碾米机离散元模拟参数测定_张宁.pdf

基金项目:国 家 重 点 研 发 计 划(编 号:Y F C ,Y F D )作者简介:张宁,男,河南工业大学在读硕士研究生.通信作者:曹宪周(),男,河南工业大学教授,硕士.E m a i l:x i a n z h o u c a o c o m收稿日期:改回日期:D O I:/j s p j x 文章编号 ()碾米机离散元模拟参数测定D e t e r m i n a t i o no f d i s c r e t ee l e m e n t s i m u l a t i o np a r a m e t e r so f r i c em i l l i n gm a c h i n e张宁ZHANGN i n g曹宪周C A OX i a n z h o u王鑫宇WANGX i n y u孙艳岭S UNY a n l i n g(河南工业大学机电工程学院,河南 郑州 )(S c h o o l o fM e c h a n i c a la n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,H e n a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,Z h e n g z h o u,H e n a n ,C h i n a)摘要:目的:解决碾米机操作不便及碾米机滚动摩擦系数与滑动摩擦系数概念混淆的问题.方法:使用E D EM软件对碾白加工过程进行离散元模拟.以MNAW 型碾米机为参照,取丰两优系列糙米为样品,通过自主搭建实验台并结合模拟标定,建立一套测取碾米机离散元模拟参数的方法.结果:使用自制碰撞系数试验装置,并结合视频运动处理软件得到糙米与糙米、碾辊和筛网间的碰撞恢复系数分别为,;利用斜面倾角与静摩擦系数的关系,设计静摩擦试验,测得糙米与糙米、碾辊和筛网间的静摩擦系数分别为 ,;通过糙米堆积角试验、糙米斜面滚落试验与离散元模拟试验相结合对滚动摩擦系数进行标定,得到糙米与糙米、碾辊和筛网间的滚动摩擦系数分别为 ,.结论:通过二次模拟,仿真模拟结果与实测结果误差在合理范围内,表明参数标定的数据是可靠.关键词:离散元;碾米;摩擦系数;碰撞恢复系数A b s t r a c t:O b j e c t i v e:T os o l v et h ep r o b l e m t h a tt h er o l l e ri si n c o n v e n i e n tt o o p e r a t e a n d t h e c o n c e p t o f r o l l i n g f r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n ds l i d i n gf r i c t i o nc o e f f i c i e n ti sc o n f u s e d M e t h o d s:E D EMs o f t w a r ew a su s e dt os i m u l a t et h ew h i t em i l l i n gp r o c e s s T a k i n g MNAW r i c e m i l la sar e f e r e n c e a n dt a k i n g F e n gL i a n g y o us e r i e sb r o w nr i c ea sas a m p l e,as e to f m e t h o df o rm e a s u r i n gd i s c r e t e e l e m e n t s i m u l a t i o np a r a m e t e r s o f r i c em i l lw a se s t a b l i s h e db yi n d e p e n d e n t l ys e t t i n gu pa ne x p e r i m e n t a lb e n c ha n dc o m b i n i n g w i t hs i m u l a t i o nc a l i b r a t i o n R e s u l t s:U s i n gt h es e l f m a d ec o l l i s i o n c o e f f i c i e n t e x p e r i m e n t a l d e v i c e a n d v i d e om o t i o np r o c e s s i n gs o f t w a r e,t h ec o l l i s i o nr e c o v e r yc o e f f i c i e n t sb e t w e e nb r o w nr i c ea n db r o w nr i c e,r o l l e r a n ds c r e e nw e r e,a n d r e s p e c t i v e l y B a s e do nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n c l i n e da n g l ea n ds t a t i cf r i c t i o nc o e f f i c i e n t,t h es t a t i cf r i c t i o ne x p e r i m e n t i sd e s i g n e d T h es t a t i cf r i c t i o nc o e f f i c i e n t sb e t w e e nb r o w nr i c ea n db r o w nr i c e,r o l l e ra n ds c r e e nw e r e ,a n d r e s p e c t i v e l y T h e r o l l i n g f r i c t i o n c o e f f i c i e n t w a sc a l i b r a t e dt h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no fb r o w nr i c es t a c k i n ga n g l ee x p e r i m e n t,b r o w nr i c ei n c l i n e dp l a n er o l l i n ge x p e r i m e n ta n dd i s c r e t ee l e m e n t s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t T h e r o l l i n g f r i c t i o nc o e f f i c i e n t sb e t w e e nb r o w nr i c ea n db r o w nr i c e,r o l l e r a n ds c r e e nw e r e ,a n d r e s p e c t i v e l y C o n c l u s i o n:T h r o u g ht h es e c o n d a r y s i m u l a t i o n,t h e e r r o r b e t w e e n t h e s i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h em e a s u r e dr e s u l t si sw i t h i nar e a s o n a b l er a n g e,w h i c h i n d i c a t e s t h a t t h ep a r a m e t e r c a l i b r a t i o nd a t a i s r e l i a b l e K e y w o r d s:d i s c r e t e e l e m e n t;r i c e m i l l i n g;f r i c t i o n c o e f f i c i e n t;c o l l i s i o nr e c o v e r yc o e f f i c i e n t碾米机是大米加工过程中的关键设备.随着离散元应用技术的完善与推广,离散元模拟技术在碾米研究中的应用越来越广泛.庞晓霞使用E D EM软件进行了砂辊碾米机碾白室内物料运动仿真;张双利用E D EM软件进行了 碾 米机 中物 料 流 体 动 力 学 分 析;曾 勇利 用E D EM进行了实验室级横式碾米机碾米过程离散元仿真;李碧等使用E D EM软件进行了卧式铁辊喷风碾米机碾白过程的多场耦合仿真.然而使用计算机进行离散元模拟时的一大难点是需要获取相应的模拟参数.刘瑞等标定了包衣玉米种子离散元仿真参数;张胜利等对绿豆离散元仿真参数进行了标定;牛有智等对颗粒饲料进行了参数标定;张涛等对玉米秸秆物理参数进行了标定.U c g u l等研究了土壤间的恢复系数和摩擦力;A s a f等 对土壤所需离散元参数进行了测定;郑向F OO D&MA CH I N E R Y第 卷第期 总第 期|年月|阳等 测定了发射药颗粒间的摩擦系数;王云霞等 测定了玉米种子间的接触参数.目前,对于糙米离散元参数标定缺乏相关研究,而且已有的研究存在操作不便以及出现将滚动摩擦系数与滑动摩擦系数概念混淆的情况.研究拟通过自主搭建实验台结合离散元模拟中的H e r t z M i n d l i nn os l i p接触模型,建立一套更为简便获取碾米离散元模拟所需试验参数的方法,以期为进行碾米离散元研究提供参数依据.碰撞恢复系数试验原理由牛顿碰撞定律可知,对于材料确定的两个物体,碰撞后两物体的分离速度(v v)与碰撞前两物体的接近速度(vv)成正比,比值由两物体的材料决定,称为碰撞恢复系数e,即ev v vv.()试验装置采用自主搭建的碰撞恢复系数实验台,如图所示.实验台底座夹具糙米板、筛网、碾辊标板带有糙米的细线可移动挡板图碰撞恢复系数试验装置F i g u r e I m p a c t r e c o v e r yc o e f f i c i e n t t e s td e v i c e试验装置测试原理如图所示.糙米在B位置无初速度自由释放,当其下落至最低点时,恰好发生碰撞,规定碰撞前速度为v,碰撞后速度为v.与之相碰的糙米板、筛网、碾辊位置固定,因此碰撞前后速度均为.所以碰撞恢复系数e可简化为:ev v,()式中:v、v 糙米碰撞前后的速度矢量.该测试方法测量碰撞恢复系数具有显著优点.一方面,米粒基本在一个平面内进行运动,不会向四周随机弹射;另一方面,该方法通过对采集的碰撞过程视频进行运动处理,可直接获取米粒碰撞前后的速度,优化了计算.采用该方法,碰撞的瞬间米粒会发生轻微的摆动,会伴随随机误差的产生,造成计算出的碰撞恢复系数产生轻微波动.但其与以往经常采用颗粒自由落体方式下落,忽视了米粒碰撞后会以不同的角度向四周散射,会产生极图试验装置测试原理图F i g u r eT e s td e v i c e t e s t s c h e m a t i cd i a g r a m大的不确定性,而通过碰撞前后高度估算碰撞恢复系数的方法相对而言更具优势.试验结果碰撞恢复系数测定试验通过录制糙米碰撞过程中的视频,再由T r a c k e r软件对视频进行处理,获取糙米碰撞前后的速度,如图所示,再代入式()计算碰撞恢复系数.由表可知,糙米与碾辊、糙米和筛网间碰撞恢复系数分别为,.图米粒水平速度分析F i g u r eA n a l y s i so fh o r i z o n t a l v e l o c i t yo f r i c eg r a i n静摩擦系数试验原理将粘有