谷物联合收获机清选系统智能化发展现状与趋势

农业机械智能化技术研究对农业生产领域有着重要意义,智能化、自动化是国内谷物收获机械的发展方向和必然趋势。谷物联合收获机的作业效率及清选结果直接受机械自身清选系统影响,相比于欧美等发达国家,我国谷物联合收获机清选系统自动化程度较低。因此,如何提高谷物联合收获机清选系统性能是重中之重。通过阐述清选系统的基本结构,并对清选系统的损失监测和自适应控制系统方面进行研究现状总结,同时分析当前谷物联合收获机清选系统问题,对其未来发展进行合理展望。为适应现代农业收获作业需求,推动谷物联合收获机清选系统改进与升级提供参考。

谷物联合收获机清选系统智能化技术研究进展

清选系统作为谷物联合收获机的核心部件,直接影响着收获机的作业效率和清选效果。目前我国谷物联合收获机清选系统的智能化程度普遍较低,如何实现清选装置高效智能化技术发展和提高清选系统工作性能是谷物联合收获机研究的难点。从清选系统基本结构、损失监测传感器、信号处理电路以及自适应控制系统研究等方面综述分析国内外谷物联合收获机清选损失监测、自适应调控等技术研究进展,探究提高谷物联合收获机清选系统损失监测精度以及清选装置自适应调节效果,以期为实现谷物联合收获机整机智能化和信息化提供理论依据。

微型小麦联合收获机旋风分离清选系统研究

利用自制清选系统试验台,选择影响清选性能指标的5个主要参数,分离筒上锥角、筒体高度、导向片数量、吸杂风机转速和扬谷器转速作为设计变量,通过正交试验、二次通用旋转组合试验和优化设计,得出了各参数的最优组合,为微型小麦联合收获机清选系统的设计提供了依据。

物料状态对旋风分离清选系统清选性能的影响

利用自制清选系统试验台,以喂入量和含杂率为试验因素,研究了物料状态对旋风分离清选系统清选性能的影响。试验结果表明,当籽粒喂入量不大于0.20 kg/s和含杂率不大于30%时,清洁率可大于98%,损失率亦不大于0.3%,为微型小麦联合收割机清选系统的设计提供了参考依据。

微型谷物联合收割机清选系统试验

以微型谷物联合收割机清选系统为研究对象,以二级扬谷器转速、吸杂风机转速为试验因素,以籽粒清洁率、清选损失率、籽粒破碎率为试验指标进行了清选性能回归试验,建立了籽粒清洁率和清选损失率回归数学模型。利用加权优化法进行参数优化,得到较优运动参数组合为:二级扬谷器、吸杂风机转速分别为1 177r/min、2 948 r/min。在优化参数下,进行了优化结果验证试验以及清选系统对喂入量和物料状态的适应性试验。试验结果可为微型谷物联合收割机清选系统的设计提供依据。

旋风分离清选系统阻力特性及工况的试验研究

以清选系统(吸杂管道和旋风分离筒)代替风机性能试验台的阻力调节板,通过调节风机的转速检测了旋风清选系统的阻力特性,研究了系统正常工作时的气流状态(即吸杂风机工况点)。分析了吸杂风机转速、系统阻力、喂入量变化时对清选系统工作状态的影响以及对吸杂风机的性能要求,为清选系统的改进、配套风机的参数选择和推广应用提供了试验依据。

旋风分离清选系统结构及工况对清选性能的影响

利用旋风分离清选系统试验台,以分离筒入口角度、分离筒有无通气孔以及吸杂风机、扬谷器转速为试验因素,选取籽粒清洁率和清选损失率为试验指标,进行了清选性能单因素试验,得出了清选性能试验规律,为解决清选分离筒体积庞大、物料堵塞等问题提供了依据。

便携式谷物联合收获机锥顶蜗壳式旋风分离清选系统参数优化

本文研究了一种适用于便携式谷物联合收获机的锥顶蜗壳式旋风分离清选系统。在自制的室内试验台上,以正交试验结果确定的影响清选性能的主要结构参数和运动参数为较优参考值,在较优值附近进行二次通用旋转组合试验,通过优化设计得出了各参数的最优组合,为便携式谷物联合收割机清选系统的设计提供依据。

两行微型收割机清选系统开发与研究

目前国内市场上主流的收割机机型很难适用于起伏不平、地段狭小的丘陵山区,开发微型两行机势在必行。清选系统对整个收割机的工作性能影响很大,也关系着整机结构的复杂程度和机体尺寸。本文针对大中型收割机清选机构结构复杂、尺寸较大而微型机要求紧凑简洁的特点,对传统的清选系统做了改进,设计了满足要求的系统方案,基于虚拟样机技术完成了具体零件建模和复杂的三维总装,并对振动筛及物料颗粒在气流场的运动进行了分析,得到了运动方程,绘制了不同漂浮系数脱出物的气流场运动轨迹,分析了相关因素对清选性能的影响,对后续的样机开发具有较大的指导意义。

大喂入量玉米籽粒收获机清选系统双层筛孔抖动板研究

为满足玉米籽粒收获机对大喂入量玉米脱出物的清选要求,设计了一种使玉米脱出物在进入清选装置时分流的双层筛孔式抖动板。对玉米脱出物离开抖动板到达振动筛前的运动进行了分析,确定了上、下抖动板相对于振动筛的位置,并参考圆孔筛确定了上抖动板筛孔的分布和尺寸。以抖动板的安装倾角、振幅和频率作为试验因素,以振动筛筛分玉米脱出物时间、清选系统收集籽粒的清洁率和损失率为性能评价指标,基于CFDDEM耦合仿真方法确定各试验因素对性能指标的影响,并设计了二次正交旋转中心组合试验,建立了各因素与指标之间的回归数学模型。在清选系统入口气流速度、气流方向角和玉米脱出物喂入量分别为12.8 m/s、25°和7 kg/s的条件下,获得最优参数组合:抖动板安装倾角、抖动板频率、抖动板振幅分别为-3.85°、5.62 Hz、44.77 mm,此时清选系统收集的籽粒清洁率为98.36%,籽粒损失率为1.45%,振动筛筛分玉米脱出物时间为6.74 s,并通过台架试验验证了仿真结果的准确性,相比于带有单层抖动板的清选系统,籽粒清洁率提高了1.72个百分点,损失率降低了0.84个百分点,振动筛筛分玉米脱出物时间缩短了0.57 s。

模糊相似优先比在清选系统多目标优化中的应用

本文将模糊数学的相似优先比理论成功地应用于圆筒筛清选系统的多目标优化问题,获得了满意的优化方案.与直接使用加权系数法进行多目标优化相比,该优化方案更为理想.

新型扬谷器及其在清选系统中的应用

针对扬谷器在物料输送过程中转速过高、堵塞等问题,设计了一种新型结构的扬谷器,并将其应用于小型谷物联合收割机的旋风分离清选系统。通过二次通用旋转组合试验,得到了该清选系统的最优运动参数。清选系统对物料的适应性试验表明,系统取得了不错的使用效果,具有更强的适应性。

谷物气流清选系统的仿真研究

为研究微型谷物联合收割机清选系统的旋风清选筒内流场的运动状况,借助FLUENT软件,采用RNG k-ε模型模拟,基于SMPLEC算法,对切线入口的旋风分离筒内的压力场和速度场进行三维数值模拟研究。通过数值模拟得到旋风分离筒内部压力场基本呈轴对称分布;清选筒内速度分为旋流和竖直流动,其分界面大致为吸杂管壁面向下的延长线。采用拉格朗日离散相模型对清选筒内谷物脱出物的运动轨迹进行追踪,得到在吸杂口的气压为-900～-600 Pa时清选筒内具有较好的分离效果。

基于GA-SVR代理模型的谷物风筛清选系统优化设计

谷物风筛清选系统是收获机械的核心功能部件,直接影响清选作业的损失率和含杂率。为提升其性能,降低清选损失率和含杂率,基于计算流体动力学和离散单元法耦合技术(CFD-DEM)构建清选系统气固两相流数值模型,采用正交试验方法设计L25(54)仿真试验,并使用遗传算法优化参数的支持向量回归算法(GA-SVR)建立清选系统损失率、含杂率代理模型,然后基于带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对代理模型进行多目标优化,获得风力因素、振动因素和结构因素的较优方案:入风口风速为9.5 m/s,振幅为32 mm,振频为6 Hz,筛孔大小为17 mm。最后,经整机田间试验验证,采取优化方案进行收获作业时,损失率降为0.75%,含杂率降为0.92%。

小型水稻联合收割机清选系统设计研究

针对小型水稻联合收割机的气流清选系统进行了研究。通过设计计算获得了初始设计参数,以此为依据制作样机并在田间进行了试验。试验结果表明计算和实际有较大差异。在原设计基础上更改了一些敏感参数,再次试验获得较好的清选效果,清洁率和损失率均达到要求。

多参数可调可测式清选系统设计与试验

为了改善国内谷物联合收获机风筛式清选装置清选作业参数的调控、监测与显示方式简单且自动化程度较低导致清选效率较低的问题。分析了谷物联合收获机风筛式清选装置4个清选作业参数(振动筛曲柄转速、风门开度、风机转速和鱼鳞筛筛片开度)的调节理论依据,对每个清选作业参数的调控与监测装置进行独立设计,在联合收获机风筛式清选装置基础上设计了多参数可调可测式清选系统,实现风筛式清选装置清选作业参数的自动化调控、监测与显示,整体系统采用电力驱动,实现了收获机风筛式清选装置的绿色环保作业。经准确性检测多参数可调可测式清选系统4个清选作业参数的调节精度均不小于97.17%,具有良好的鲁棒性,可实现4个清选作业参数的精确调控与实时显示。本文利用装配了多参数可调可测式清选系统的4LZ4型全喂入履带收获机,以总损失率和含杂率为清选性能评价指标,进行了大豆机收田间试验,试验时样机运行良好。试验结果表明,大豆机收田间试验总损失率和含杂率平均值分别为3.13%和2.70%,达到行业标准要求。

丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统仿真优化与试验

针对丘陵山地胡麻联合收获机空间布局有限,且收获后胡麻脱出物性状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,为提高丘陵山地胡麻联合收获机清选效率,探究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统工作机理,本文以丘陵山地胡麻联合收获机初选+精选复式清选系统工作模式为研究对象,分别建立初选系统、精选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型,采用CFD-DEM联合仿真技术,研究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统最佳工作参数和脱出物各组分运动轨迹及空间形态变化,得出丘陵山地胡麻联合收获机脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。CFD-DEM联合仿真结果表明,当初选系统入口风速为12.4 m/s、精选系统离心风扇转速为1154 r/min时,机具清选效果最佳,其中初选系统胡麻籽粒损失率为0.3%,短茎秆排出率71.43%,颖壳排出率69.34%,轻杂排出率65.34%,含杂率39.01%;精选系统胡麻籽粒损失率为0,短茎秆排出率40%,颖壳排出率75%,轻杂排出率100%,含杂率2.56%;初选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为轻杂、颖壳、胡麻籽粒、短茎秆,精选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为颖壳、轻杂、短茎秆、胡麻籽粒。田间试验结果表明,当胡麻籽粒含水率为5.34%时,作业机具最佳作业状态下含杂率为3.61%、总损失率1.98%,作业期间整机运行平稳,作业指标符合胡麻机械化收获标准。试验结果与仿真结果高度吻合,验证了模型的可靠性。

花生联合收获机清选系统试验台的设计

为了提高花生联合收获机的清选性能,在测量分析花生摘果脱出物清选特性参数的基础上,设计了一种主要由轻杂物清理装置和断秆分离装置组成的花生荚果清选系统,前者采用横流风机以吸气方式清理待清选物料中的轻杂物,后者则根据荚果与断秆的径向几何尺寸差异将断秆分离出去。利用解析作图法对断秆分离装置进行受力和运动分析,得出了断秆顺利分离满足的力学关系,并通过理论计算得出了分离辊的结构参数。进行了室内变参数清选试验,研究了各结构运动参数对花生清选损失率和含杂率的影响,结果表明:在最佳工作状态下,该清选装置的清洁率可以达到99.38%,清选性能良好。

谷物联合收获机清选系统研究现状

现阶段国内谷物联合收获机在收获过程中由于清选系统结构配置、作业参数调整不当等而导致谷物机械化收获损失率及含杂率较高。国内外谷物联合收获机清选系统的研究主要集中在清选装置结构、关键部件、气流场分布及物料运动规律等方面,为解决谷物清选装置清选效率低、总损失率和含杂率高、结构复杂等问题,提高谷物联合收获机清选系统的作业效率和性能,逐步实现信息化和智能化,结合现阶段研究现状,对试验研究中所采用的Fluent、ADAMS、CFD-DEM等软件仿真结果和田间试验结果综合分析,提出谷物清选系统结构优化的发展趋势,以期为谷物联合收获机整机结构改进提供参考依据。