波动喂入条件下基于变振幅方法的农业颗粒物料快速分散机理与控制研究

Cleaning section gradually becomes a bottleneck of the efficiency improvement of combine harvester for the lack of partial adjustment ability that leading to a accumulation and blocking problems. The solution is to make these accumulating materials quick dispersed. Pre-research shows that variable-amplitude method could make the particle materials dispersed quickly. The quick-dispersion mechanism and control model of agricultural particle materials based on variable-amplitude method in varying feed quantity conditions would be studied in this project. Firstly, quantitative evaluation indexes will be defined to analyze the motion law of these agricultural particle materials in the test and EDEM simulation. Then the moving characteristics of the screen will be investigated, and the quick-dispersion model will be built and computed according to dynamic planning theory in varying feed quantity conditions. At last, quick-dispersion control experiments will be carried out based on the mechanism and the model will be gradually revised by the error analysis. This project will not only be beneficial to solve the accumulation and blocking problem but also to enhance the researching level of combine harvester in our country.

随着收获机械整机效率的显著提升，清选环节因缺乏局部自适应调整能力而面临的物料堆积堵塞问题已逐渐成为制约整机效率提升的瓶颈，解决之道是使堆积物料快速分散。前期预研表明：采用变振幅方法能满足堆积物料的快速分散需求。本项目将在波动喂入条件下研究农业颗粒物料的变振幅快速分散机理及其控制方法。项目首先定义颗粒群运动评价指标，对试验和EDEM模拟中农业颗粒物料在变振幅运动筛面的运动规律进行量化研究与总结；再通过机构分析获得变振幅筛面量化运动特征，以快速分散为目标、以波动喂入为条件，基于动态规划理论建立多变量的农业物料快速分散模型并推演计算，揭示其快速分散机理；最后基于该模型在波动喂入条件下开展快速分散控制试验，通过误差分析对机理模型进行多次修正，最终获得有效的农业物料快速分散机理与控制方法。本项目不仅对解决农业物料清选环节的堆积堵塞问题具有重要现实意义，而且对促进收获机械高端化发展也具有重要科学意义。

近年来，我国主流谷物收获机械的整机效率（喂入量）显著提升，大喂入量收获条件下清选环节的物料堵塞风险快速增加，必须研究使筛面物料能够快速后移分散的技术及其控制方法。针对上述难题，本项目基于变振幅筛分思路，着重围绕筛面物料运动规律、颗粒群在变振幅筛面的快速分散机理和变振幅筛面运动特点等方面，通过试验分析、理论研究和仿真模拟等手段开展了深入研究工作。主要研究内容包括：使用EDEM软件开展颗粒群在变振幅筛面的运动模拟；分析变振幅筛面颗粒群运动中的单颗粒运动轨迹；定义颗粒群运动指标对变振幅颗粒运动规律量化分析；农业物料的变振幅筛分台架试验；台架试验与仿真试验的对比分析；变振幅筛面不同吊杆条件下运动规律的参数分析；不同吊杆条件下变振幅筛面局部抛掷强度分析。本项目的研究获得了农业颗粒物料在变振幅筛面的运动规律，基于变振幅方法实现了筛前端堆积物料的快速后移分散控制。项目研究成果对解决我国大喂入量谷物收获过程的筛面物料堆积堵塞问题、促进我国收获机械的高端化发展具有重要的现实意义和重要科学意义，相关成果通过后续基础研究和产业化开发有望在未来应用在大喂入量谷物收获机械中。