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农业机械学报 2022年第9期53卷 91-98页

作者：康建明解臣硕王小瑜陈英凯王长伟彭强吉山东省农业机械科学研究院济南250100 农业农村部黄淮海现代农业装备重点实验室济南250100 山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083

为解决滚筒筛式膜杂风选机运行过程中易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高等问题,设计了一种通过喷头喷射气流扰动筛孔处流场、破坏堵塞物在筛孔处受力平衡的筛孔清堵装置。该装置包含对角安装在滚筒筛式膜杂风选机两侧的离心... 详细信息

为解决滚筒筛式膜杂风选机运行过程中易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高等问题,设计了一种通过喷头喷射气流扰动筛孔处流场、破坏堵塞物在筛孔处受力平衡的筛孔清堵装置。该装置包含对角安装在滚筒筛式膜杂风选机两侧的离心式鼓风机、稳压管、滚筒外缘的气流管道等。通过理论分析确定了筛孔清堵的临界气流速度为1.151 m/s,采用计算流体力学仿真与曲线拟合的方法探明了风机风速与喷头喷射气流速度呈正相关关系,最终确定风机风速为9.2 m/s。设计并搭建样机进行试验,结果表明:当风机风速为9.2 m/s时,筛孔堵塞率为8.28%,膜中含杂率为7.33%,较安装筛孔清堵装置前筛孔堵塞率、膜中含杂率分别降低16.27、4.64个百分点,其中各喷头喷射气流速度平均值为3.81 m/s,最小值为1.22 m/s,满足清堵要求,清堵装置持续工作过程中,筛孔堵塞率和膜中含杂率基本保持不变。

关键词：膜杂风选机筛孔清堵装置数值模拟

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滚筒筛式膜杂风选机筛孔清堵装置理论研究与试验

滚筒筛式膜杂风选机筛孔清堵装置理论研究与试验

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作者：解臣硕山东农业大学

学位级别：硕士

滚筒筛式膜杂风选机是废旧地膜资源化利用除杂环节的关键装备,针对该装置运行一段时间后易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高的问题,本文在研究膜杂混合物物料特性基础上,设计了一种筛孔清堵装置,对该装置进行了理论分析、结... 详细信息

滚筒筛式膜杂风选机是废旧地膜资源化利用除杂环节的关键装备,针对该装置运行一段时间后易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高的问题,本文在研究膜杂混合物物料特性基础上,设计了一种筛孔清堵装置,对该装置进行了理论分析、结构设计,利用计算机仿真和试验验证相结合的方法,优化了筛孔清堵装置结构和工作参数,确定了关键装置作业形式,为多种型式的筛孔清堵装置的设计、优化提供理论支持和技术参考。本文主要开展了以下工作:(1)膜杂混合物各组成成分物料特性测定。对回收、破碎后的膜杂混合物进行分类称重,测定其中各组分质量比例为:残膜36.8%,秸秆18.4%,土壤44.8%。确定了膜杂混合物的基本物理特性参数、各组成成分之间的接触参数以及悬浮速度,可为后续仿真提供数据支持。(2)筛孔清堵装置设计研究。针对滚筒筛式膜杂风选机工作一段时候后出现的滚筒筛筛孔堵塞的问题,设计了筛孔清堵装置,阐述了筛孔堵塞本质上是膜杂混合物在筛孔处的受力平衡。以通过外界手段破坏其在筛孔处的受力平衡为设计依据,构建了筛孔清堵装置的三维模型,通过有限元分析软件对关键结构进行受力分析,确定装置整机结构强度满足要求,并以此为依据进行样机试制。(3)筛孔清堵装置仿真研究。以筛孔清堵装置工作原理为基础,构建了理论分析数学模型,确定当喷头喷射气流速度大于1.151 m/s时,喷射的气流能够打破堵塞物在筛孔处的受力平衡。通过对筛孔清堵装置内部流场进行仿真模拟,当对角安装离心式鼓风机且加装稳压管,风机风速大于9.2 m/s时,喷头喷射气流速度满足清堵要求。进行试验验证,该工作条件下,筛孔清堵装置各喷头喷射气流速度平均值为3.81 m/s,气流速度最小值为1.22 m/s,均满足清堵要求,其中仅有8.28%的筛孔发生堵塞,膜中含杂率为7.33%,较安装筛孔清堵装置前筛孔堵塞率、膜中含杂率分别降低16.27、4.64个百分点。(4)筛孔清堵装置结构、工作参数优化研究。针对筛孔清堵装置内部流速不均匀,部分喷头喷射气流速度小、清堵效果较差的问题,利用三因素三水平中心组合试验方法,以喷头至筛面距离、风机风速、气流管道数量为试验因素,以膜中含杂率、筛孔堵塞率为评价指标,对筛孔清堵装置结构、工作参数进行优化试验,以优化结果为条件进行实机试验验证,当喷头至筛面距离为102 mm、风机风速为24 m/s,气流管道数量为4个时,膜中含杂率为5.86%,筛孔堵塞率为5.41%,较优化前膜中含杂率、筛孔堵塞率分别降低2.42、1.92个百分点,较安装筛孔清堵装置前膜中含杂率、筛孔堵塞率分别降低7.06、18.19个百分点,装置持续工作过程中膜中含杂率与筛孔堵塞率基本保持不变,表明优化后的装置清堵效果显著提高且工作性能稳定。

关键词：筛孔清堵装置膜杂分离 CFD-DEM耦合流场仿真参数优化

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