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

1、振動篩是顆粒物料分級的重要設(shè)備，在農(nóng)機、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)振動篩，這類振動篩由于振動自由度少，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)機構(gòu)應(yīng)用于振動篩分裝置的設(shè)計中，是解決傳統(tǒng)往復(fù)振動篩自由度少、總體尺寸大、效率低、顆粒易于堵孔和圓振動篩容易引起共振、使用壽命短、篩分性能不穩(wěn)定等缺陷的新思路，對建立新的振動篩分理論，開發(fā)實用化的振動篩分設(shè)備具

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

3、試和分析其機械特性。實驗測量了小麥和大米的含水率、三軸尺寸、彈性模量、滑動摩擦系數(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，并實際測定了小麥樣本的恢復(fù)系數(shù)，通過正交試驗分析了材料種類、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。所得實驗數(shù)據(jù)為后面的數(shù)值模擬和臺架試驗提供了依據(jù)。
　　 2、基于離散元分析法，運用EDEM軟件對三自由度振動篩篩面上橢球形顆粒物料的分散過程進行了數(shù)值模擬研究。建立了兩類分散度評價指標(biāo)，

4、考察了振動篩的自由度、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、對三自由度振動篩篩面上橢球形顆粒物料在X、Y、Z三個方向的振動激勵下的分層過程進行模擬試驗研究。分析了三自由度振動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、平均動能和平均轉(zhuǎn)動動能變化的角度分析了橢球形顆粒的分層機理。
　　

5、 4、基于改進離散元法，對以小麥和秸稈組成的混合物在三自由度振動篩篩面上的篩分過程進行數(shù)值模擬研究。分析了三自由度振動篩上顆粒群的運動狀態(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）和振動參數(shù)（振動自由度、振動頻率和振幅）的變化對三自由度振動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篩篩面上的運動規(guī)律分析基礎(chǔ)上，基于并聯(lián)機構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)理論，對適

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

7、設(shè)計、運動學(xué)和動力學(xué)分析;完成了優(yōu)選的實用化三維并聯(lián)振動篩的樣機制造和性能測試。試驗的結(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篩篩面上顆粒物料的分散、分層機理、完善多自由度振動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)振動篩是一種很有發(fā)展前景的新型振動篩分設(shè)備，所涉及的