揉碎玉米秸秆机械特性的试验研究

论文摘要

玉米秸秆属于粘弹性生物物料,其机械特性必然会对玉米秸秆的压缩特性和压缩后秸秆产品特性、压缩生产工艺及压缩设备的设计、优化等有重要影响。因此,了解被压缩玉米秸秆的机械特性及其压缩理论对压缩工艺的选择和压缩设备的设计、优化等尤为重要。本论文通过试验和理论分析,对揉碎玉米秸秆的可压缩性和蠕变特性进行了试验研究。对影响揉碎玉米秸秆可压缩性和蠕变特性的主要因素进行了全面的研究与分析,并找到了参数间的定量关系。获得如下结论:(1)获得了压缩密度对揉碎玉米秸秆可压缩性的影响规律,压缩过程中所需压缩力随压缩密度变化而变化。通过统计分析,得出不同试验条件下揉碎玉米秸秆体积模量K与压缩密度ρ的函数关系。且分析了不同初始密度、压缩速度和含水率对揉碎玉米秸秆可压缩性的影响规律。(2)结合揉碎玉米秸秆的可压缩性分析得出:揉碎玉米秸秆在不同初始密度、压缩速度和含水率下压缩时,最佳压缩密度范围为190~380kg/m3。(3)根据波尔兹曼(Boltzmann)叠加原理、积分理论、迭代和多元回归分析等理论和方法,获得了在复杂应力状态下对被压缩揉碎玉米秸秆进行蠕变特性试验测试和理论分析的方法。(4)得出了不同初始密度和载荷对揉碎玉米秸秆蠕变曲线、参数的影响规律,建立了各阶段揉碎玉米秸秆蠕变模型。(5)对压捆机的核心部件压缩机构进行了设计,并基于虚拟样机技术,在CAE环境下对压缩机构进行了仿真分析,得出了活塞在设定条件下的位移、速度和加速度变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 国内外相关研究现状及存在问题
• 1.1.1 针对压缩设备研究的现状
• 1.1.2 针对秸秆物料压缩特性的相关研究
• 1.2 存在的问题
• 1.3 本课题研究意义
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 2 揉碎玉米秸秆可压缩性的试验研究
• 2.1 物料可压缩性的概念
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设备
• 2.2.3 试验因素及水平的选择
• 2.2.4 试验方法框图
• 2.3 试验结果处理与分析
• 2.3.1 试验结果曲线
• 2.3.2 压力与压缩密度关系分析
• 2.3.3 体积模量与压力关系分析
• 2.3.4 体积模量与压缩密度关系分析
• 2.3.5 压缩速度对揉碎玉米秸秆可压缩性的影响分析
• 2.3.6 初始密度对揉碎玉米秸秆可压缩性的影响分析
• 2.3.7 含水率对揉碎玉米秸秆可压缩性的影响分析
• 2.4 最佳压缩密度的确定
• 3 揉碎玉米秸秆压缩蠕变试验研究
• 3.1 蠕变试验方案
• 3.1.1 试验因素水平选择
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 试验结果处理与分析
• 3.2.1 物料蠕变特性
• 3.2.2 试验结果曲线
• 3.3 任意历程阶段揉碎玉米秸秆蠕变试验结果分析
• 3.3.1 初始密度对任意历程阶段揉碎玉米秸秆蠕变特性参数的影响
• 3.3.2 不同载荷对任意历程阶段揉碎玉米秸秆蠕变特性参数的影响
• 3.4 保压阶段揉碎玉米秸秆蠕变试验结果分析
• 3.4.1 保压阶段揉碎玉米秸秆蠕变模型的选择
• 3.4.2 初始密度对保压阶段揉碎玉米秸秆蠕变特性参数的影响
• 3.4.3 不同载荷对保压阶段揉碎玉米秸秆蠕变特性参数的影响
• 3.5 蠕变的压缩工程探讨
• 4 压缩机构的设计及仿真分析
• 4.1 压缩机构的功能设计要求
• 4.1.1 功能要求
• 4.1.2 结构要求
• 4.2 压缩机构结构设计
• 4.2.1 曲柄—连杆机构设计
• 4.2.2 活塞设计
• 4.2.3 有限元分析
• 4.2.4 运行模型并分析
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 作者简介