基于篩面運動特性的單顆粒運動規(guī)律理論研究.pdf

1、顆粒清選是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)，作為聯(lián)合收割機清選系統(tǒng)主要工作部件之一的振動篩是顆粒清選的主要工具，它利用運動的篩面對尺寸差異的混合物料進行清選或篩分。振動篩分為平面振動篩與多自由度振動篩，然而因多自由度振動篩結構復雜、成本較高、研究理論相對不完善，聯(lián)合收割機清選系統(tǒng)的工作部件主要采用平面往復式振動篩。平面往復式振動篩的運動方式為平面運動，篩面的運動軌跡為平面曲線。經(jīng)典平面往復式振動篩篩面運動理論建立在假設兩吊桿長度相等，吊桿長度和連桿

2、長度遠大于篩面的擺幅，認為篩面各點的運動軌跡均相同，并近似于一條直線的基礎之上，視篩面的運動為簡諧運動。
　　在不考慮風場以及顆粒間摩擦的條件下，振動篩篩面的運動特性直接影響著篩面顆粒的運動狀態(tài)與形式進而影響篩分質(zhì)量與篩分效率。為了研究振動篩篩面運動特性對篩面顆粒受力情況以及顆粒運動狀態(tài)及形式的影響，本文在不考慮振動篩運動副之間的摩擦，零件的質(zhì)量以及空氣阻力等因素，建立平面往復式振動篩運動分析的數(shù)學模型，采用矩陣法推導出篩面運動方

3、程?；贛atlab數(shù)值模擬與高速攝像技術相結合的方法獲得并驗證了篩面運動特性?；谠摵Y面運動特性，通過對篩面上單顆粒的受力分析，判斷篩面顆粒前移、后滑等運動狀態(tài)所發(fā)生的時間及篩面位置。同時運用顆粒非線性跳動理論獲得顆粒在篩分過程中篩面不同區(qū)域內(nèi)顆粒運動形式。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)依據(jù)平面往復式振動篩結構特點，將其簡化成一個由曲柄搖桿、上篩雙搖桿以及下篩雙搖桿三部分組成的機構，并建立其運動分析的數(shù)學模型?；诰仃嚪ǐ@得平

4、面往復式振動篩篩面各點運動方程，運用Matlab數(shù)值模擬獲得篩面傾角、篩面速度、篩面加速度、篩面加速度方向角的變化規(guī)律，表明平面往復式振動篩篩面的運動為非簡諧振動，篩面各點運動特性均不同。
　　(2)篩面傾角是影響篩分效率的重要因素之一，運用Matlab數(shù)值模擬篩面傾角，獲得篩分過程中篩面傾角的變化范圍為3.5-6.5°。表明它以多個簡諧運動疊加的特定函數(shù)周期性變化。同時也表明篩面在運動過程中不僅存在X，Y兩個方向上的平動，還存附

5、加得旋轉(zhuǎn)運動。該旋轉(zhuǎn)運動使篩面各點的速度，加速度的大小和方向均有所差異。
　　(3)利用高速攝像對篩面縱向三點進行追蹤試驗，獲得所追蹤點的X、Y方向速度，并與Matlab求解所獲得的數(shù)值模擬篩面運動速度進行對比。結果表明試驗與數(shù)值模擬獲得篩面速度曲線基本吻合，驗證了篩面的運動特性是非簡諧運動。同時并驗證了矩陣法求解振動篩篩面運動規(guī)律的可行性與正確性。
　　(4)顆粒在振動篩面上的運動狀態(tài)直接影響著振動篩的篩分效果?；诜呛喼C

6、振動篩面的運動特性，以加速度方向角所在的不同象限，建立單顆顆粒在篩面上的受力方程。運用Matlab求解并數(shù)值模擬篩面顆粒受力情況，分析單顆粒在篩面各點前滑、后移、拋起等運動狀態(tài)。
　　(5)依據(jù)清選裝置的工作情況，基于顆粒非線性跳動理論，建立單顆粒與非簡諧振動篩面碰撞的運動模型。顆粒在篩面上跳動的周期穩(wěn)定性與不動點的穩(wěn)定性等價，基于數(shù)形結合的方法判斷了存在不動點，并運用Matlab求解出篩面各點處的映射雅可比矩陣的特征值，分析了二