化,确定对籽粒清洁率影响的因素由强到弱依次为:后筛频率、后筛振幅、前后筛垂直间距、前后筛水平间距;各因素对籽粒损失率影响由强到弱的顺序为:前后筛垂直间距、后筛频率、前后筛水平间距、后筛振幅,分段式振动筛清选装置的优化参数组合为:后筛频率4.44 Hz、后筛振幅15.65 mm、前后筛垂直间距114 mm、前后筛水平间距18.53 mm。(6)在分段式振动筛清选装置台架上进行验证试验,通过高速摄像对玉米籽粒进行拍摄。通过跟踪玉米籽粒不同时刻的位置坐标绘制籽粒运动的实际运动轨迹,并与仿真时获得的籽粒运动轨迹进行对比可知,籽粒的实际运动轨迹与仿真运动轨迹基本一致。由分段式振动筛清选装置台架试验结果可知:当清选装置入口气流速度为12.8 m/s,方向角为25°条件下,从抖动板上下落的玉米脱出物喂入量为5 kg/s时,分段式振动筛清选装置清选后的籽粒清洁率均值为98.34%,籽粒的损失率的均值为1.45%。在试验条件相同的情况下,分段式振动筛清选装置的籽粒清洁率比传统双层往复振动筛清选装置提高1.26%,损失率降低0.81%,分段式振动筛清选装置的清选性能得到提升。本文研究设计了玉米清选装置的分段式振动筛,分析了分段式振动筛清选装置内玉米脱出物运动规律,并探究了后筛频率、后筛振幅、前后筛垂直间距、前后筛水平间距对籽粒清洁率、损失率的影响,对风筛式清选装置振动筛设计及应用具有一定的参考价值。