生物质燃料平模成型机设计理论及仿真研究

论文摘要

化石能源是现代人类社会发展的支柱性能源,在为人类的发展做出巨大贡献的同时,也给人类的生存与发展带来了严重的威胁。生物质能源作为新型可再生能源,已成为缓解能源危机、保护环境的有效途径之一。我国生物质资源十分丰富,但是利用率较低且利用技术手段有限,还存在着收、储、运等问题,导致生物质资源的严重浪费。生物质固化成型技术是生物质资源合理利用的关键技术之一。因此,生物质成型技术的研究不仅能促进能源结构的改善,而且也对我国的节能减排事业发展具有重要的意义。本文以黑龙江省重点项目“秸秆固化成型燃料关键设备研制”为依托,以生物质秸秆为研究对象,分析了原料种类、粒度、含水率及压缩比等主要成型因素对密度、产量、能耗的影响；借鉴环模力学的研究方法,推导并建立了适用于平模的力学模型；根据设计任务,在分析各类成型机优缺点的基础上,选择了平模压辊成型方式、确定了传动方案及主要参数,设计了一台能耗低,产量高,寿命长,成型燃料密度高的生物质燃料成型设备；其中,平模分层设计方法的引入有效地降低了平模的材料成本。生物质成型机主要部件的磨损一直是研究者关心的重要问题,也是研究的难点之一。通常的研究是从改善材料性能的角度出发的,本文以平模、压辊通过物料接触处线速度差为切入点,从功能基本原理角度入手,对磨损现象进行分析,发现错位磨损现象是由速度差引起的；其后进行了建模和理论推导,得出磨损效应的评价公式；最后采用MATLAB软件进行编程、数值处理,获取图形图像,分析了不同压辊轴倾角、偏移量对总错位效应的影响。结果表明,适当减小偏移量和增大压辊轴倾角,能有效降低错位磨损。模孔壁的受载情况对模孔的强度影响非常重要,采用PRO/MECHANICA对生物质成型机平模成型孔受载进行仿真分析。结果表明,成型孔内壁位移及应力值呈现小范围连续变动,且位移、最大应力分别随载荷呈一元线性趋势。另外,摩擦热不能有效地传导出去也很大程度上影响了压辊的寿命,借助ANSYS对压辊进行了稳态热分析,得到：采用热传导性能好的材料代替中间的密闭空气层能更好的将摩擦产生的热量传递到冷却水中,从而有效降低压辊及其主轴温度,减轻磨损,提高寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生物质能开发利用的目的和意义
• 1.2 国内外生物质能利用状况
• 1.2.1 国外生物质能利用状况
• 1.2.2 国内生物质能利用状况
• 1.3 国内外生物质成型发展应用情况
• 1.3.1 国外生物质成型发展应用情况
• 1.3.2 国内生物质成型发展应用情况
• 1.4 生物质成型类型及方法
• 1.4.1 活塞式成型机
• 1.4.2 螺旋式成型机
• 1.4.3 模压颗粒成型机
• 1.5 存在的缺点与不足
• 1.6 研究的内容及方法
• 2 生物质成型过程粘结机理及压缩特性
• 2.1 生物质原料组分及粘结机理
• 2.2 生物质成型工艺分类
• 2.3 秸秆压缩特性分析
• 2.3.1 压缩过程分析
• 2.3.2 成型机压缩比相关实验
• 2.3.3 成型机粒度、含水率相关实验
• 2.4 生物质燃料成型主要影响因素
• 2.4.1 摩擦力
• 2.4.2 喂入量
• 2.4.3 保压时间
• 2.4.4 粘结剂
• 2.4.5 加热温度
• 2.4.6 压缩比
• 2.4.7 原料粒度
• 2.4.8 原料含水率
• 2.5 本章小结
• 3 生物质平模新式设计理论探索与仿真
• 3.1 软件简介
• 3.2 成型机压辊与平模错位磨损研究
• 3.2.1 功能基本原理与成型机磨损
• 3.2.2 错位磨损理论推导
• 3.2.3 错位效应
• 3.2.4 错位系数K≠0时的错位效应
• 3.3 平模成型孔结构分析及仿真
• 3.3.1 模型的提取
• 3.3.2 有限元模型建立及分析仿真
• 3.4 压辊部分稳态热分析
• 3.5 本章小结
• 4 生物质燃料平模成型机设计及理论
• 4.1 生物质燃料平模成型机成型理论
• 4.1.1 平模成型机工作原理及成型过程物料受力分析
• 4.1.2 成型机模辊尺寸分析
• 4.1.3 平模的生产率
• 4.2 生物质燃料平模成型机设计
• 4.2.1 设计任务及分析
• 4.2.2 成型方式的选择
• 4.2.3 平模参数的确定
• 4.2.4 压辊参数的确定
• 4.2.5 成型机功率计算
• 4.2.6 确定传动方案
• 4.2.7 传动系统中标准件的计算与选型
• 4.3 本章小结
• 5 主要零部件的设计
• 5.1 平模的设计
• 5.1.1 平模的分层设计
• 5.1.2 平模成型孔分布及其开孔率
• 5.1.3 平模压缩比及材料的选择
• 5.2 主轴的设计
• 5.3 其他零部件设计及整机模型图
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 生物质平模成型机错位磨损理论MATLAB程序
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢