摘要：为了提高平面圆筛机的筛分效果,利用MATLAB研究了单颗茶叶颗粒在筛面上的运动规律，找出了影响茶叶在 筛面上运动的筛分参数，再基于离散元分析技术的PFC3D法，对平面圆筛机筛分过程进行数值模拟和分析，分析了平面 圓筛机在不同筛分参数下筛净率的变化情况,讨论了不同参数对筛净率的影响,得到了最佳筛分效率下各个筛分参数的 值。研究表明：平面圆筛机的筛净率在筛面倾角为5. 5。时有最佳值,并且随着回转半径的减小而增大，随着回转速度的 减小而增大。

关键词：平面圆筛机;筛分；离散元；筛净率

茶叶平面圆筛机的作用是将毛茶分出长短或大 小,使茶叶品质规格化⑴，其筛分效果对产品价值有 着很大的影响，但至今没有一套完整的理论来说明平 面圆筛机加工工艺对筛分效率的影响。

传统的研究多凭借经验’或凭靠简单的试验，而单 次试验只能观测一种结构和一组工艺参数条件下的筛 分性能，若要建立结构、工艺参数及筛分性能的准确定 量关系，需要进行多种结构和多组工艺参数的试验，试 验成本很高，而且无法满足设计过程中对设计方案处 理以及筛分效率评价的需求。这就迫切需要学者们运
用新的理论探索新的方法来解决试验问题。

离散单兀法（Discrete Element Method, DEM)是 20世纪70年代发展起来的求解与分析复杂离散系统 运动规律和力学特性的一种新型数值方法，在许多散 体物料处理领域得到了成功的应用国外学者 Webbe 1^等[3]采用盘元分别模拟了两种粒度的颗粒在 倾角为30°的静止筛面上的透筛行为;Clear Yw也在 文献中提到采用球元模拟了 8 000个粒度为10 ~ 80 mm颗粒的筛分行为。在国内，焦红光[5]运用二维离 散元仿真模拟了筛面上单颗粒运动，模拟结果真实地

反映了不同粒度颗粒在筛面上运动形态的差异。赵跃 民通过振动平面上粒群运动的离散元模拟W，发现离 散元法的计算参数对模拟结果的影响，模拟得到的粒 群松散度指标结果同试验结果基本一致。

文中将先研究单颗茶叶颗粒在筛面上的运动规 律，找出需研究的技术参数，再利用离散元软件 PFC3D，对平面圆筛机在不同技术参数下进行数值模 拟和分析，讨论不同参数对筛净率的影响，为深人理解 和进一步揭示圆筛机筛面茶叶运动规律和筛分机理提 供参考依据。

1单颗茶叶在筛面上的运动规律

筛床的运动是质点轨迹为圆周的刚性物体的平动 运动m，由此可知，筛面上任意一点财的运动为该点 所在水平面上作圆周运动，其运动方程为（此时从上 往下看筛面顺时针回转）

茶叶在筛面上运动,受到重力、摩擦力和筛面作用 反力的作用，在分析时，将相对坐标系置于筛面，F方 向沿倾斜面由低端指向高端，茶叶在筛面上的受力分 析如图1所示。

2.2基于正交设计的仿真实验

为了研究斜面倾角、回转半径和回转速度这三个 因素对平面圆筛机筛净率的影响，先采用正交试验w 的方法进行初步模拟仿真。由于每个因素的数值范围 跨度较大，先对每个因素选择4水平数进行仿真，在对 正交试验结果分析的基础上，再进行更为深人的试验 和分析,寻求最佳筛净率时的技术参数,正交实验的因 素水平见表3。
从图5中可以看出，当回转速度较大时（即190〜 220 r/min)，随着回转半径的增大筛净率减小，这与第 1节的分析相吻合,筛床回转半径越大,颗粒在筛面上 做螺旋运动的矢径越大,当筛面的长度一定，倾角一定 和回转速度不变的情况下，筛床回转半径越大颗粒螺 旋运动的圈数越小,在筛面上的运动轨迹越小，不利于 茶叶的筛理。

当回转速度较小时（即170 ~ 180 r/min),筛净率 并没有随着回转半径的减小而增大,并且在回转半径 很小时,筛净率反而有减小的趋势。可见并不是回转 半径越小越好，因为当回转半径和回转速度过小时,茶 叶颗粒在平铺之后，在筛面上不能做螺旋滑动运动。 当平面圆筛机筛面倾角和回转半径一定时，要使茶叶 颗粒始终保持滑动，回转速度必须满足以下条件