用于谷物清選的三維并聯(lián)振動(dòng)篩的研究.pdf

1、清選裝置為聯(lián)合收獲機(jī)的重要組成部分，其清選性能直接影響到整機(jī)的工作性能。作為聯(lián)合收獲機(jī)上廣泛應(yīng)用的風(fēng)篩式清選裝置，其清選效果的影響因素較多，其中，振動(dòng)篩面的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式及其控制為重要因素之一，目前大多數(shù)采用平面連桿機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)形式，其清選效果受到較大的影響:同時(shí)，篩面的結(jié)構(gòu)和形狀對(duì)清選效果也有影響，而采用常見(jiàn)的平面型篩面篩分谷物時(shí)，物料容易聚集到一起，易造成篩孑L堵塞，影響籽粒透篩性。因此，以篩面運(yùn)動(dòng)形式及其控制對(duì)篩分效果的影響為重點(diǎn)

2、，突破傳統(tǒng)振動(dòng)篩的主機(jī)構(gòu)和篩面結(jié)構(gòu)形式，研究高效的振動(dòng)篩分清選裝置，對(duì)提高篩分效率、降低清選損失率等，具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。本文基于這樣的背景，結(jié)合國(guó)家科技支撐計(jì)劃的實(shí)施，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)選的變速驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)篩的主機(jī)構(gòu)，開(kāi)展了谷物清選并聯(lián)振動(dòng)篩理論及其試驗(yàn)研究，主要工作包括:
　　 1.在分析谷物成份、特性及其篩分特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了適合谷物篩分的多維并聯(lián)振動(dòng)篩機(jī)型的設(shè)計(jì)優(yōu)選原則;基于這些設(shè)計(jì)優(yōu)選原則，設(shè)計(jì)了適合于谷物

3、篩分的四類(lèi)7種三自由度并聯(lián)振動(dòng)篩主機(jī)構(gòu)，并對(duì)它們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特性分析;同時(shí)，設(shè)計(jì)了適合于谷物篩分的少凸柱篩面，為進(jìn)一步優(yōu)選并聯(lián)振動(dòng)篩主機(jī)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。
　　 2.基于離散元法，建立了籽粒與籽粒、籽粒與壁面之間的接觸碰撞模型，應(yīng)用離散單元法應(yīng)用軟件-EDEM，對(duì)平面往復(fù)式和8種空間多維振動(dòng)型式的篩面上稻谷物料群的透篩和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明:①篩面運(yùn)動(dòng)形式對(duì)各篩面上谷物的透篩情況和籽粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有較大的影響;②相比于多維振動(dòng)

4、篩，往復(fù)式振動(dòng)篩的篩分效率和谷物清潔率都較低;③8種多維振動(dòng)型式中，運(yùn)動(dòng)形式為zαβ、xzα、xyz的多維振動(dòng)篩同時(shí)具有較高的谷物清潔率和篩分效率，因此，應(yīng)當(dāng)選擇具有這些運(yùn)動(dòng)形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu);④平面往復(fù)式篩面上籽粒運(yùn)動(dòng)的模擬結(jié)果與理論分析結(jié)論較為一致;同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，運(yùn)動(dòng)形式為Zαβ的多維振動(dòng)篩的試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果基本一致，表明利用EDEM對(duì)各種運(yùn)動(dòng)篩面進(jìn)行數(shù)值模擬具有較好的可行性，為并聯(lián)振動(dòng)清選篩的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 3.

5、研究并得到了并聯(lián)振動(dòng)篩的驅(qū)動(dòng)輸入數(shù)目對(duì)篩面輸出特性及其透篩特性的影響規(guī)律:對(duì)具有相同輸出類(lèi)型和維數(shù)（含非獨(dú)立輸出元素）的三、二、一自由度并聯(lián)振動(dòng)篩主機(jī)構(gòu)，二、一自由度振動(dòng)篩主機(jī)構(gòu)的篩面運(yùn)動(dòng)輸出比較接近;三、一自由度并聯(lián)振動(dòng)篩的籽粒透篩情況比較接近。結(jié)合考慮機(jī)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性原則以及制造和使用的低成本原則，將一自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為三維振動(dòng)篩實(shí)際樣機(jī)制作的優(yōu)選機(jī)型，并進(jìn)行了谷物篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果較為一致，表明:對(duì)于不需要很高篩分精度的

6、谷物篩分，采用一自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)篩驅(qū)動(dòng)主機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低且易操作等優(yōu)點(diǎn)。
　　 4.提出了三維并聯(lián)振動(dòng)篩主動(dòng)輸入變速（轉(zhuǎn)向）驅(qū)動(dòng)的概念，并設(shè)計(jì)了三相交流異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以專(zhuān)用ARM電機(jī)芯片-LPC1752為變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，同時(shí)采用智能功率模塊PS21865作為逆變器，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性;根據(jù)三維振動(dòng)篩谷物清選的調(diào)速要求，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的SPWM

7、變頻調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制精度均能滿(mǎn)足三維振動(dòng)篩的實(shí)際要求。
　　 5.為保證振動(dòng)篩的篩分效果，提出通過(guò)調(diào)節(jié)傳送系統(tǒng)的傳輸速度來(lái)控制振動(dòng)篩的谷物喂入量，使振動(dòng)篩的負(fù)荷保持合適的水平。設(shè)計(jì)了振動(dòng)篩負(fù)荷一傳輸速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳輸速度控制器采用傳統(tǒng)的PID控制，負(fù)荷控制器采用模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的雙?？刂疲渲械哪：刂破鞑捎昧嗽诰€修正模糊控制參數(shù)的自校正模糊控制器。對(duì)振動(dòng)篩負(fù)荷控制系統(tǒng)進(jìn)行了谷物分布密度階

8、躍擾動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，控制器能有效抑制外部擾動(dòng)，獲得期望的控制效果。
　　 6.在傳統(tǒng)直線篩和一自由度三維并聯(lián)振動(dòng)篩樣機(jī)上進(jìn)行了谷物篩分的比較試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:①并聯(lián)機(jī)構(gòu)振動(dòng)篩的篩分效率和透篩率均明顯高于直線振動(dòng)篩;②無(wú)論并聯(lián)篩還是直線篩，基于少凸柱篩面的谷物篩分效率明顯高于基于平面篩面的篩分效率，篩面上的凸柱對(duì)谷物起到了疏松和防堵的作用。
　　 7.自行設(shè)計(jì)并研制了基于三維并聯(lián)振動(dòng)篩的谷物清選裝置，進(jìn)行了谷物篩分