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近年来茶叶的市场需求发生急剧变化,茶叶的供求市场已从以大宗茶的生产为主转向以名优茶的生产为主。这个变化带动了名优茶叶加工机械的发展,先后出现了茶叶整形机、理条机、筛分机等一系列适合各种名优茶叶的加工机械。其中茶叶筛分在精制茶叶的生产加工工序中起到至关重要的作用,对茶叶的品质具有直接的影响。
目前生产中使用的茶叶筛分机械普遍采用曲柄摇杆机构,筛框能够产生单自由度平面运动。但是由于运动自由度少,目前的茶叶筛分机难以使茶叶在筛面上快速均布,从而使得茶叶与筛面接触面积较小,筛分效率低下。并且筛框做平面往复运动,使得茶叶难以垂直弹起,从而容易出现茶叶堵塞筛孔等问题。部分筛分机械通过增加振动幅度与频率提高筛分效率,但由于摩擦损耗随之增大,从而使得筛分机使用寿命较短。
因此,本文将混联机构引入茶叶筛分机以弥补传统茶叶筛分机的不足,对空间多维运动轨迹的茶叶筛分机进行了系统的设计与研究,主要进行了以下工作:
首先以颗粒离散元法为理论依据,在已有单颗粒或少颗粒筛分理论的基础上,对粒群在多维运动筛面的运动规律进行仿真探究,建立了茶叶粒群的多维运动筛分理论。
其次利用EDEM软件,建立了筛分仿真模型,茶叶颗粒半径按照正态分布规律生成3000颗,对筛面的空间四种平移运动与四种转动运动进行筛分模拟。根据茶叶颗粒的筛分仿真结果,以及透筛效率的测定,优选组合三种筛面的运动形式,为并联机构的选型提供了依据。
再次运用机构拓扑结构设计理论,设计出满足条件的三种并联机构机型,依据并联机构理论以及筛分机工作要求优选出一种机型,并在该机型静平台串联两移动副形成混联机构,以满足筛面运动需求。对选定多维振动茶叶筛分机的主体机构进行运动学、工作空间分析。利用ADAMS软件建立主体机构的运动仿真模型,得出筛面的运动输出曲线,并且运用MATLAB软件编制程序对茶叶筛分机主体机构的位置正、反解进行验证以及绘制茶叶筛分机工作空间的三维图。
最后根据颗粒筛分理论以及仿真模拟情况,利用现有并联仪器设备,选择合适的正交试验方案对茶叶筛分进行试验研究,通过试验研究得出影响茶叶透筛与筛分效率的主要因素,验证混联机构多维振动茶叶筛分机的筛分效果,为混联茶叶筛分机的设计提供现实依据。