气吸式割前脱联收机惯性分离室工作机理及优化研究

惯性分离室是蒋亦元院士发明的4ZTL－1800气吸式割前脱联合收获机的核心装置，本项目在前期研究基础上，根据获得的理想条件下分离室内（忽略机械传送，只考虑气流输送）气固两相流（气体和小喂入量且大小形状一致的籽粒）流体特性，运用数值模拟手段深入研究实际工况下（机械传动与气流输送并重），分离室内多相流（大小形状不一的籽粒、断穗、叶子、颖糠、短茎秆及气流）的运动规律；通过实验研究、人工神经网络和遗传算法来优化分离室的运动参数等参数；借助高速摄像技术验证仿真和试验结果，并揭示分离室内关键部件的作用机理。.4ZTL－1800割前脱联合收获机尚处于中试阶段，对惯性分离室工作机理还缺乏深入系统的研究，本项目在保证分离室处理超级稻大喂入量时具有良好分离性能前提下，进一步提高收集籽粒的清洁率，减小分离室的体积，降低动力消耗，对提高整机性能和可靠性具有重要的现实意义。

鉴于强制惯性分离室结构复杂、模型尺寸较大，为了实现对强制惯性分离室结构的参数化设计，利用VB语言对CATIA软件进行二次开发，快速建立惯性分离室的物理模型。以满足精度要求和减少计算量为原则寻找了分离室物理模型最佳网格化方法，分离室的气固流动主通道网格采用小尺寸非结构化网格，传动部件输送带、排料叶轮附近网格采用动网格且加密处理。将物理模型导入FLUENT软件，基于建立的惯性分离室内气体运动的连续方程、动量守恒方程、能量方程及输运方程，设定边界条件，初始化数值模拟计算分离室内气体运动。为了获得联合收获机分离室内籽粒沉降，轻杂物清除效果，选取籽粒和短茎秆作为研究对象，基于EDEM建立籽粒和短茎秆的颗粒模型。为了使分离室内谷物的运动规律符合实际工况，建立了颗粒接触碰撞模型；基于强制惯性分离室的关键部件——输送带建立了运动平面接触模型，在此基础上，通过CFD-DEM耦合数值模拟研究获得分离室内气流、不同密度籽粒及不同长度茎秆的运动规律，依据谷物的运动规律确定了分离室内关键部件的作用机理，进而揭示分离室内籽粒沉降、轻杂物清选的工作机理。并通过高速摄像研究验证了理论研究成果的有效性。.依据4ZTL-2000割前摘脱稻麦联合收获机样机，设计加工惯性分离室试验装置、水稻夹持部件、站秆水稻输送平台、摘脱滚筒、分离室两端吸运管路等，实时到田间取站秆水稻，运回农机实验室，实现了室内模拟田间收获水稻试验。为考察运动参数对分离室性能的影响规律，实施了三因素五水平二次正交旋转组合试验。利用Matlab处理试验数据，基于响应曲面方法分析分离室性能指标与参数间的关系，并编制遗传算法程序优化试验参数，提高了分离室收集谷物的清洁率、降低了分离室的能耗。为进一步降低分离室内气体湍流运动能耗，发明了分离室内导流板设计方法，为此类惯性分离室内导流板的设计提供了参考。.本项目已经按计划取得了预期成果，上述研究成果在《农业机械学报》上发表1篇文章，在《Advanced Materials Research》上发表1篇文章，均被EI收录，出版专著1部，获得专利1项。有2篇文章分别被《农业机械学报》和《东北农业大学学报》录用。另外投稿《农业机械学报》1篇文章，审稿中。