秸秆压块设备的设计研究

论文摘要

本文简单介绍了生物质秸秆固化成型的一些理论研究以及发展秸秆压块饲料的意义,以秸秆(饲料)压块机的设计为主,确定了秸秆饲料压块机的整体设计方案。对液压系统进行了详细的计算,确定了各液压部件的基本尺寸参数,按照设计构想对压块机工作主体部分即压缩室进行了设计,按照预期的生产率和工作情况确定了压缩室的基本参数,并按照确定的参数建立了压缩室及各个部件的三维实体模型,并对三维模型进行了装配。使用Solidworks中的COSMOSworks插件对压缩室模型进行了有限元分析,按照实际载荷和约束对模型进行定义,分析在预期的载荷作用下模型的应力分布情况和变形情况,针对原有设计的不足,进行了相应的改进,并就改进方案同样进行静力分析和疲劳分析,确定改进方案的应力变形和疲劳破坏在可以允许的范围之内。对压块机压缩室喂料口盖体开合机构进行了设计,提出了2套设计方案,原方案按照现有的一些设备的原理进行设计,采用液压油缸直接作用于盖体,驱动盖体的开启和闭合,确定了基本参数,对这些参数进行了校核,按照该方案建立了三维模型,并使用Solidworks的COSMOSmtion插件进行了机构仿真。改进方案采用曲柄摇杆机构实现盖体的开启与闭合动作,利用曲柄摇杆机构的死点来确保盖体闭合后的稳定性;虽然同样是以液压油缸驱动整个机构,但液压油缸主要需克服的是系统部件的重力和摩擦力,物料膨胀对其的作用力很小,从而减小了液压油缸的尺寸要求,可以降低成本。对改进方案进行了理论计算,确定其参数,并计算了四杆机构中的重要参数,如最小传动角、压力角等。对原方案和改进方案分别进行了机构仿真,以确保机构运转的可行性,制作了机构开合动作的仿真动画,并记录了机构中关键运动副的运动参数和参数曲线。对机构的运动进行了分析。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 引言
• 1 秸秆的营养和压缩特性
• 1.1 秸秆的营养成分
• 1.2 秸秆基本物理机械特性
• 2 秸秆压块设备的设计计算
• 2.1 设计思路
• 2.2 液压传动系统的设计
• 2.2.1 工作负荷的确定
• 2.2.2 一级预压液压缸的设计计算（主压部分）
• 2.2.2.1 初选液压系统工作压强
• 2.2.2.2 活塞杆外径和活塞内直径的确定
• 1 的确定'>2.2.2.3 一级液压油缸活塞行程 s₁的确定
• 2.2.2.4 一级液压油缸活塞杆强度验算
• 2.2.2.5 一级液压油缸缸筒壁厚δ的选择
• 2.2.3 二级预压液压缸的设计计算（推压部分）
• 2.2.3.1 工作负载的计算
• 2.2.3.2 为配合一级油缸，选则二级油缸的工作压力
• 2.2.3.3 活塞杆外径和活塞直径的确定
• 2 的确定'>2.2.3.4 活塞行程s₂的确定
• 2.2.3.5 活塞杆强度验算
• 2.2.3.6 活塞杆稳定性验算
• 2.2.3.7 二级油缸筒壁厚的选择
• 2.2.3.8 二级油缸缸筒底部厚度计算
• 2.2.4 盖体开合机构液压油缸的设计计算
• 2.2.4.1 工作负载的计算
• 2.2.4.2 为配合一级、二级油缸，该缸的工作压力
• 2.2.4.3 活塞杆外径和活塞直径的确定
• 3 的确定'>2.2.4.4 活塞行程s₃的确定
• 2.2.4.5 活塞杆强度验算
• 2.2.4.6 活塞杆稳定性验算
• 2.2.4.7 缸筒壁厚的选择
• 2.2.4.8 缸筒底部厚度计算
• 2.2.5 液压泵的选择及配套电机
• 2.2.5.1 确定液压泵的最大工作压力Pp
• 2.2.5.2 确定液压泵的流量Qp
• 2.2.5.3 液压油缸工作时所需流量
• 2.2.5.4 确定液压泵的驱动功率
• 2.2.6 管道尺寸计算
• 2.2.6.1 油管的确定
• 2.2.6.2 一级油缸进回油管的确定
• 2.2.6.3 二级油缸进回管的确定
• 2.2.6.4 盒盖油缸进回管的确定
• 2.2.7 液压阀的选用
• 2.2.8 验算回路中的压力损失
• 2.2.8.1 二级油缸进油管内的雷诺数
• 2.2.8.2 油路的局部压力损失
• 2.2.8.3 控制阀的局部压力损失
• 2.2.9 液压系统设计结果
• 2.3 成型部件设计
• 2.3.1 压缩室尺寸的确定
• 2.3.2 保型室长度的确定
• 2.3.3 喂料口盖体开合机构的设计
• 3 压块机的工作过程分析
• 3.1 秸秆的压缩过程
• 3.2 轴向压应力的分布规律
• 3.3 主压缩力的力学表达
• 4 秸秆压块设备的仿真分析
• 4.1 有限元简介
• 4.2 有限元法的基本步骤
• 4.3 对压缩室的有限元分析
• 4.3.1 建立模型，通过Solidworks 绘制三维实体模型
• 4.3.2 为模型定义材料
• 4.3.3 为模型设定约束条件
• 4.3.4 划分网格
• 4.3.5 运算
• 4.3.6 运算结果
• 4.4 对模型的疲劳分析
• 4.5 对盖体开合机构的仿真
• 4.5.1 盖体开合机构的运动仿真
• 4.5.2 仿真结果
• 4.6 盖体开合机构改进方案
• 4.6.1 改进方案的基本构想
• 4.6.2 对该四杆机构的设计
• 4.6.3 曲柄和连杆的稳定性设计
• 4.6.4 对该四连杆机构的校核和检验
• 5 装袋机构的设计
• 6 结论
• 参考文献
• 英文摘要