锤片式秸秆加工机械噪声研究

农作物秸秆经过揉丝、粉碎、铡切等加工处理后可以作为饲料、肥料、工业原料或燃料等使用。对秸秆进行多种加工的锤片式秸秆加工机械普遍存在振动与噪声大的问题,制约了该类机械向高品质方向发展。文章总结了锤片式秸秆加工机械噪声特点,即该类机械工作时同时存在气动噪声与振动噪声,其中气动噪声主要由锤片式转子旋转扰动内部流场产生的离散噪声以及流场中涡流和边界层的吸附与分离产生的宽频噪声组成;振动噪声主要由不平衡转子传递到机壳或机架产生的离散噪声以及机器内部秸秆物料与锤片、物料与机壳、物料与物料间的碰撞产生的随机宽频噪声组成。基于噪声基础理论与方法研究现状,综述了锤片式秸秆加工机械气动与振动噪声、内流场特性、结构动态特性、锤片等零部件磨损后对振动及噪声影响以及结构声优化设计方面的研究现状。在此基础上,对该类机械噪声的研究进行总结与展望,为锤片式秸秆加工机械降噪及减振设计提供参考与借鉴。

秸秆揉丝机噪声测试与分析

为了准确识别秸秆揉丝机的振动噪声源,基于阵列式声压传感器测试了秸秆揉丝机的多点振动噪声,对所采集的噪声信号进行自谱分析与小波分析,获得揉丝机的频率分布规律与噪声能量分布规律。分析表明,秸秆揉丝机的振动噪声由旋转噪声和宽频噪声构成,揉丝机的锤片、铡刀与抛送叶片的旋转噪声为主要噪声源,噪声能量主要集中在低频段(500 Hz以下),占总能量的80%以上。在入料口与出料口处振动噪声声压级达到峰值(入料口114.40 dB,出料口112.10 dB),其中入料口、出料处的主要噪声源分别为转子锤片与抛扔叶板通过频率的旋转噪声。

多功能饲草揉丝机内物料-气流耦合运动特性分析

多功能饲草揉丝机在实际应用中存在容易堵塞以及抛扔距离不满足使用要求等问题,这些问题均与机内物料-气流耦合运动特性有关。为了探究揉丝机内物料与气流耦合运动规律,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)以及离散元(Discrete element method,DEM)耦合方法,建立物料揉丝过程中气流与散碎物料耦合作用模型,并对物料与气流之间的耦合运动规律进行数值模拟,通过气流速度测试与物料抛扔距离试验验证耦合模型与数值计算的准确性。研究表明:出料口4个测点的气流速度仿真值与实测值相对误差均在8.1%以内;额定转速范围内3种转速下物料平均抛扔距离数值计算结果与实测值相对误差均小于5%,验证了物料-气流耦合模型与数值计算结果的准确性。饲草物料破碎后沿着揉碎室内壁面做环流运动,并沿着出料管远离进料口一侧被抛出机外。揉丝机稳定运转后室内颗粒运动的最大速度始终在某一平均速度上下波动,速度均值体现了物料颗粒在锤片打击力作用下获得动能的大小。颗粒物料获得动能越大,装置越不易堵塞,物料的平均抛扔距离越远。研究结果可为揉丝机内物料-气流耦合运动特性优化、避免堵塞以及增加物料抛扔距离提供基础依据。

基于CFD-DEM与Archard模型耦合的锤片磨损规律与磨损失效可靠性分析

锤片磨损失效是锤片式转子常见的失效模式。为了探究锤片的磨损规律,对锤片磨损失效可靠性进行分析。采用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)、DEM(discrete element method,离散元方法)与Archard磨损模型耦合方法对锤片磨损过程进行数值模拟,借助偏最小二乘法拟合锤片累积磨损量曲线,建立了锤片累积磨损数学模型。在此基础上,基于应力-强度干涉模型与蒙特卡洛方法对锤片磨损过程中的动态可靠度进行计算与分析。结果表明:锤片累积磨损量随时间近似呈线性递增;采用所建的数学模型算得锤片的累积磨损量为16.09 mm,其与实测值的相对误差为8.76%,说明所建立的锤片累积磨损量预测模型基本准确;在工作时间超过110 h后,锤片的磨损失效可靠度逐渐降低;在达到极限工作时间120 h时,锤片的磨损失效可靠度为0.94。研究结果可以为锤片磨损规律的研究与动态可靠性优化提供参考。

结构参数对秸秆揉碎机抛送装置气动噪声的影响分析

针对目前秸秆揉碎机抛送装置存在噪声大问题,为了在设计阶段预测其结构参数对气动噪声的影响规律,采用计算流体力学与声比拟理论相结合的方法对饲草揉碎机抛送装置的气动噪声进行了数值计算,通过气动噪声试验进行了验证。基于此分析叶片数、叶片倾角及出料管高度对气动噪声的影响规律。研究表明:①出料口计算与实测总声压级差值为1.11 dB(A);进料口计算与实测值差值为0.50 dB(A),仿真与实测结果误差较小,可见气动噪声数值计算结果可信。②抛送部分叶片的角度对进料口噪声影响小、对出料口影响大,进出料口在3个叶片时产生的噪声都最低,增加出料管高度可降低装置尤其是进料口处的气动噪声。该研究可为秸秆揉碎机结构声优化设计提供参考。

多功能饲草揉丝机内流场数值模拟与优化

多功能饲草揉丝机内流场流动特性是影响物料抛出、加工消耗功率、物料揉丝质量及气动噪声的重要因素。为改善揉丝机内流场流动特性,采用计算流体力学CFD技术与试验相结合,研究多功能饲草揉丝机内气流流动特性。采用灵敏度分析法确定影响内流场流动特性较大的工作与结构参数,作为优化设计变量,以出料口平均气流速度最大为目标函数,采用多岛遗传算法优化多功能饲草揉丝机内气流流动特性。结果表明,出料管处气流速度数值模拟值与实测值最大相对误差为8.1%,说明所建立流场数值模型准确。对多功能饲草揉丝机内流场流动特性影响较大因素依次为转速、进料口宽度、进料口高度及锤片厚度。优化后出料口平均气流速度相对优化前提高7.85%。研究为多功能饲草加工设备内部流动特性分析与优化提供参考,对提高多功能饲草揉丝机工作性能与节能降耗具有重要意义。

饲草揉碎机转子模态分析及结构优化

针对目前饲草揉碎机转子工作时存在振动、噪声大的问题,为避免发生共振,采用理论分析和有限元仿真方法对转子自由模态进行计算,并通过模态试验对理论分析和数值计算结果进行验证。在此基础上,采用流固耦合方法对转子进行预应力模态分析。对转子进行共振分析发现激振频率与转子低阶频率较接近,极易发生共振,为增大激振频率和转子低阶频率避开率,基于响应面法对影响转子振动特性的结构参数进行优化。分析结果表明:预应力对转子的前3阶模态影响较大,频率分别提高了14.01%、12.01%以及10.54%;锤架板厚度对转子第1阶频率影响较大,主轴直径次之,锤架板直径影响最小;优化后频率避开率由原来的5.03%增大为20.83%,避免了共振的发生,且转子强度和刚度均满足使用要求。

基于改进一次二阶矩法的渐开线齿轮多失效模式可靠性分析

常规齿轮传动设计中,采用安全系数法判断齿轮是否安全,由于未考虑设计变量的非确定性因素,设计结果往往与实际脱节.为了准确地计算渐开线齿轮传动的可靠度,以带式输送机中的一级斜齿轮传动为研究对象,基于应力-强度干涉理论建立了齿面疲劳点蚀、齿根弯曲疲劳折断等多失效模式下渐开线斜齿轮传动的可靠度模型,并采用改进一次二阶矩法对各随机设计变量服从正态分布的可靠度进行了计算与分析.结果表明,考虑设计变量的离散性后计算多失效模式下的齿轮可靠度为93.16%,低于安全系数法99%的可靠度,更能反映实际情况,计算的可靠度更准确.采用改进的一次二阶矩法,在齿轮极限工作应力与材料强度分布规律未知的情况下,即可较准确、简便地计算齿轮传动的可靠度.为渐开线齿轮传动的可靠性设计和结构改进提供方法参考.

A review of welding residual stress test methods

Due to local uneven heating during the welding process,the residual stress of the structure after welding affects the reliability of it.In order to ensure the reliability,it is of great significance to test the residual stress distribution of the welded joint.It has always been the focus to find a simple and feasible method for residual stress testing to quickly and accurately obtain the residual stress distribution of welded joints.The mechanical measurement method has high measurement accuracy,convenient and easy operation,but it will cause certain damage to the components.Physical measurement method can avoid damage to components,but its test cost is usually high,and its measurement accuracy can also be affected by the material microstructure characteristics of welded components.Based on the advantages and disadvantages of these two residual stress test methods,a modal test method is proposed.This method is a non-destructive measurement method.Based on the mathematical relationship between the residual stress of the welded structure and the natural frequency(mathematical model),the natural frequency is measured through the modal test to calculate the residual stress quickly.However,it is difficult to establish a mathematical model with this method,and it is not suitable for realization.

采用新磨损模型耦合方法研究饲草揉碎机磨损规律

饲草揉碎机工作过程中锤片极易磨损,锤片钝化不仅影响饲草加工质量、降低生产效率,且转子上锤片的不均匀磨损还会使其质心偏移,进而产生不平衡振动与辐射噪声。为了探究饲草揉碎机转子锤片的磨损规律,本文采用CFD-DEM与Archard磨损模型耦合方法研究转子锤片的磨损规律,采用正交试验法与偏最小二乘法研究饲草揉碎机结构参数与工作参数对转子磨损影响规律基础上,建立锤片最大磨损量与转子质心偏移量数学模型。研究表明:揉碎机转子的磨损部位主要集中在锤片和抛送叶片上,锤片磨损最为明显。同一锤架板上3个锤片磨损量数值模拟结果与参考文献实测的磨损量相对误差分别为1.09%、2.50%和3.54%,说明基于Archard模型所建立的锤片磨损仿真模型是准确的。影响转子最大磨损量的主次因素顺序分别为物料喂入量、转子转速与锤片数,锤片的排列方式对转子最大磨损量的影响不大。对转子质心偏移量影响程度中物料喂入量占比48.66%,锤片数占比33.94%,转子转速占比17.40%。该研究可为饲草揉碎机锤片磨损规律与减轻锤片磨损研究提供参考与基础。