农作物秸秆是农业生产的主要副产品,也是非常重要的农业资源。为了满足苏南地区分散的、小型化的农场和承包户对藤茎类秸秆资源化利用的需求,提出了藤茎类秸秆就地粉碎-发酵-还田的处理方式,并通过高效、节能的循环粉碎技术成功实现了粉碎装置的小型化。在实践过程中发现,由于秸秆颗粒通常呈长条状,长短不一,且含有一定湿度(按秸秆种类及新鲜度不同,一般在20%-50%之间),采用常见的振动筛分时合格率较高,但是产量低、体积大、振动大,不能满足产能和小型化的要求。为了提高筛分产量,同时获得较为理想的筛分效果,本文结合螺旋输送的高产量及固定格筛的低能耗优点,提出以螺旋输送为辅助送料方式的固定格筛式筛分方法(以下简称螺旋筛分方法)。但是秸秆颗粒在螺旋筛分过程中的运动十分复杂,颗粒运动方向会影响其在筛面的投影面积,进而影响其透筛概率,造成透筛概率不稳定。鉴于此,开展秸秆螺旋筛分理论分析与筛分性能研究,揭示秸秆颗粒动力学特性和透筛性能变化规律,对研制高性能、低能耗的秸秆螺旋筛分装置,促进秸秆资源化利用具有非常重要的理论意义和工程应用价值。本文以粉碎后长度25mm以内的西红柿藤秸秆为筛分对象(其中12mm以下为合格秸秆),以螺旋筛分装置为研究对象,分别开展秸秆颗粒透筛过程的力学和运动学特性分析、透筛概率分析,以及透筛性能的EDEM离散元仿真分析和实验验证等工作,掌握秸秆性状和力学特性、螺旋筛分结构和运行参数对筛分性能的影响。具体内容如下:首先,秸秆螺旋筛分的动力学特性理论研究。分别以单颗粒和颗粒群为对象,对秸秆螺旋筛分过程进行力学和运动学分析,理论研究表明:秸秆颗粒在螺旋筛分装置内多个力的作用下,以轴向速度向前运动,同时以周向速度沿切向运动,随着周向速度的增大,秸秆颗粒会在螺旋筛分装置内发生翻滚和起抛,有利于提高秸秆颗粒的流动性能。其次,在动力学分析基础上研究得到了秸秆螺旋筛分的透筛概率的条件概率表达式,分析表明:秸秆颗粒总透筛概率与秸秆颗粒的原始合格率有关,也和筛孔尺寸直接相关;同时由于秸秆颗粒呈长条状,在其长度大于筛孔直径而投影长度小于2d时仍可以穿过筛孔,使得误筛无法避免。随后,利用EDEM离散元分析软件建立仿真模型,仿真分析不同因素对秸秆螺旋筛分性能的影响。结果表明:(1)筛孔尺寸对过筛率、合格率及产量都有较大影响,增大筛孔尺寸(从6mm到10mm)能够提高过筛率(从13.38%提高到24.31%)和产量(从75.4kg/h提高到146.7kg/h),但会降低合格率(从98.07%降至89.89%);(2)提高螺旋转速(从120rpm到180rpm),秸秆颗粒的流动性能改善,过筛率和产量有小幅度增加(分别从16.62%和103.68kg/h提高到21.20%和119.92kg/h),但对合格率无明显影响;(3)降低加料速度(从0.085kg/s到0.05kg/s)可以降低秸秆颗粒在螺旋筛分装置内的填充率,从而改善秸秆颗粒的流动性能,可以提高过筛率(从17.38%到26.33%),对合格率影响较小,同时由于秸秆颗粒数目减少,产量会有下降(从114.02kg/h降至86.71kg/h);(4)原料组分中的原始合格率增大(从48.96%至69.8%),秸秆螺旋筛分的最终合格率也有明显提高(由81.58%到90.26%),但对过筛率影响较小,同时产量与原料的原始合格率存在正比关系。仿真分析的结果与理论分析相符。最后,建立秸秆螺旋筛分试验系统,实证试验结果与仿真结果基本一致,并在螺旋转速180rpm、筛孔尺寸8mm、加料速度0.083kg/s时获得了较为理想的筛分效果:过筛率为23.56%、合格率为93.42%、产量为133.4kg/h。