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切纵流结构谷物脱粒分离理论与试验研究

作　者: 唐忠
导　师: 李耀明
学　校: 江苏大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 联合收获机切纵流结构脱粒分离概率理论复数幅值参数预测与控制
分类号: S225.39
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

脱粒分离装置是联合收获机的核心部件,它的脱粒分离性能直接决定着联合收获机整机的工作性能,对谷物脱粒分离理论与试验进行研究是提高联合收获机作业性能的关键。本文针对切纵流脱粒分离装置的结构特点,研究谷物在切纵流脱粒分离空间中的运动模型,探索切纵流脱粒分离装置最优结构配置方案,提高脱粒分离装置的输送、脱粒、分离能力；通过试验探索切纵流脱粒分离装置性能与其影响因素之间的关系,建立切纵流结构的脱粒分离模型,得出切纵流脱粒分离装置在水稻和小麦高效、高性能收获时的最佳工作参数；这对于提高切纵流联合收获机的技术水平,加快产品的升级换代,推动我国收获机械行业的技术进步等均具有重要的科学意义和实用价值。本文在总结国内外相关研究现状的基础上,采用理论研究、数值计算与试验验证相结合的方法开展研究工作,本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容：1、基于谷物特性设计结构可变的切流滚筒和纵轴流滚筒以及用于稻麦农作物脱粒的5种脱粒元件；通过对切纵流结构脱粒分离性能影响因素的分析,利用概率理论建立切流滚筒和纵轴流滚筒的脱粒分离概率模型,通过纵轴流滚筒复脱分离模型计算出滚筒上脱粒元件的最佳排列组合方式；通过建立切纵流脱粒分离过程的物料流模型,推导谷物从切流脱粒分离装置喂入纵轴流脱粒分离装置的运动模型；通过建立切纵流结构的变质量脱粒分离模型,对切纵流脱粒分离装置分别进行变质量和恒质量性能对比试验。2、选取脱粒间隙、滚筒转速、喂入螺旋头、脱粒元件及其排列组合方式等为试验因素,对切纵流脱粒分离装置开展多工况多因素的脱粒分离台架试验,建立主因素与未脱净损失率、夹带损失率、籽粒破碎率、脱粒分离功耗等性能指标之间的数学模型,分析其对性能指标影响的显著程度,推导切纵流脱粒装置的多目标多因素指标评价方法；在切纵流脱粒分离装置试验台上,通过自行设计的脱粒分离长度可调的纵轴流滚筒,进行水稻脱粒分离性能试验和籽粒分布试验研究,分析纵轴流滚筒下脱出籽粒的分布规律,建立纵轴流滚筒脱出籽粒的分布模型,计算纵轴流滚筒长度；通过计算纵轴流滚筒顶盖导流板的最佳导流角对纵轴流滚筒长度进行优化,确定纵轴流滚筒长度的最优值,为切纵流联合收获机脱粒分离装置工作参数的选择和结构设计提供依据。3、通过切纵流结构的脱粒分离性能试验确定纵轴流滚筒上脱粒元件的最佳结构参数,并对各切流滚筒和纵轴流滚筒组合方式进行喂入量为7kg/s的水稻脱粒分离性能检测；对影响纵轴流滚筒脱粒分离功耗和籽粒损失率的滚筒转速、脱粒间隙和齿间距等主要影响因素进行水稻台架试验,通过对单因素试验结果的脱粒分离功耗和籽粒总损失率进行归一化处理,并对影响脱粒分离性能的参数进行回归分析和回归效果的显著性检验,通过控制脱粒分离性能预测纵轴流滚筒的最佳参数以及最佳参数的置信区间。4、在一切纵流脱粒分离装置上进行喂入量为6kg/s～8kg/s的水稻脱粒分离性能试验,利用扭矩传感器和工控机对一切纵流脱粒分离装置的水稻脱粒分离功耗进行记录,提取纵轴流滚筒脱粒分离功耗；通过在切纵流脱粒分离装置试验台上进行小麦脱粒分离性能试验,获取脱粒分离功耗和籽粒总损失性能指标,借助复数幅值建立脱粒分离最佳性能指标可行域,将脱粒分离功耗和籽粒损失率转换成平面几何中的向量指标,通过计算脱粒分离性能向量指标方向角正切值进行分析比较,寻找最优的脱粒分离结构和运动参数。5、在切纵流脱粒分离装置试验台上进行喂入量为6kg/s～8kg/s的水稻和小麦脱粒分离性能试验,对切纵流脱粒分离装置脱出混合物分布特性和分布规律进行试验测定与分析,通过脱分系数矩阵建立籽粒未脱分率、脱分杂余率、脱分籽粒率之间的脱分矩阵方程,为预测切纵流脱粒分离装置的未脱净籽粒损失提供预测模型,为切纵流脱粒分离装置的设计提供依据；将研究所得结果移植到切纵流联合收获机上,通过田间试验验证该装置的脱粒分离性能参数,为其产业化应用提供依据。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-19
第一章绪论  19-33
  1.1 课题研究的背景与意义  19-20
    1.1.1 课题研究的背景  19
    1.1.2 课题研究的意义  19-20
  1.2 切纵流结构的国内外研究现状  20-29
    1.2.1 脱粒分离结构的发展历程  20-21
    1.2.2 脱粒分离理论与研究现状  21-27
    1.2.3 国内外脱粒分离结构的特点  27-29
  1.3 课题来源  29
  1.4 本课题的主要研究内容和技术路线  29-31
    1.4.1 主要研究内容  29-30
    1.4.2 研究技术路线  30-31
  1.5 本章小结  31-33
第二章切纵流脱粒分离装置设计及性能影响因素  33-47
  2.1 切纵流脱粒分离装置的结构及参数  33-38
    2.1.1 切流脱粒分离装置设计  33-36
    2.1.2 辅助喂入装置设计  36-37
    2.1.3 纵轴流脱粒分离装置设计  37-38
  2.2 谷物物料特性  38-42
    2.2.1 茎秆物料特性  38-39
    2.2.2 水稻穗头籽粒连接力  39-42
  2.3 脱粒分离性能参数及性能影响因素  42-45
    2.3.1 脱粒分离性能参数测定  42-43
    2.3.2 脱粒分离性能影响因素  43-45
  2.4 本章小结  45-47
第三章切纵流结构的脱粒分离模型研究  47-73
  3.1 切流滚筒脱粒分离模型  47-51
    3.1.1 切流滚筒脱粒分离过程建模  47-49
    3.1.2 脱粒元件对切流脱粒分离模型的影响  49-51
  3.2 纵轴流滚筒脱粒分离模型  51-56
    3.2.1 纵轴流滚筒脱粒分离过程建模  51-53
    3.2.2 脱粒元件对纵轴流脱粒分离模型的影响  53-56
  3.3 切纵流结构脱粒分离的变质量分析  56-65
    3.3.1 脱粒分离中物料流分析  56-58
    3.3.2 脱粒分离的变质量模型  58-62
    3.3.3 变质量脱粒分离功耗试验  62-65
  3.4 纵轴流滚筒脱粒分离特性参数  65-71
    3.4.1 脱粒分离性能参数试验  65-68
    3.4.2 茎秆的运动速度测定  68-71
  3.5 本章小结  71-73
第四章切纵流脱粒分离装置的参数优化  73-95
  4.1 切流脱粒分离装置参数  73-75
    4.1.1 切流脱粒元件  73
    4.1.2 切流凹板筛弧长  73-75
  4.2 纵轴流脱粒分离装置参数  75-94
    4.2.1 纵轴流滚筒喂入头  75-76
    4.2.2 纵轴流滚筒长度  76-80
    4.2.3 滚筒顶盖导流角  80-83
    4.2.4 纵轴流滚筒转速  83-90
    4.2.5 脱粒分离间隙  90-92
    4.2.6 脱粒元件齿间距  92-94
  4.3 本章小结  94-95
第五章切纵流结构脱粒分离试验研究  95-125
  5.1 切纵流结构脱粒分离功耗试验与分析  95-101
    5.1.1 切纵流结构脱粒分离功耗试验  95-97
    5.1.2 纵轴流滚筒脱粒分离功耗分析  97-101
  5.2 切纵流结构脱粒分离参数评价  101-107
    5.2.1 脱粒分离性能评价模型  101-104
    5.2.2 脱粒分离参数评选试验  104-107
  5.3 纵轴流滚筒下脱出物分布试验与分析  107-123
    5.3.1 纵轴流滚筒脱出物分布试验  107-109
    5.3.2 脱粒元件对脱出物分布的影响  109
    5.3.3 含水率对脱出物分布的影响  109-114
    5.3.4 喂入量对脱出物分布的影响  114-118
    5.3.5 脱出物分布模型  118-123
  5.4 本章小结  123-125
第六章切纵流联合收获机脱粒分离性能试验  125-131
  6.1 切纵流脱粒分离装置最佳组合参数  125-127
    6.1.1 结构参数  125-126
    6.1.2 工作参数  126-127
  6.2 切纵流联合收获机室内脱粒分离试验  127
  6.3 切纵流联合收获机田间脱粒分离试验  127-130
    6.3.1 田间作业速度  127-128
    6.3.2 籽粒损失检测  128
    6.3.3 田间收获性能  128-130
  6.4 本章小结  130-131
第七章研究总结与展望  131-135
  7.1 研究工作总结  131-133
  7.2 主要创新点  133-134
  7.3 后续研究展望  134-135
参考文献  135-145
致谢  145-147
攻读博士学位期间发表的论文与参加的科研工作  147-148
  一、发表的论文  147-148
  二、申请与获批的专利  148
  三、参加的科研工作与成果  148

切纵流结构谷物脱粒分离理论与试验研究

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