进料流量对深海矿石输送设备内流特性影响分析

为研究进料流量对深海矿石水力输送设备内固液流体流动规律及工作性能的影响,建立了由储料罐、钟阀与分离器所组成的设备的三维流场模型,应用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对矿石水力输送设备内固液两相流场进行数值模拟,比较不同进料流量对矿石水力输送设备内颗粒浓度、速度、压力分布的影响,进而分析进料流量对矿石颗粒流入储料罐的速度、矿浆分离效率等工作性能的影响.结果表明:进料流量在200 ~320 m³/h内变化,储料罐不同截面处颗粒平均浓度稳定在8 kg/m³左右,最大浓度增大明显;随着进料流量增大,流体运动趋势更加复杂,流动愈加混乱,局部短路回流更加严重,储料罐内浆体压力逐渐增大,不同截面处静压力增大梯度相近,最大动压力变化幅度明显;随着进料流量增大,矿浆分离效率下降,分离器底部矿石颗粒堆积量增加,矿石颗粒流入储料罐的效率下降,实际工作过程应控制进料流量在280 m³/h以下.     

腐熟剂喷施装置出料部件数值模拟

基于离散元法的基本方法,采用Hertz—Mindlin接触模型,运用EDEM软件对腐熟剂喷施装置出料部件工作过程进行模拟仿真,分析不同螺旋升角、螺旋转速、出料口径对出料过程的影响。仿真结果表明,在其他条件一定的情况下,螺旋升角越大出料量越少;螺旋转速越高出料量越少;出料口径从7mm开始每减少1mm,出料量呈成倍减少趋势。得出螺旋升角为10°,螺旋转速为300r/min,出料口径为7mm时出料效果理想。     

锤片式饲料粉碎机分离装置设计与试验

为了研究锤片式饲料粉碎机分离装置应具有的合理形状,通过计算物料沿外管壁运动时摩擦力所做的功,得到摩擦力做功最小时外管壁的曲线形状,并根据该形状制作了分离装置。利用ANSYS Workbench软件中的Fluent模块对改进前后分离装置内物料的运动规律进行气-固两相流模拟,比较2种分离装置内的玉米颗粒浓度及玉米颗粒速度分布情况。对2种分离装置的物料输送效果进行了实际粉碎试验,利用高速摄像技术对比2种分离装置内的玉米颗粒分布情况;在不同转速和喂料量的情况下比较2种分离装置对物料的运输分离效果。软件模拟和试验结果均表明:当转速在1 500~3 500 r/min间变化时,新分离装置比原分离装置出料量高0.18~0.3 kg/s。当转速一定时,喂料量越接近理论设计料量,新分离装置的出料量越高于原分离装置。当转速为2 500 r/min,喂料量为5kg时,二者出料量相差约0.01 kg/s。     

随动式残膜回收螺旋清杂装置设计与试验

针对目前残膜回收含杂率高的问题,根据随动式残膜回收秸秆粉碎联合作业机工作原理,提出了一种螺旋清杂装置。阐述了该装置的结构组成和工作原理,对其关键部件双向螺旋输送器进行了分析和参数设计。利用EDEM软件建立了棉秆-土壤-螺旋清杂装置的三维离散元模型,模拟仿真了棉秆和土壤混合颗粒的清理输送过程,以螺旋清杂装置结构参数螺距系数、螺旋叶片直径和出料口间隙为试验因素,以平均颗粒速度、平均纵向颗粒速度、质量流率及旋转轴总力矩为试验指标进行正交仿真试验,分析了3个试验因素对各项指标影响的显著性及主次顺序,试验结果显示螺旋清杂装置最优参数组合为:螺距200 mm,螺旋叶片直径200 mm,出料口直径220 mm。在该参数组合下制作螺旋清杂装置,与随动式残膜回收秸秆粉碎联合作业机进行装配,并进行了性能试验,结果显示清杂装置清理棉秆、土壤等杂质效果符合设计要求,回收残膜平均膜杂分离率为89. 51%。     

秸秆两级螺旋输送系统设计

针对目前螺旋输送系统存在物料堆积现象,不能保证连续性输送的问题,设计了一种采用螺旋输送技术,设计智能调控速度高低布置两级螺旋式输送机构。通过研究输送功率、螺旋转速及机构布置高度对进料量影响规律,解决生物质运输速度和数量难以控制问题;基于齿轮传动同步控制技术,设计"Z"形防堵结构与二级螺旋输送机构同步控制装置,研究"Z"形防堵结构翻转状态与输送机构工作匹配关系对物料输送影响,使物料进入与输送形成时间差,防止物料堆积,实现机构防堵功能。     

叶片式抛送装置出料管内物料运动仿真与结构改进

为了提高叶片式抛送装置的输送效率、增加抛送距离,通过理论分析建立了出料管内物料运动的数学模型;基于此模型采用计算流体力学软件Fluent中的欧拉-拉格朗日法对抛送装置内气固两相流动进行数值仿真,并将仿真结果与高速摄像实测结果比较验证其可靠性;在分析了物料运动规律基础上,对出料管截面形状、出料直管段高度及弯管段形状的不同变化进行了对比模拟。研究结果表明:圆形截面出料管最合理,方形截面次之,矩形截面最不合理;出料直管高度的最佳取值区间为[500,1 000]mm;弯管上壁为两段圆弧结合较一段圆弧阿基米德螺线、对数螺线及水平轴抛物线等更有利于输送物料。     

稀土金属锭自动上料装置的设计与实现

稀土金属锭自动上料装置是稀土金属锭自动化加工生产线不可或缺的部分,该装置包括进料台、储料仓、出料台、滑台和机械手爪等部件,可实现自动进料抓取、料仓缓冲储料和自动抓取出料等功能。针对稀土金属锭外形和尺寸偏差较大且操作空间受限不利于抓取的问题,课题组对机械手爪进行针对性改进设计,通过可适当摆动的夹指结构,有效解决了被夹稀土金属锭容易发生摆动的问题;通过传感器的精确布置及PLC控制算法的优化,可自动检测稀土金属锭的高度,使得机械手爪的自适应能力得到加强,保证了抓取的稳定性和可靠性,极大地提高了生产的安全性,具有较好的应用前景和推广价值。     

立式螺旋装置自走式饲喂机出料性能分析与试验

出料量的精确控制是实现自动饲喂的关键技术之一。为了获得自主研制的立式螺旋装置自走式饲喂机出料量、螺旋装置转速和出料口面积大小的关系,实现自动饲喂出料量的精确控制,通过理论与试验分析,获得了不同物料出料量的影响因素及不同螺旋装置转速下出料量与出料口面积大小的数学模型。研究结果表明:(1)玉米秸秆的自重较小,物料间易相互缠绕,影响出料量的主要因素为出料口大小,随着螺旋装置转速增大,螺旋装置转速对出料量的影响增大;(2)颗粒饲料自重较大,摩擦阻力小,影响出料的主要因素为重力作用;(3)当螺旋装置转速在100～160r/min范围内、出料口面积达到3/4(42cm~2)前,随着出料口面积增大,玉米秸秆出料量呈线性变化,在3/4出料口面积之后不受出料口面积变化影响;(4)当螺旋装置转速在100～160r/min范围内,随着出料口面积的增大,颗粒饲料出料量呈指数增加,且随着螺旋装置转速增大,逐渐趋近一条直线。     

基于CFD—DEM花生荚果管道输送过程数值模拟

为揭示花生荚果气力提升管道输送物料时内部气流和花生荚果复杂的流动特性以优化设计和指导运用,利用计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM),对管道内气固两相流动进行数值模拟。在分析物料运动规律基础上,对其进口风速、进料量、弯径比以及管径的不同变化做对比模拟。研究结果表明:数值模型可预测提升管道的输送性能以及最佳风速和喂入量;进料量对物料在管道内的体积分布影响较大,在最佳进口风速范围内,喂料量越大,出口处物料浓度越大,装置输送性能越好,但当超过一定阀值时,弯管处易发生堆积堵塞;弯径比对荚果颗粒平均速度有一定影响,弯径比越大,平均速度越小,但增大弯管长度,不易发生堵塞,可选用较大弯径比保证输送顺畅性。该研究可为花生荚果提升管道工作参数优化提供参考。     

基于CFD-DEM油茶果负压吸附系统数值模拟及试验研究

针对研发的负压吸附系统在对油茶果进行气力收集时有阻塞及能耗高等问题,从输送管道的管径、弯径比及输送气速3个方面对系统收集性能进行研究,开展管道内油茶果气固两相流的数值模拟。数值模拟通过离散元素法(DEM)和计算流体力学(CFD)耦合求解,组成离散元模型与计算流体力学模型,以CFD求解连续气相流场,以DEM求解离散颗粒运动及受力。仿真结果表明:对吸附性能的影响因素从大到小为管径、输送气速、弯径比,在输送气速为38m/s、弯径比为1及管径为80mm时,系统质量流量达到最优。同时,对此参数下管道内不同阶段颗粒平均动能及不同位置处颗粒速度进行分析,并进行了样机吸附性正交试验,结果表明:管径对吸附性能影响最大,其次为输送气速、弯径比,与数值仿真结果一致;管径为80mm、弯径比为1及输送气速为38m/s时,负压吸附系统质量流量的试验值最优为0.66kg/s,同一条件下的仿真值为0.902kg/s,两者之间相对误差为26.8%,试验与数值模拟结果基本吻合。     

基于LS-SVM的螺旋定量加料预测及试验研究

为提高螺旋定量加料性能,开展了智能预测技术对加料量准确性的影响研究.针对考虑螺旋速度和填充率等因素对螺旋不连续定量加料的影响难以用精确数学模型来描述加料量的问题,以螺旋加料装置为研究对象,加料量为预测目标,螺杆旋转角度为主影响因子,螺旋速度和填充率为影响因素, 建立了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)与旋转角度的加料量预测模型,研究加料量与主影响因子和影响因素之间的复杂非线性关系.采用交叉验证方法辨识模型参数,开展螺旋不连续定量加料量预测与实际加料试验.结果表明:该模型的预测结果与设定值较吻合,优于理论估算和BP神经网络预测模型,采用分料装置填充率接近1时,预测误差平均为±0.02.该模型可应用于螺旋不连续定量加料的预测与控制.     

油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

糙米锅巴膨化工艺参数优化

以膨化机加工温度和物料含水量为考察对象,优化糙米锅巴制作过程中的挤压膨化技术参数。试验结果表明：加工温度和物料含水量对原料的膨化效果影响显著;DSE-25型双螺杆挤压膨化机加工糙米锅巴的最佳工艺参数为加工温度180℃（最高区）、物料含水量18%、螺杆转速120 r/min、喂料速度16 r/min。     

用于藤茎类秸秆的大型立式粉碎机设计与试验

为解决大棚蔬菜秸秆,尤其是藤茎类蔬菜秸秆在粉碎时缠绕刀片、喂料困难、锤片寿命短、整机效率低、粉碎粒径大、轴承温升高、人员劳动强度大等问题,以有机肥制备所需的粉碎粒径和工厂化制肥的产量要求为导向,在充分研究藤茎类秸秆的力学特性基础上,应用双级锤片粉碎的原理,设计大容量喂料转筒、两级串联粉碎机构、浮动式支撑限位座和轴承润滑油智能温度控制系统。以摊晒15 d平均含水率为28%的茄子秸秆为原料进行试验,结果表明:一二级转速分别在1 300 r/min和2 700 r/min时,粒径合格率达到92.8%,度电产量为71.42 kg/(kW·h),生产率为10.8 t/h,各项指标均达到设计要求,并满足使用寿命、能源消耗和维护方便性的综合最优。     

仔猪自动精细饲喂系统设计与试验

针对目前仔猪养殖成本高、自动化程度低的问题,设计了仔猪自动精细饲喂系统。系统包括机械本体和控制系统两部分,机械本体主要由下料电动机及下料螺旋装置、搅拌电动机及搅拌刀片和供水系统组成;控制系统主要由移动控制终端、控制器控制面板及控制器组成。系统控制部分可根据液位传感器、光电传感器和电动机编码器信号对自动精细饲喂装置的下料电动机、搅拌电动机和上水水泵进行实时控制,实现仔猪饲喂过程中的配料、搅拌、喂料、冲洗料桶和食槽的自动化。系统测试结果表明:系统运行稳定可靠,能够实现干湿料的精细混合和均匀搅拌;以电动机转速为150 r/min为例进行试验,自动精细饲喂系统的落料量与电动机的运行时间成正比关系(r~2=0.999 4),实际落料量与理论计算的落料量一致,其误差小于5%;测量饲喂系统螺旋装置转速分别为50、100、150、200、250 r/min时的下料量,结果表明下料量不随旋转输送装置转速的增加而无限增加,在转速为200 r/min时达到最大值,为0.133 t/h;该自动精细饲喂系统现场试验表明第2周与第3周喂养仔猪平均日增长量约为人工喂养的2倍。     

气送式玉米高速精量排种器供种系统设计与试验

针对气送式玉米高速精量排种器进行高速精量播种时排种器内存种量波动较大,无法维持最佳作业状态的问题,提出通过改进供种装置结构、优化供种控制模型的技术思路。设计了一种智能供种系统,采用可替换轮片的新型供种轮结构和以正弦函数为基础的波动变量供种方式,根据供种效果实时调节供种速度波动幅度,从而使排种器内的存种量保持在较好区间,确保排种器在较高作业性能下进行持续性工作。对关键零部件进行了结构参数设计,通过离散元仿真和台架试验获取并验证了不同结构的供种轮较优工作区间,同时对波动变量供种模型性能进行了试验验证。试验结果表明,新型供种轮能够通过改变自身结构在供种速度250~1500g/min范围内将供种速度变异系数保持在20%以下。优化后新型波动变量供种控制模型将使供种速度以波动变量供种的方式进行平滑变化,在供种速度500~1500g/min范围内围绕供种需求进行100g/min左右幅度的波动供种,满足玉米精量播种的技术要求。     

自走式全混合日粮制备机取料仿真与参数优化

针对国内自走式全混合日粮制备机缺乏取料机理和参数优化的现状,对自走式全混合日粮制备机的取料机构进行设计与分析,建立了取料作业的理论模型,并对螺旋叶片螺距、螺旋叶片直径、辊筒转速、前进速度、每刃进给量和取料刃长比等关键参数进行了计算和选取。采用EDEM对影响取料过程的前进速度、辊筒转速、螺旋叶片螺距、刀刃长比因素采用正交试验方案进行了仿真分析,并对仿真结果进行方差分析。分析表明,各因素对取料效率影响的主次顺序为：前进速度、螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速,各因素对回流率影响的主次顺序为：螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速、前进速度。综合考虑取料效率和回流率,最优参数组合为前进速度为4 m/min、螺旋叶片螺距230 mm、取料刀刃长比1.8、取料辊筒转速230 r/min。此时取料效率为82.6 m3/h,回流率为38.93%。采用最优参数组合进行试验,试验测得取料效率为77.02 m3/h,回流率为39.76%,与仿真分析基本一致。     

牛羊养殖场剩料收集机设计与试验

针对目前我国牛羊养殖场饲喂过程中饲喂通道存在剩余饲料的问题,设计一种代替人工收集剩余饲料的剩料收集机。该机主要由盘刷、收料装置、输送装置、集料箱等部件组成。收集机通过前端的盘刷,将剩料清扫到收集机的清扫方向上,再利用圆柱刮板、螺旋圆柱刷、两侧绞龙将剩料输送到吸口处,利用链条、刮板将剩料输送到剩料箱。重点对盘刷清扫装置、螺旋圆柱刷、螺旋集料机构、链条刮板机构和液压系统等关键部分进行设计计算,确定盘刷的旋转速度为150 r/min,螺旋圆柱刷的转速为80 r/min,螺旋绞龙的转速为60 r/min,剩料收集机的前进速度为5 km/h。在实际试验中,剩料收集率均在96%以上,平均收集率达到97%,收集机收料效果良好,达到牧场的使用要求,验证了本设计的正确性。     

苜蓿调制试验台测控系统设计与试验

为研究调制辊工作参数对苜蓿调制性能的影响,在已有苜蓿调制试验台的基础上,利用LabVIEW软件设计了一套试验台测控系统。该测控系统主要由电动机控制系统、数据采集系统、调制辊间隙调节系统和上位机系统4部分组成,实现了调制辊转速在350~1350 r/min之间的连续可调和调制辊间隙在2~4 mm之间的精确控制,数据采样速率最高可达1 kHz,并在测控系统显示界面上实时显示与保存试验台工作过程中固定辊与传动轴之间的扭矩和转速曲线、电动机功率曲线以及浮动辊轴承座与间隙调节液压缸之间的压力曲线。利用配备测控系统的试验台,以紫花苜蓿为试验对象,采用Box-Behnken试验设计方法进行了三因素三水平响应面试验,结果表明,该测控系统能够实现试验台精确控制与数据实时精准采集。分别建立了单位能耗、苜蓿压扁率和压扁损失率与试验因素的二次回归模型,得到了试验条件下调制工作参数的最优解分别为:调制辊转速775 r/min、调制辊间隙3.3 mm、调制辊单位工作长度喂入量2.77 kg/(m·s);同时,得到了苜蓿调制试验目标值的最优解分别为:单位能耗909.25 J/kg、苜蓿压扁率96.67%、压扁损失率1.67%。利用紫花苜蓿进行了验证试验,结果表明,在最优工作参数组合条件下,单位能耗、苜蓿压扁率、压扁损失率分别为931.42 J/kg、94.33%、1.65%,与模型优化值的相对误差均小于3%。该测控系统为苜蓿的调制试验提供了可靠的技术支撑,也为苜蓿调制机构的设计及工作参数的选择提供了数据参考和理论依据。     

基于下桩采摘的干后青花椒脱粒装置研究

重庆地区大部分青花椒生产均为小规模农户家庭种植经营模式,针对“主枝回缩采摘技术”即下桩采摘烘干后的青花椒物料,设计一种结构紧凑且功耗小的冲击式脱粒装置。对喂料部件、脱粒部件、搅料齿杆装置等关键部件进行设计分析,确定装置各部分结构和工作参数。使用ANSYS Workbench软件对脱粒装置进行有限元分析,机架受到的振动影响较小;对装置喂料机构的伸缩扒齿进行静力学分析,满足强度要求。并对样机进行正交试验,在脱粒转速为170r/min、输入速度为13m/min、分段式套筒脱粒元件形式下,物料的脱净率为94.01%,含杂率为6.33%,达到较优的脱粒效果。