基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

立式环模秸秆压块成型机作业参数优化

针对秸秆压块成型燃料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型燃料质量低、能耗高等问题,以玉米秸秆为原料,通过正交试验,研究原料的粒度、含水率及压块机模辊间隙3种工艺参数的不同组合对生产率、压块燃料成型率、密度、机械耐久性及吨产品能耗的影响。结果表明：从提高成型燃料质量方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为15%、模辊间隙为2 mm,从提高生产率和降低吨产品能耗方面来考虑,最佳工艺参数组合为原料粒度为10～20 mm、含水率为20%、模辊间隙为2 mm。在实际使用中,根据压块燃料成型率、密度和机械耐久性的质量要求,在能达到使用要求的情况下,可在含水率10%～20%的范围内,适当提高含水率,有利于提高生产率和降低吨产品能耗。     

环模秸秆成型机压辊半径的优选与试验

生物质致密成型技术是生物质能转换的方式之一,秸秆成型机是生物质秸秆致密成型的主要机械。目前,环模秸秆成型机的机械效率较低,在研究环模秸秆成型机机械效率的过程中发现草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值与成型机的机械效率成正比关系。该文通过matlab软件计算出在不同压辊半径与环模半径比值时环模秸秆成型机的草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值,并绘制了其变化曲线,得出在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,成型机的机械效率达到最高,为85.82%。验证了在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,生产率达到最高值为2.28t/h。研究结果可为秸秆成型机压辊半径的优化选取提供理论依据。     

生物质秸秆压块机盖体开合机构设计分析

现有生物质压块机盖体开合机构多采用液压缸直接推动盖体的开启、闭合,存在开启角度小,影响喂料,液压缸尺寸较大,结构不紧凑等缺点。论文对生物质（秸秆）压块机盖体开合机构进行改进设计,采用液压缸驱动曲柄摇杆机构实现盖体的开启、闭合,利用机构死点提高盖体闭合时的稳定性,使盖体开合平稳,运动可靠。通过采用辅助圆法设计计算,分析了曲柄摇杆机构的运动,建立了机构模型。通过机构仿真,实现了机构预期的运动要求。     

生物质制粒机环模的磨损机理分析

环模是制粒机的核心部件,目前存在磨损快、寿命短等问题。该文对X46Cr13钢环模进行600 h实际生产状态下的磨损试验;对环模内壁和模孔内壁的磨损量与表面硬度进行测量;对磨损面进行表观形貌和微观磨损形貌观察;从宏观和微观角度对磨损机理进行分析,旨在通过研究环模磨损机理与磨损分布规律,对环模改进提出建议。结果表明：不同磨损位置起主导作用的磨损机制有所不同;环模内壁磨损十分严重,磨损机理为以微切削作用为主的磨粒磨损和疲劳磨损交互作用;模孔内壁磨损量较小,模孔入口附近以磨粒磨损为主,出口附近则以疲劳磨损为主,从模孔入口到出口磨损量呈指数形式逐渐减小,磨损由磨粒磨损为主逐渐向疲劳磨损为主过渡。研究结果可为改善环模耐磨性能和延长使用寿命提供参考。     

喂入式立轴甩刀香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

由于香蕉秸秆粗大、含水率高,现有的粉碎还田机大多操作繁琐、作业不稳定。针对上述问题,研制了一种喂入式立轴甩刀香蕉秸秆粉碎还田机,描述了该机的总体设计方案及主要部件的结构,分析了各部件之间的相互关系,确定了其关键参数的最优值。试验结果表明:该机在前进速度为2.16~3.60 km/h、压辊进料转速为127.39 r/min、立轴甩刀旋转速度为1 080 r/min时,秸秆粉碎质量合格率达94.9%、田间覆盖率达88.61%、茎杆留茬高度为30~35 mm,一次作业可将秸秆粉碎成丝状残渣,且残渣抛洒还田均匀。试验结果对解决因秸秆难处理而制约农村合作社小规模种植的难题具有重要意义。     

双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究

根据生物质成型燃料特性，通过详细的热工计算及一定加工工艺研制出适合于生物质成型燃料燃烧的专用锅炉，这种锅炉采用双层炉排结构，具有消烟除尘作用。不但燃烧效率高，气体及固体不完全燃烧损失小，而且排烟中的烟尘含量，氮氧化物及二氧化硫含量低，符合国家锅炉的污染物排放标准要求。在我国秸秆代煤方面有较高的推广应用价值。     

秸秆压块机组合环模的磨损机理

针对环模式秸秆压块机成型模具易磨损的问题,该文对45钢秸秆燃料成型模具的磨损过程进行了研究。通过测试磨损模具的磨损形貌,分析了该类磨损的作用机理,结合分形理论得出了磨损深度率的计算模型,在此基础上探讨了影响磨损的因素,并针对成型速度和模具硬度对磨损的影响进行了有限元仿真和试验验证。结果表明:秸秆原料对金属模具的磨损沿进料方向依次减弱,磨损主要发生在模具中间部位和下侧面,以硬磨料磨损为主;模具磨损受多种因素影响,其中模具硬度越大、成型速度越低,模具耐磨性能越好,硬度影响大于成型速度的影响;成型速度为9 mm/s时,模具耐磨性能和成型产品品质较好,而用于秸秆燃料成型的模具硬度不能太高,否则易发生脆性断裂。该文研究结果有利于指导压块机组合环模的设计。     

秸秆压块燃料炉设计与试验

农村地区采用秸秆压块燃料供暖可有效降低温室气体和大气污染物的排放。针对秸秆压块燃料炉存在自动化程度低、低效、高排放等问题,该研究基于秸秆压块燃料燃烧特性,设计了一台具有自动供料装置的秸秆压块燃料炉,采用分区燃烧、鼓风与引风耦合配风等方式,提高燃烧性能。对秸秆压块燃料炉进行性能测试,试验结果表明：通过自动供料机可以实现连续10 h小流量输送燃料,燃料输送量为2.57～4.12 kg/h;其额定热功率8 kW,热效率71.20%,耗电量3.83 (kW·h)/d;最佳燃烧工况下,粉尘、CO、NOx排放量分别为35.78 mg/m3、0.104 %、191.1 mg/m3,符合国家标准的排放限值。对燃料炉的测试与评价验证了锅炉结构合理,可为后续高自动化秸秆压块燃料炉的研发提供参考依据。     

不同工艺参数下苜蓿草粉环模制粒机流场的模拟与验证

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、强适应性等优点广泛应用于生物质能源和饲料产业等领域。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对环模制粒机挤压区流场进行数值模拟,研究了喂料量、环模转速和物料含水率的变化对流场压力、速度、剪切速率和黏度分布特性的影响规律,并以试验验证,旨在为生产工艺的有效控制提供参考依据。结果表明:在结构参数等条件一定的情况下,增大喂料量,流场压力升高,挤压成型区域扩大,且物料以较快的速度作层流运动,流场剪切速率降低,黏度增大,出模压力和成型密度较大;减小环模转速,流场压力和挤压成型区增大,流动速度减小,剪切速率降低,黏度较大,但出模压力和成型密度降低;物料含水率降低使流场压力、黏度、出模压力和成型密度增加。通过比较得出:当喂料量为6 t/h、环模线速度为6.5 m/s和物料含水率为15%时所形成的流场有利于苜蓿草粉的制粒成型。     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

稻秸秆编织机自动摊铺分束装置设计与试验

针对平面式草帘编织机人工摊铺秸秆上料用工量大等问题,该文通过模拟稻秸秆人工摊薄、铺放的作业过程,研制了一种与现有草帘编织机配套使用的自动摊铺分束装置。该装置采用多连杆对切机构和耙分机构,可对稻秸秆进行"对搓"摊薄、"耙分"成束铺匀,并利用ADAMS软件对关键部件进行运动分析和参数确定。样机摊铺分束及编织试验结果表明:自动摊铺分束装置铺放秸秆厚度均值小于40 mm,满足后续编织要求;与平面式草帘编织机配套使用时,当机针针织频率fz=0.8 Hz,编织速度vb=90 m/h,设定摊铺装置对切机构的工作频率ft=0.8 Hz,分束装置耙分机构的工作频率fp=1.13 Hz,测得摊铺分束过程中秸秆的分束率Fs为92.12%,漏编率Lb小于5.44‰。编织的草帘质量满足使用要求;在同一编织速度条件下,该装置的使用较传统的人工上料方式减少用工2人,可提高单机作业年均收入近8 640元。     

V-L型秸秆粉碎还田刀片设计与试验

针对秸秆粉碎还田刀片工作过程中存在的刀片易磨损、粉碎效果不理想和稳定性差等问题,通过分析现有刀片的优缺点,设计了一种V-L型秸秆粉碎还田刀片,具有延长刀片的使用寿命、提高秸秆粉碎效果和作业效率等优点。通过分析拖拉机前进速度、刀辊转速以及二者相互作用对秸秆粉碎率的影响,确定了刀片工作参数的最佳组合:拖拉机进速度为1 m/s,刀辊转速为1 400 r/min。通过2因素3水平正交试验,确定了刀片结构参数的最佳组合:刀片前倾角为10°,刃线与地面夹角为14°。对安装V-L型刀片的秸秆粉碎还田机整机作业效果进行了田间试验,结果表明各项指标均达到了国家相关标准的技术要求。该研究可为秸秆粉碎还田刀片设计提供参考。     

自走式牧草青贮联合装袋机设计与试验

针对目前中国牧草收贮设备不能将盛产期的牧草切割后直接装袋而造成的运输成本高、工序多、营养损失大等问题,提出了将牧草在田间进行收割、粉碎、装袋、扎口联合作业的青贮保存方法,并设计了一种自走式牧草青贮联合装袋机。该文描述了机器的总体设计方案,并对输送粉碎装置、牧草粉碎后螺旋挤压等装置进行了设计,确定了其关键参数值。该研究进行了含水率为78%的牧草试验,机器前进的平均速度为2.3 m/s、割茬高度为5~15 mm,螺旋压缩比为2:1,临界旋转速度为99 r/min,样机能够顺利工作,装袋的密度能达到320 kg/m3,装袋平均时间为30 s每袋。机型的设计不仅能够提高劳动生产率,方便取饲喂养,而且为青贮牧草的收获存储提供了新的方法。     

基于遗传算法的水稻整株秸秆还田埋草弯刀的设计与试验

遗传算法是模拟生命进化机制的搜索和优化方法,它的全局最优和隐含并行性适应求解复杂的优化问题。该文以水稻整株秸秆还田机的主要工作部件——埋草弯刀为研究对象,对其进行受力分析,建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型,提出了基于遗传算法的弯刀优化方法,优化得到刀片最小功耗为5.12 kW。进行验证试验,得出最优参数组合下的功耗最小为5.5305 kW。试验数据与优化结果相吻合,证明优化方法可行,可以为整机优化提供理论 参考。