苜蓿是牧草之王,种植苜蓿是推动畜牧业发展和生态建设的重要手段。我国的苜蓿种植面积和种子需求量都很大。苜蓿种子重力分选是提升苜蓿种子品质的主要方法。重力分选能够按种子密度不同进行精确分级,能够区分饱满程度不同的种子,能将密度与种子不同的杂质剔除,提高种子的群体发芽率指标,使低于标准的批次种子达到商品种子等级。开展苜蓿种子重力分选性能提升技术的研究具有实际意义。现有重力分选作业由种子分层开始,种子分层挤占了台面上种子分离的面积,影响了分选性能,增大了工作参数调节的难度。针对此问题,现有重力分选技术尚未研究出有效的解决方法,制约了重力分选的应用。为此,本文选择在种子进入分选台面前的预分层技术为研究对象,在种子流、气流、与重力分选组合技术三方面进行研究,使分层喂料系统中的种子流动流畅、轨迹正确,分层喂料系统的振动轨迹和变形符合要求,气流流速均匀度高,组合后在配套性、分选性能、操作方便性方面有明显改善。主要内容如下:1.提出了种子进入分选台面前的预分层工艺,设计了由喂料斗、层流格、导流板、分层网、风筒等部分构成的分层喂料系统总体方案。对分层喂料系统的结构参数进行计算,采用SolidWorks建模。ANSYS流场分析得出:(1)分层喂料系统工作流场的流速分布、静压场分布、流线、速度矢量达到分选要求,模型结构参数和总体方案优化使流场气流均匀度显著提高。(2)匀风网是提高分层网上流场流速均匀度的有效手段。分层喂料系统适宜的结构参数是导流板与分层网距离为38mm,分层网为26目编织网。(3)导流板是形成分层网上低速区域的主要原因,进风口方变圆、弯头对流速云图无影响。(4)风筒内设置匀风网和分流板能够提升分层网上流速的均匀度,匀风网的匀风能力强于分流板。EDEM-Fluent耦合仿真结果表明:苜蓿种子在分层网上铺层厚度较均匀,运动方向相同,无左右漂移运动,适宜的振动频率利于提高分层网上颗粒均匀度。2.试验获得了苜蓿种子的净度、千粒重、容重、含水率、外形尺寸、休止角、滑动摩擦角、悬浮速度等物理特性参数值。搭建了分层喂料系统试验台。分层喂料系统与重力分选相互间影响的试验表明:两者在流场、振动轨迹、质量平衡方面的相互影响在安全范围。针对匀风网与层流格参数配置的研究,搭建了模块式方盒试验台架,进行了正交试验和Box-Behnken响应面法试验设计,找到了匀风网目数为30目、匀风网层数为2层、层流格单元格尺寸为8.6mm×8.2mm、层流格高度为50mm的优化组合。针对风筒中2层匀风网结构设计的要求和气流、振动、种子流三项组合试验研究的需要,搭建了模块式方盒风筒试验台架,试验获得种子层厚度适宜范围为7mm-10mm,进行了 Central Composite Design试验设计,获得了分层网倾角适宜范围为5.75°-9.59°。在重力分选上对分层喂料系统进行了性能试验,得到了技术特征参数和性能指标。3.进行了模态分析、谐响应分析、多组载荷响应分析、分层喂料系统振动试验研究。结果表明:模型变形量小于7×10-3mm,模型变形量不会导致种子出现横向位移。试验测得的分层喂料系统和重力分选工作台的横向振动位移小于0.2mm,满足使用要求,种子在导流板上移动速度和方向满足要求,种子在分层网上的移动速度满足重力分选分层网上种子层厚度的要求。4.ANSYS模型动态分析得出:(1)系统谐响应频率为533.33Hz;分层喂料系统风机转速为1530.12rpm与模态频率255.02Hz重合,风机出风口应有软连接,应避免风机在该转速附近工作。(2)最大变形量与X方向载荷呈线性关系,最大应力与Z方向载荷呈线性关系,相位响应最大振幅与X方向载荷呈线性关系。(3)载荷变化对谐响应相位角、相位响应相位角影响小。振动试验研究表明:分层喂料系统在254Hz-258Hz区间,位移出现最大值为4.25μm,分层喂料系统不会出现大的横向位移;同时说明约束模态给出的发生共振的频率和最大位移的位置对实际有指导作用。5.采用Design-Expert软件进行响应面试验设计,建立了回归模型,找到气流流速为3.4m/s,振动频率为9.75Hz,导流板倾角为29.65°的最佳组合。试验表明:分层喂料系统与重力分选组合的工作性能达到标准要求;分层喂料系统能够提升重力分选除杂性能;气流速度对于除轻杂率的作用大于振动频率;振动频率对于除重杂率的作用大于气流速度;分层喂料系统使气流速度对除重杂率的影响变小,使振动频率对除轻杂率的影响变小,从而降低了重力分选使用的调节难度。