【摘要】：9FH-40型秸稈揉絲機(jī)工作過程可分為秸稈揉絲與排料兩個部分。秸稈揉絲和排料在秸稈加工生產(chǎn)中占有重要的地位,由于其作業(yè)過程復(fù)雜,人們在數(shù)值模擬研究中尚不深入。離散元法(Discrete Element Method,DEM)的發(fā)展為研究散體物料力學(xué)特性提供了理論基礎(chǔ),同時其與多體動力學(xué)(Multi-Body Dynamics,MBD)、計算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的成功耦合拓寬了離散元法的應(yīng)用領(lǐng)域。本文基于DEM、MBD及CFD理論,以玉米秸稈為加工物料,通過數(shù)值模擬,分別研究了玉米秸稈揉絲破碎過程、絲狀物料排料過程,為9FH-40型秸稈揉絲機(jī)做可視化動態(tài)研究及設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供一定理論參考。本文所做工作主要有:(1)在SolidWorks中繪制了9FH-40型秸稈揉絲機(jī)三維模型,并基于DEM建立玉米秸稈雙峰分布模型。對寧單19號收獲期玉米秸稈(直徑25 mm,長度50 mm,含水率87.8%)進(jìn)行了不同加載速度的壓縮、剪切力學(xué)特性試驗(yàn),得到徑向壓縮最大破裂臨界載荷為160 N,最小壓縮破裂臨界載荷為70 N;軸向壓縮最大破裂臨界載荷為2 260 N,最小破裂臨界載荷為1 240N。剪切試驗(yàn)中,加載速度對最大臨界剪切力影響較小;剪切初期,同一種加載速度下剪切力與位移變化成近似線性關(guān)系。參考試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)學(xué)者研究,對玉米秸稈BPM(Bonded Particle Model)粘結(jié)參數(shù)進(jìn)行了校核,最終選取的粘結(jié)參數(shù)分別為9.60×10~6 N/m(法向剛度系數(shù))、6.80×10~6 N/m(切向剛度系數(shù))、8.72 MPa(臨界法向應(yīng)力)、7.50 MPa(臨界切向應(yīng)力),此參數(shù)的BPM模型能較為真實(shí)的反映玉米秸稈破碎物理特性。(2)闡述了多體動力學(xué)軟件RecurDyn(MBD)與離散元軟件EDEM(DEM)耦合原理及實(shí)現(xiàn)過程,對4個雙峰分布玉米秸稈模型進(jìn)行了MBD-DEM耦合破碎仿真。秸稈模型內(nèi)粘結(jié)鍵數(shù)量變化可分為急劇減少、穩(wěn)定減少、不再變化3個階段。破碎后物料以短型、標(biāo)準(zhǔn)、長型、未完全破碎4種形狀存在。從RecurDyn中提取了錘片受力變化過程數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)速為1 500、2 000、2 500、3 000 r/min時,錘片與玉米秸稈最大碰撞力分別為553.98、627.54、598.96、593.08 N,最大碰撞力不會受轉(zhuǎn)速影響,但平均碰撞作用力會隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大。(3)借助CFD-DEM耦合理論,采用RNG K-ε湍流模型及Euler-Lagrange耦合算法對揉絲機(jī)不同主軸轉(zhuǎn)速下排料裝置內(nèi)物料運(yùn)動過程、內(nèi)流道氣流速度分布、氣流對物料的耦合力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對風(fēng)扇主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min時物料運(yùn)動過程進(jìn)行分區(qū)域研究。結(jié)果表明:在額定轉(zhuǎn)速3 200 r/min內(nèi),隨著轉(zhuǎn)速的提高,排料數(shù)量不斷增加,排料性能相應(yīng)提高。不同區(qū)域內(nèi)物料平均速度形成梯度分布,由大到小依次為物料出口區(qū)域(10.00 m/s)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動區(qū)域(6.00 m/s)、物料入口區(qū)域(0.87 m/s);物料入口區(qū)域耦合力受風(fēng)扇轉(zhuǎn)速影響很小,基本維持在2.5×10~(-4) N(存在較小波動);風(fēng)扇轉(zhuǎn)動區(qū)域內(nèi)氣流平均速度為30 m/s(峰值50 m/s),湍流強(qiáng)度最高,物料進(jìn)入該區(qū)域后被加速,速度可達(dá)10 m/s。風(fēng)扇徑向邊緣氣流速度可達(dá)40 m/s,對物料耦合力作用最強(qiáng)。該區(qū)域內(nèi)氣流速度及物料所受耦合力隨著轉(zhuǎn)速的提高而不斷增加,且波動加劇。湍流強(qiáng)度增加導(dǎo)致場內(nèi)產(chǎn)生更多的旋渦,同時氣流能量損失加劇;物料在出口區(qū)域會有少量團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生,同一轉(zhuǎn)速下該區(qū)域的耦合力有較大波動,但受不同轉(zhuǎn)速影響較小。模擬結(jié)束時,物料在入口區(qū)域內(nèi)數(shù)量最多并發(fā)生少量堆積,在出口區(qū)域未見回流現(xiàn)象發(fā)生。(4)對9FH-40型秸稈揉絲機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)提出了建議:揉絲破碎過程中應(yīng)提高錘片在銷軸上的空間覆蓋率,優(yōu)化篩孔大小及位置分布,減少未完全破碎物料從篩孔中遺漏。排料過程中應(yīng)該重點(diǎn)改變物料入口區(qū)域殼體結(jié)構(gòu)以提升耦合力,縮短物料從入口區(qū)域進(jìn)入風(fēng)扇轉(zhuǎn)動區(qū)域的時間,避免物料堆積現(xiàn)象發(fā)生。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動區(qū)域在提高主軸轉(zhuǎn)速的同時,要抑制場內(nèi)漩渦數(shù)量,降低氣流能量損失;物料出口區(qū)域則要降低耦合力大小波動幅度,改變殼體形狀以更好的引導(dǎo)氣流運(yùn)動,使排料過程更加順暢。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S817.12
【圖文】：

秸稈揉絲加工的研究方法將過程更加接近實(shí)際工況。代，美國和英國分別完成了在作物收獲由于畜牧業(yè)加工機(jī)械起步較早，機(jī)械化、通用性好的大型機(jī)具，實(shí)現(xiàn)了大面積流的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，主要有美）公司、德國克拉斯農(nóng)機(jī)公司（CLAAS司在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地可以將田間收獲期玉米秸稈進(jìn)行一次性收隙調(diào)整、割臺與喂入輥 100 %同步，喂，可實(shí)現(xiàn)夜間作業(yè)，延長工作時間。作業(yè)靈活、經(jīng)濟(jì)適用性好、作業(yè)質(zhì)量高等優(yōu)

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆碩士學(xué)位論文專業(yè)從事飼草及作物秸稈青貯收獲的機(jī) 1-2）具有高負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)功率 2 種輸出功世界上最寬的高稈作物割臺，揉絲筒中錄及顯示作業(yè)過程，駕駛員可以調(diào)節(jié)各

圖 1-2 BIGX1100 型青貯收獲機(jī)Fig.1-2 BIGX1100 series silage harvester產(chǎn)的農(nóng)牧機(jī)械在全球知名度很高。其秸稈 1-3），該機(jī)配套動力 476 馬力，對作物壓緊力均勻地分布在上進(jìn)料輥上，使作更精確，后期維護(hù)更便捷。拋送物料時，濟(jì)[24]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任曉珍;;秸稈綜合利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化對策建議[J];南方農(nóng)機(jī);2017年21期

2 吳鉤;;巨無霸青貯收獲機(jī),大塊頭有大智慧[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械;2017年07期

3 宋學(xué)鋒;張鋒偉;戴飛;趙武云;楊杰;張雪坤;;基于離散元的施肥機(jī)肥料塊破碎裝置參數(shù)的優(yōu)化[J];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年02期

4 喻黎明;鄒小艷;譚弘;嚴(yán)為光;陳立志;熊子維;;基于CFD-DEM耦合的水力旋流器水沙運(yùn)動三維數(shù)值模擬[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2016年01期

5 方會敏;姬長英;Ahmed Ali Tagar;張慶怡;郭俊;;秸稈-土壤-旋耕刀系統(tǒng)中秸稈位移仿真分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2016年01期

6 高林;王健威;李鵬;李登坤;;玉米秸稈利用及其機(jī)械化收獲技術(shù)[J];農(nóng)業(yè)工程;2015年05期

7 吳修文;王軍;;9Z-30大型青貯鍘切揉絲機(jī)的研究[J];農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程;2015年08期

8 蔣梅勝;李恒;李林書;彭凱;王順喜;;基于CFD-DEM耦合法的滅火機(jī)風(fēng)筒優(yōu)化與試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年08期

9 劉立意;郝世楊;張萌;劉冬梅;賈富國;權(quán)龍哲;;基于CFD-DEM的稻谷通風(fēng)阻力數(shù)值模擬與試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2015年08期

10 劉佳妮;;青貯收獲的王者——科樂收(CLAAS)JAGUAR系列青貯收獲機(jī)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械;2015年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孟海波;秸稈切割破碎與揉切機(jī)刀片耐用性試驗(yàn)研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 武志宏;顎式破碎機(jī)顎板磨損及抗磨方案研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

2 操子夫;圓捆秸稈打捆機(jī)工作參數(shù)的試驗(yàn)研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

3 張家華;基于離散元法的變量施肥機(jī)排肥器排肥過程仿真分析[D];石河子大學(xué);2015年

4 肖觀發(fā);基于EDEM的顎式破碎機(jī)襯板參數(shù)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];江西理工大學(xué);2015年

5 艾青牧;玉米秸稈不同加載方式力學(xué)及其失水特性研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 鄭浩龍;基于離散元的層壓破碎模型及破碎過程的研究[D];江西理工大學(xué);2015年

7 尚坦;秸稈揉絲機(jī)揉搓機(jī)構(gòu)內(nèi)流場仿真及流固耦合分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2014年

8 心男;基于EDEM-FLUENT耦合的氣吹式排種器工作過程仿真分析[D];吉林大學(xué);2013年

9 高欣;玉米秸稈力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

10 蘇宏煜;玉米秸稈擠絲揉搓機(jī)的分析與設(shè)計[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2799557