基于篩面運(yùn)動(dòng)特性的單顆粒運(yùn)動(dòng)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(jī)清選系統(tǒng)主要工作部件之一的振動(dòng)篩是顆粒清選的主要工具，它利用運(yùn)動(dòng)的篩面對(duì)尺寸差異的混合物料進(jìn)行清選或篩分。振動(dòng)篩分為平面振動(dòng)篩與多自由度振動(dòng)篩，然而因多自由度振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、研究理論相對(duì)不完善，聯(lián)合收割機(jī)清選系統(tǒng)的工作部件主要采用平面往復(fù)式振動(dòng)篩。平面往復(fù)式振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)方式為平面運(yùn)動(dòng)，篩面的運(yùn)動(dòng)軌跡為平面曲線。經(jīng)典平面往復(fù)式振動(dòng)篩篩面運(yùn)動(dòng)理論建立在假設(shè)兩吊桿長度相等，吊桿長度和連桿

2、長度遠(yuǎn)大于篩面的擺幅，認(rèn)為篩面各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同，并近似于一條直線的基礎(chǔ)之上，視篩面的運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
　　在不考慮風(fēng)場(chǎng)以及顆粒間摩擦的條件下，振動(dòng)篩篩面的運(yùn)動(dòng)特性直接影響著篩面顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與形式進(jìn)而影響篩分質(zhì)量與篩分效率。為了研究振動(dòng)篩篩面運(yùn)動(dòng)特性對(duì)篩面顆粒受力情況以及顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及形式的影響，本文在不考慮振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)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(fù)式振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型，采用矩陣法推導(dǎo)出篩面運(yùn)動(dòng)方

3、程。基于Matlab數(shù)值模擬與高速攝像技術(shù)相結(jié)合的方法獲得并驗(yàn)證了篩面運(yùn)動(dòng)特性?；谠摵Y面運(yùn)動(dòng)特性，通過對(duì)篩面上單顆粒的受力分析，判斷篩面顆粒前移、后滑等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所發(fā)生的時(shí)間及篩面位置。同時(shí)運(yùn)用顆粒非線性跳動(dòng)理論獲得顆粒在篩分過程中篩面不同區(qū)域內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)形式。研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)依據(jù)平面往復(fù)式振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其簡(jiǎn)化成一個(gè)由曲柄搖桿、上篩雙搖桿以及下篩雙搖桿三部分組成的機(jī)構(gòu)，并建立其運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型。基于矩陣法獲得平

4、面往復(fù)式振動(dòng)篩篩面各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程，運(yùn)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(fù)式振動(dòng)篩篩面的運(yùn)動(dòng)為非簡(jiǎn)諧振動(dòng)，篩面各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)疊加的特定函數(shù)周期性變化。同時(shí)也表明篩面在運(yùn)動(dòng)過程中不僅存在X，Y兩個(gè)方向上的平動(dòng)，還存附

5、加得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使篩面各點(diǎn)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(duì)篩面縱向三點(diǎn)進(jìn)行追蹤試驗(yàn)，獲得所追蹤點(diǎn)的X、Y方向速度，并與Matlab求解所獲得的數(shù)值模擬篩面運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明試驗(yàn)與數(shù)值模擬獲得篩面速度曲線基本吻合，驗(yàn)證了篩面的運(yùn)動(dòng)特性是非簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。同時(shí)并驗(yàn)證了矩陣法求解振動(dòng)篩篩面運(yùn)動(dòng)規(guī)律的可行性與正確性。
　　(4)顆粒在振動(dòng)篩面上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響著振動(dòng)篩的篩分效果?；诜呛?jiǎn)諧

6、振動(dòng)篩面的運(yùn)動(dòng)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(yùn)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(diǎn)前滑、后移、拋起等運(yùn)動(dòng)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(dòng)理論，建立單顆粒與非簡(jiǎn)諧振動(dòng)篩面碰撞的運(yùn)動(dòng)模型。顆粒在篩面上跳動(dòng)的周期穩(wěn)定性與不動(dòng)點(diǎn)的穩(wěn)定性等價(jià)，基于數(shù)形結(jié)合的方法判斷了存在不動(dòng)點(diǎn)，并運(yùn)用Matlab求解出篩面各點(diǎn)處的映射雅可比矩陣的特征值，分析了二