摘要
本文以白芸豆为研究对象，针对目前白芸豆清选装置存在清选效率低，含杂率高的问题，设计一款风筛式白芸豆清选装置。测定白芸豆脱出物的主要成分和物理特性，建立离散元模型，进行离散元模型参数标定，EDEM-Fluent耦合仿真，分析影响清选性能的主要因素，确定影响因素最佳参数组合，对风筛式清选装备进行优化，并进行台架试验验证。本文主要工作内容如下： （1）分析白芸豆脱出物的主要成分，其主要成分为白芸豆籽粒、短茎杆、碎豆荚和其他杂质。测量白芸豆籽粒的物理特性：三轴尺寸、千粒重、密度和含水率。测量白芸豆的本征参数，白芸豆种子泊松比为0.34，剪切模量为343.84MPa，弹性模量为128.30MPa。建立离白芸豆种子散元模型并进行参数标定，得出白芸豆种子与钢板之间的碰撞恢复系数为0.445、静摩擦系数为0.452，滚动摩擦系数为0.091；白芸豆种间碰撞恢复系数为0.39，静摩擦系数为0.53，滚动摩擦系数为0.092。测量白芸豆脱出物的悬浮速度，白芸豆籽粒的悬浮速度为8.27m/s~12.13m/s、短茎杆的悬浮速度为1.47m/s~4.54m/s、碎豆荚的悬浮速度为1.67m/s~2.81m/s，为后续仿真试验提供参数依据。 （2）根据《农业机械设计手册》规范，设计风筛式白芸豆清选装置的整体结构。确定清选筛的上筛类型为正弦曲面筛，下筛为平面矩形冲孔筛，上下筛的尺寸长、宽、厚分别为1000mm、450mm、2mm，上筛筛孔尺寸为20mm×12mm，下筛筛孔尺寸为15mm×9mm。分析白芸豆籽粒在清选室内的受力情况，对振动筛运动机构进行运动学分析，分析振动筛的位移、速度和加速度的变化规律。对关键部件中心旋转轴和机架进行有限元分析，结果表明中心旋转轴和机架的强度、刚度满足工作要求。 （3）建立风筛式白芸豆清选装置的简化模型，设置EDEM和Fluent仿真参数，对白芸豆清选过程进行EDEM-Fluent耦合仿真，分析清选室内气流压力分布规律，清选室内气流速度的变化规律和白芸豆脱出物在清选室内的运动情况。 （4）以风速、振动筛频率、振动筛倾角、上、下筛的振幅为影响因素，以白芸豆籽粒清选率、清选损失率和含杂率为评价标准，进行单因素试验，分析每个因素对清选效率的影响。设计五因素三水平正交试验，进行响应面分析和方差分析，寻求最优参数组合为：风速为9m/s，振动筛频率5Hz，振动筛倾角为9°，上筛振幅为15mm，下筛振幅为8mm。对模型装置进行优化后完成清选装置的加工，进行台架试验，对比台架试验与仿真实验结果，结果表明仿真试验的白芸豆籽粒清选率和台架试验白芸豆籽粒清选率相对误差为0.36%，证明基于EDEM-Fluent耦合法模拟风筛式白芸豆清选装置的清选结果是准确可行的，可以为白芸豆清选装置的设计优化和加工提供参考价值。
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