悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机的设计与研究

论文摘要

能源是当今人类社会和生产实践的命脉所在,随着经济社会的高速发展,人类对能源的要求日益加剧以及大量化石能源的使用,导致世界对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。面对即将到来的能源危机,各国政府和科学家对资源丰富、可再生性强、有利于改善环境和可持续发展的生物质资源的开发利用给予了极大的关注。而生物质颗粒燃料成型技术是生物质资源合理利用的关键技术之一。因此,生物质颗粒燃料成型技术成为近几年研究的热点,显示出广阔的应用前景。本文来自于多个林业局亟需研制既能够解决在林内压缩成型又能降低运输成本的悬挂式成型机的要求,并得到东北林业大学研究生论文资助项目(gram09)的资助,针对森林细小生物质(主要是细小枝条和落叶),根据研究任务,在分析不同种类颗粒燃料成型机优缺点的基础上,结合现有生物质成型机的结构特点,将成熟可靠的模孔为30mm的平模成型设备与拖拉机悬挂相结合研究设计悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机,以期为林区正在迅速发展的生物质成型燃料产业提供技术支撑。首先本文借鉴行业中环模力学的研究方法,推导并建立了压辊挤压物料力学模型,分析得出作用于物料上的轴向压应力σ(x)、模孔径向压应力P(x)以及模孔切向摩擦力g(x)均按指数规律沿模孔长度变化；减小摩擦系数f,增大模孔半径r0,衰减速度减慢,可以延长物料在模孔内的饱压过程；另外反映物料纵向变形、横向变形的物料泊松比μ也是生物质压缩成型的重要参数之一。由于压辊内外端速度差造成错位磨损。圆柱直辊平模成型机中,总磨损效应与压辊与平模接触的有效长度以及压辊的转速有关,压辊与平模接触的有效长度越短,转速越低,总磨损效应越低,对应的错位磨损越小。所以对于圆柱直辊平模成型机,在保证压辊转速的情况下要适当的减小压辊与平模接触的有效长度。在以上理论研究的基础上,本文确定了适合森林细小生物质的合理的成型方式、传动方案及部分主要参数,设计了一台产量适中、成型燃料密度较高并像其它农机具一样可以方便的悬挂在轮式拖拉机尾部的可移动式森林细小生物质颗粒燃料成型设备；其中可方便更换的单孔子模具的设计可以有效地降低模具使用成本,延长整机使用寿命。悬挂支架是悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机的重要组成部分,其承载能力是决定整个成型机能否正常运行的关键。本文借助ANSYS对悬挂支架进行静态分析发现悬挂支架主要发生向下弯曲以及沿Z轴坐标方向的向外翻转,整个悬挂支架的内部应力变化以及位移变形都较小,可以支撑成型机正常工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 生物质能源介绍
• 1.2.1 生物质能的概念
• 1.2.2 生物质能的种类
• 1.2.3 森林细小生物质介绍
• 1.3 国内外生物质成型技术发展情况
• 1.3.1 国外生物质成型技术发展情况
• 1.3.2 国内生物质成型技术发展情况
• 1.4 生物质成型设备类型
• 1.4.1 活塞式挤压成型设备
• 1.4.2 螺旋式挤压成型设备
• 1.4.3 压辊式挤压成型设备
• 1.5 现有生物质成型设备存在的问题
• 1.6 课题研究内容
• 2 原料特性及成型理论研究
• 2.1 原料特性
• 2.1.1 化学成分
• 2.1.2 生物质的元素分析与工业分析
• 2.1.3 原料的热值
• 2.2 成型主要影响因素
• 2.2.1 生物质种类
• 2.2.2 原料粒度
• 2.2.3 原料含水率
• 2.2.4 加热温度
• 2.2.5 黏结剂
• 2.2.6 成型压力
• 2.3 生物质颗粒燃料成型原理
• 2.4 平模成型机工作原理
• 2.5 压辊挤压物料力学模型分析
• 2.6 平模错位磨损理论分析
• 2.7 攫取层厚度分析
• 2.8 本章小结
• 3 悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机主要参数设计
• 3.1 设计基本思想
• 3.2 悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型工艺确定
• 3.3 悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机主要技术指标
• 3.4 悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机主要参数设计
• 3.4.1 成型机整体布局
• 3.4.2 成型方式
• 3.4.3 产量计算
• 3.4.4 平模开孔率
• 3.4.5 平模压缩比
• 3.4.6 压辊中心距
• 3.4.7 压力和压缩密度
• 3.4.8 成型机功率
• 3.4.9 标准件选型
• 3.5 悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机结构布局
• 3.6 本章小结
• 4 主要零部件设计
• 4.1 喂料室
• 4.2 平模设计
• 4.2.1 平模模盘设计
• 4.2.2 成型子模具设计
• 4.3 主轴设计
• 4.4 压辊设计
• 4.5 其他主要零部件模型
• 4.6 虚拟装配
• 4.7 本章小结
• 5 悬挂支架力学模型分析
• 5.1 悬挂支架力学模型分析
• 5.1.1 ANSYS理论基础
• 5.1.2 ANSYS分析基本过程
• 5.1.3 悬挂支架建模与网格划分
• 5.1.4 施加载荷与求解
• 5.1.5 模拟结果分析
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢