典型農(nóng)業(yè)物料在三維并聯(lián)振動(dòng)篩中的篩分理論與試驗(yàn).pdf

1、振動(dòng)篩是顆粒物料分級的重要設(shè)備，在農(nóng)機(jī)、選煤、選礦、冶金、石油、化工、建筑、糧食和飼料等行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前廣泛使用的是單自由度直線往復(fù)振動(dòng)篩，這類振動(dòng)篩由于振動(dòng)自由度少，難以使顆粒物料在篩面上快速均布，影響了篩分效果和效率。將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于振動(dòng)篩分裝置的設(shè)計(jì)中，是解決傳統(tǒng)往復(fù)振動(dòng)篩自由度少、總體尺寸大、效率低、顆粒易于堵孔和圓振動(dòng)篩容易引起共振、使用壽命短、篩分性能不穩(wěn)定等缺陷的新思路，對建立新的振動(dòng)篩分理論，開發(fā)實(shí)用化的振動(dòng)篩分設(shè)備具

2、有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“農(nóng)業(yè)物料顆粒在風(fēng)篩式清選裝置中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究(50875113)”和江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目“農(nóng)業(yè)物料多自由度振動(dòng)篩分理論的應(yīng)用基礎(chǔ)研究(11KJA460002)”等項(xiàng)目的資助下，提出了采用全解耦的并聯(lián)/混聯(lián)機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)篩的主體激振機(jī)構(gòu)，研制三維并聯(lián)振動(dòng)篩，以期解決生產(chǎn)實(shí)際中振動(dòng)篩的三維振動(dòng)難題。本文主要研究工作包括:
　　 1、以小麥和大米為研究對象，測

3、試和分析其機(jī)械特性。實(shí)驗(yàn)測量了小麥和大米的含水率、三軸尺寸、彈性模量、滑動(dòng)摩擦系數(shù)、休止角、密度等參數(shù);搭建了農(nóng)業(yè)物料恢復(fù)系數(shù)測定裝置，并實(shí)際測定了小麥樣本的恢復(fù)系數(shù)，通過正交試驗(yàn)分析了材料種類、材料厚度和含水率等因素對小麥恢復(fù)系數(shù)的影響程度。所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為后面的數(shù)值模擬和臺架試驗(yàn)提供了依據(jù)。
　　 2、基于離散元分析法，運(yùn)用EDEM軟件對三自由度振動(dòng)篩篩面上橢球形顆粒物料的分散過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。建立了兩類分散度評價(jià)指標(biāo)，

4、考察了振動(dòng)篩的自由度、振幅、頻率和顆粒長徑比等參數(shù)對分散度的影響規(guī)律。
　　 3、對三自由度振動(dòng)篩篩面上橢球形顆粒物料在X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)激勵(lì)下的分層過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究。分析了三自由度振動(dòng)篩篩面上物料顆粒受力及分層的極限條件，建立了分層速度衡量指標(biāo)，討論了振動(dòng)自由度、振幅、頻率及粒度比等參數(shù)對顆粒分層速度的影響規(guī)律;從顆粒間的法向作用力、切向作用力、平均動(dòng)能和平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能變化的角度分析了橢球形顆粒的分層機(jī)理。
　　

5、 4、基于改進(jìn)離散元法，對以小麥和秸稈組成的混合物在三自由度振動(dòng)篩篩面上的篩分過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。分析了三自由度振動(dòng)篩上顆粒群的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，建立了透篩率和篩下物含雜率兩類篩分效率衡量指標(biāo)，重點(diǎn)考察了篩面入料端混合物的物理特性（長徑比、摻雜率）和振動(dòng)參數(shù)（振動(dòng)自由度、振動(dòng)頻率和振幅）的變化對三自由度振動(dòng)篩篩分性能的影響規(guī)律。
　　 5、在上述農(nóng)業(yè)物料顆粒在三自由度振動(dòng)篩篩面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析基礎(chǔ)上，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)理論，對適

6、合三維并聯(lián)振動(dòng)篩的三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行型綜合，確定最優(yōu)機(jī)型。提出了一種基于完全解耦的并聯(lián)機(jī)構(gòu)3PRRR的多維振動(dòng)篩分試驗(yàn)臺和三維并聯(lián)振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)方案，以優(yōu)化后的混聯(lián)機(jī)構(gòu)2PRRR-P(2R)作為振動(dòng)篩的主體激振機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)篩箱沿X、Y、Z三個(gè)方向的振動(dòng)。
　　 6、基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)理論，研制了具有最多四個(gè)自由度的多維振動(dòng)篩分試驗(yàn)臺和三維并聯(lián)振動(dòng)篩的樣機(jī)，并在試驗(yàn)臺上進(jìn)行了試驗(yàn)研究。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對理想的三維并聯(lián)振動(dòng)篩進(jìn)行結(jié)構(gòu)

7、設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析;完成了優(yōu)選的實(shí)用化三維并聯(lián)振動(dòng)篩的樣機(jī)制造和性能測試。試驗(yàn)的結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相一致。
　　 論文最后得出結(jié)論:三維并聯(lián)振動(dòng)篩具備了高效分選農(nóng)業(yè)物料的能力，研究結(jié)果為深入理解多自由度振動(dòng)篩篩面上顆粒物料的分散、分層機(jī)理、完善多自由度振動(dòng)篩分理論提供了理論依據(jù)，也為提高農(nóng)業(yè)物料的篩分和清選效率、減小篩分和清選設(shè)備的體積提供了一種新的思路。所研制的三維并聯(lián)振動(dòng)篩是一種很有發(fā)展前景的新型振動(dòng)篩分設(shè)備，所涉及的