基于EDEM-Fluent耦合胡麻清选装置仿真分析与优化

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胡麻,即油纤兼用型或油用型亚麻的俗称,是中国西北和华北地区主要的油料作物。目前我国的胡麻收获机械化水平不高,清选装置作为胡麻联合收获机以及胡麻分段收获装置核心部件之一,其工作性能直接影响胡麻的收获质量。为此,针对胡麻脱出物开展风筛式清选装置的仿真设计与分析,并结合先进的农业机械相关理论与研究手段,探究清选装置内部气流场分布规律以及胡麻脱出物各成分运动规律,分析清选装置作业参数对清选装置清选性能的影响,确定最优的组合参数,以期进一步提升胡麻产业机械化发展水平。本文主要工作内容如下:(1)对胡麻脱出物的成分进行了分析,其主要成分包括胡麻籽粒、短茎秆、蒴果壳以及少量的蒴果和其它轻质杂余,其中短茎秆对清选性能的影响最大。通过调研与试验研究获得胡麻脱出物各成分的质量占比,测定了胡麻脱出物三轴尺寸及物理特性,并应用EDEM软件球形颗粒填充方式建立了胡麻脱出物的离散元模型。(2)根据胡麻脱出物物理特性以及《农业机械设计手册》要求,对胡麻清选装置主要结构进行设计,阐明了清选装置工作原理,并对清选筛机构进行运动学仿真分析。(3)采用DEM-CFD耦合原理,对胡麻清选过程进行数值模拟,分析胡麻脱出物各成分在清选过程中的运动速度、运动轨迹随时间变化的规律,以及明确了清选室内气流的速度分布、压力分布规律。(4)对清选过程中的相关影响因素进行分析,以胡麻籽粒含杂率、胡麻清选损失率为指标,选定风机风速、气流倾角、清选筛振动频率以及振幅为影响因素设计单因素试验、正交试验。通过利用Origin、Design-Expert等软件进行统计分析和优化,明确了各因素在清选过程中对胡麻籽粒含杂率和清选损失率影响的主次顺序。综合考虑各参数对清选性能的影响,确定了最佳组合参数为:风机风速5 m/s、气流倾角8°、清选筛振动频率5 Hz、清选筛振幅10 mm,并对最佳组合参数进行仿真模拟,得到胡麻籽粒含杂率为2.91%,胡麻清选损失率为2.20%。
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