环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化

论文摘要

环模制粒机在饲料机械行业和生物能源技术研究领域都是举足轻重的机械之一,其品质很大程度上决定了颗粒的加工质量、产量和制粒机能耗。目前,国内的制粒机制粒成本较高,存在生产率偏低,能耗偏高和使用寿命偏短等问题。本文以提高制粒机的生产率、降低制粒能耗和延长制粒机使用寿命为目标进行了相关的理论研究与实验研究。(1)针对挤压过程物料在三个区的受力情况建立了数学模型,且进行了有限元仿真,计算结果显示了每个区的环模受力、磨损情况,得出环模的主要失效形式是疲劳磨损,物料在环模的轴向方向不是均匀分布等重要结论。(2)推导了环模抗弯强度和接触疲劳强度的计算公式。(3)对不同特性(正交各向异性、各向同性)的物料在模孔(直孔)内的挤压过程进行研究,建立了不同物料在环模孔内的力学模型。(4)对正交各向异性材料在不同进料孔口(锥形孔、弧面孔)的模孔中挤压过程进行了有限元仿真,得出弧面进料孔口较之锥形孔优。(5)对正交各向异性材料在不同锥度锥形进料孔口模孔中的挤压过程进行了有限元仿真,结果显示模孔锥形入口角越小,能耗越小。(6)建立了制粒机的能耗模型,结合不同环模转速、不同环模宽度和不同物料对制粒机的能耗进行了实验研究,实验证明了理论模型的正确性。本文针对环模制粒机的生产效率、使用寿命、能耗等方面进行了较全面的分析,研究成果对优化制粒机的环模、压辊结构具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 环模制粒机发展历史
• 1.2.2 制粒机生产率影响因素的研究现状
• 1.2.3 制粒机使用寿命影响因素的研究现状
• 1.2.4 制粒机能耗影响因素的研究现状
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 环模制粒机制粒机理
• 2.1 环模制粒机主要结构及制粒原理
• 2.2 环模制粒机生产率
• 2.2.1 制粒攫取条件
• 2.2.2 被压入物料高度
• 2.2.3 环模制粒机生产率的影响因素
• 2.3 环模制粒机使用寿命
• 2.3.1 环模、压辊的主要失效形式
• 2.3.2 环模、压辊的材料选择和模辊安装间隙
• 2.3.3 环模抗弯强度
• 2.3.4 环模接触强度
• 2.4 环模制粒机能耗
• 2.4.1 环模、压辊的直径与制粒能耗的关系
• 2.4.2 环模转速与制粒机能耗之间的关系
• 2.5 本章小结
• 3 挤压过程中环模及模孔受力的有限元分析
• 3.1 模孔内物料受力分析
• 3.1.1 正交各向异性物料挤压过程受力分析
• 3.1.2 各向同性物料挤压过程受力分析
• 3.2 挤压过程力学模型
• 3.3 环模内表面三个区域大小的确定
• 3.4 环模受力有限元分析
• 3.4.1 模型建立及网格划分
• 3.4.2 环模内表面力的加载
• 3.4.3 解算及结果分析
• 3.5 环模模孔中物料挤压过程仿真
• 3.5.1 有限元模型与单元选择
• 3.5.2 锥形进料孔
• 3.5.3 曲面进料孔
• 3.5.4 锥形与曲面进料孔的对比
• 3.5.5 不同锥形入口角进料孔的对比
• 3.6 本章小结
• 4 制粒能耗建模与实验验证
• 4.1 能耗建模
• 4.2 实验目的
• 4.3 实验方法
• 4.4 实验设备
• 4.5 实验结果数据及讨论分析
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录