生物质环模制粒机产能与能耗分析

分析环模制粒机技术参数和物料特性参数对设备产能与能耗的影响规律,可为产品的系列化设计提供理论依据。在对环模制粒机成型过程和机构受力分析的基础上,建立了设备产能与能耗模型,绘制了不同设备技术参数与物料特性参数下的环模制粒机产能和能耗等值线。等值线分布规律表明,环模直径越大、转速越高,对设备产能和能耗的影响越明显;与其他参数相比,物料与辊模之间的摩擦因数对设备产能影响更大,改进辊模表面结构形式或表面材料是提高设备生产率的有效途径;辊模直径比对设备产能的影响比对设备能耗的影响大,辊模直径比越大,设备单位产能能耗越低,因此,在满足设备结构与技术要求的前提下,应尽量增大辊模直径比。     

立式环模秸秆压块机吨燃料能耗分析

分析立式环模秸秆压块机技术参数对吨燃料能耗的影响规律,可为优化立式环模秸秆压块机效能提供依据。在对压块机成型过程和机构受力分析的基础上,建立吨燃料能耗数学模型,利用Design-expert8.0.6绘制不同参数下的吨燃料能耗响应面图。分析表明:摩擦因数和辊模径比对压块机吨燃料能耗的影响较大,主轴转速影响不明显是由于压块机产量计算方式造成的;辊模径比越大,吨燃料能耗越低,但过大的辊模径比易出现"闷机",过大的摩擦因数会降低压块机核心部件使用寿命;当主轴转速、辊模径比、摩擦因数分别为165r/min、0.4 0、0.4时,吨燃料能耗达到较优为3 0.7 2 k W·h/t。     

对辊柱塞式成型机设计与试验

基于生物质固化成型领域活塞冲压式成型机能耗低、生产率低和模辊式成型机生产率高、能耗高的特点,提出一种新型对辊式成型方式,并设计和制造了样机。该成型机压辊圆周上均布了一系列柱塞,运行过程中压辊柱塞与环模模孔相互啮合,避免了成型孔之外的物料受到压辊的挤压与摩擦。为测试该成型机的性能,进行了正交试验研究,结果表明,该成型机的较优成型参数为:含水率15%,成型模具长径比5.25,主轴转速47.25 r/min。以木屑为原料,在较优成型参数的条件下进行了成型机性能指标的测试,结果表明,该成型机生产的成型颗粒直径为10 mm,成型颗粒密度为1.15 g/cm3,机械耐久性为96.28%,生产率为75 kg/h,能耗为56 k W·h/t,成型率为95%,工作噪声为79 d B,各项指标均达到设计要求,实现了连续稳定生产。     

内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机设计与试验

针对传统环模生物质成型机能耗高、磨损严重的问题,提出了一种环模生物质致密成型方法,并设计了内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机样机。该样机通过压辊轴上柱塞凸模与环模体上成型孔之间的类齿轮啮合运动,实现柱塞凸模对环模体成型孔内物料的挤压压缩,使松散物料形成一定密度的颗粒状物料。为适应不同的生物质物料,环模体成型孔的长径比可以进行调整。以颗粒度为1~3mm的木屑为物料,在物料含水率为15%、压辊轴转速为60r/min、室温条件下进行了试验。结果表明：内啮合行星轮柱塞式环模生物质成型方法可行,该样机生产率为115kg/h、颗粒成型率96.2%、成型密度1.05g/cm3、机械耐久性指数97.5%、能耗约为45kW·h/t,各项指标均达到设计要求;比其他同规格传统环模成型机能耗降低了25.4%,比螺旋挤压成型机能耗降低了50%;样机关键部件磨损降低,使用寿命得到提高。     

小型可调间隙饲料制粒机设计与试验

为实现小批量颗粒饲料生产,设计一种小型可调间隙饲料制粒机,包括环模及配套部件、压辊及配套部件、传动机构等。该制粒机特征为:压辊调节部件位于制粒机外部,能够在不停机的状态下实时调节模辊间隙,保证颗粒饲料的连续生产。同时设计了与该制粒机配套的控制系统。基于弹塑性理论,采用有限元分析软件Abaqus内置的Drucker-Prager Cap本构模型对制粒机模辊挤压过程进行了数值模拟,模拟结果表明,模辊间隙的设置应与物料的摩擦因数相匹配,适当提高物料的摩擦因数能够避免物料内部滑移耗能,有利于提高颗粒饲料的产量和质量。制造样机并进行了生产试验,以某配方乳猪料为原料,进行制粒机作业性能指标的测定,结果表明:该制粒机生产的颗粒饲料成品含水率为13.53%,直径为3 mm,颗粒含粉率为3.27%,颗粒耐久度(PDI)为94.34%,颗粒硬度为176.03 N,生产率约为42 kg/h,各项指标均达到设计要求,满足小批量颗粒生产的要求。     

环模成型机楔形区的离散元研究

以沙柳为生物质原料,建立环模成型机楔形区的离散元模型,分析不同模辊间隙下成型燃料的品质及压辊和环模的磨损情况。模拟结果表明:挤压过程中颗粒轨迹受到扭矩影响,随扭矩变化,扭矩由准直线状逐渐变为波动增长。模辊间隙为1.5 mm时,挤压过程需要的压缩力最大,扭矩值最大,成型品质较好。模辊间隙为2.5 mm时,扭矩较小,颗粒间粘结效果较差,成型燃料松散,成型品质较差。模辊间隙越小,颗粒与压辊间碰撞的法向力越大,会增大颗粒与压辊和环模间的摩擦,造成压辊和环模磨损,减少其使用寿命。     

旋转挤压成型机理分析与建模

旋转挤压成型技术是当前国际制粒领域的主流技术,广泛应用于饲料工业和可再生生物质能源产业。分析旋转挤压成型过程,确定物料的攫取条件;研究物料在模辊工作区的挤压成型机理和受力状态,建立旋转挤压成型过程的驱动扭矩模型和能耗模型;揭示辊模直径比、物料初始密度以及物料与模辊的摩擦角等参数对扭矩和能耗的影响规律。为旋转挤压成型装备的结构与工艺优化提供有效的参考和理论依据,也为挤压成型相关机理的进一步研究奠定理论基础。     

环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析

该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究,建立了环模扭矩力学模型,推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式;以力学模型为基础,分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明,物料特性对制粒能耗影响很大;在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗;而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量,同时还可以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义,并可为相关的试验提供理论依据。     

秸秆压块机辊口式环模耐磨机理分析与试验

环模秸秆压块机成型过程中,由于秸秆颗粒与环模之间的滑动摩擦,环模模孔磨损十分严重,导致环模使用寿命缩短。以工字型模块组成的立式环模为研究对象,提出在工字型模块喂料端设置辊口式结构,即在工字型腰部上下两翼加工圆孔,孔中装配轴承和插入圆辊。通过相邻圆辊间所构成的辊口压入秸秆颗粒,从而将物料与原模块间因数较大的滑动摩擦变为物料与圆辊间因数较小的滚动摩擦,达到减小模孔磨损的目的。利用有限元软件分析得到改进前和改进后模孔处的磨损率曲线,结果表明:改进前环模最大磨损率0.11μm/s,改进后辊口式环模最大磨损率0.01μm/s,远小于改进前磨损率。通过试验表明所设计的辊口式环模具有减小磨损和延长环模寿命的作用。     

模辊式生物质颗粒燃料成型机性能试验

针对模辊式成型机在生产生物质颗粒燃料过程中存在能耗高等问题,以玉米秸秆为原料,研究成型机模辊间隙、主轴转速和模孔直径等参数对生产率、吨燃料能耗、颗粒燃料的成型率、机械耐久性和颗粒密度等的影响。结果表明：模辊间隙仅对成型率有影响,间隙为0.2mm最优。吨燃料能耗和颗粒密度随主轴转速增大而减小;模孔直径大,生产率高,吨燃料能耗低,颗粒密度小;为保证生产率,主轴转速应大于等于160r/min。不同因素试验,颗粒燃料的成型率大于95%,机械耐久性大于96%,均符合生物质颗粒燃料要求。     

基于有限元的秸秆压块环模成型温度场分布

目前环模压块成型机的环模块温度差过高，成型后受热不均。结合压块成型工作条件，利用ANSYS中的Thermal模块，模拟环模中压块成型温度场，分析环模压块在不同时刻的温度场分布，并对成型装置进行优化设计。结果表明，优化后整体温度趋于平衡，温差明显减小，在加热20 min后，环模块的温度差降为19.25 ℃。优化后环模块成型过程的温度场沿轴向呈先增大，再波动状平稳，最后逐渐减小的趋势，环模块大部分区域的温度变化趋于缓和，环模块成型温度更均匀。      

基于ANSYS的生物质液压成型模具锥角优化

液压成型机模具锥角是影响成型的关键参数,为降低压缩过程中的摩擦力、减少消耗的压缩能、提高成型燃料的成型密度和成型品质,运用ANSYS参数化语言,对液压成型机模具锥角进行优化分析.研究了模具锥角值与应力分布关系、模具不同锥角时摩擦力与位移关系,得出锥角与应力分布呈二次抛物线形式.研究结果表明:模具锥角最佳取值范围为5.5°～6.0°.经试验,锥角在此范围内取值,出模后的成型燃料松弛密度增大,耐久性增加,成型密度和成型品质提高.     

平模式生物质成型机压辊的改进设计

针对平模式生物质成型机的主要工作部件压辊在工作过程中的快速磨损、使用寿命较短、磨损失效后不便于更换、维修费用高等问题进行了改进设计。通过将整体式压辊改为组合式后,压辊芯和压辊齿圈可单独加工制造,只有压辊齿圈采用了合金材料,减少了合金材料的使用量,降低了成型机的制造成本,方便了压辊齿圈的维修与更换;压辊齿圈外缘的齿槽由直齿改为斜齿后,能够增大压辊与物料之间的摩擦力,提高压辊攫取物料的能力,使压辊运行更为平稳;将压辊轴承改为两个单列圆锥滚子轴承、对称安装结构后,压辊轴承的承载能力可提高近1倍,大大延长了轴承的使用寿命。通过对压辊材料的试验表明,发现使用合金结构钢27SiMn代替45号钢。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机改进设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业过程中存在起膜齿仿形效果差、易拥堵,以及卷膜辊集膜、卸膜性能不理想等问题,对该机具的仿形弹齿部分和卷膜装置部分进行了改进设计。整个仿形弹齿由多个单铰接起膜齿和凸轮轴组成,每个单铰接起膜齿在凸轮轴的作用下可以实现单独仿形,且能完成相邻两起膜齿在空间上的间歇运动,以解决起膜装置局部仿形能力差、壅土及相互搂膜干涉问题;卷膜装置由主、从动滚筒及变径卷膜辊组成,其中,改进设计的变径卷膜辊依靠手动拉杆和内置弹簧实现外轮廓直径可变,优化后的活动叶片通过内外齿的啮合使其在打开与闭合状态下都能保证其外轮廓为“封闭”的圆柱体,从动滚筒外围加装了人字形输送齿,使得卷膜装置整体在工作时运转更加平稳,变径卷膜辊与主、从动滚筒可以始终保持接触,避免了因摩擦力突变引起的变径卷膜辊在主、从动滚筒上方停滞不转动的现象。通过分析偏心拨齿滚筒的搂集、抛送和脱落过程,确定了偏心拨齿滚筒的最小转速为164.92r/min。结合正交试验,以地膜回收率、缠膜率和含土率为评价指标,应用综合评分法得出作业机工作时各显著性参数对其各指标的综合性能影响主次顺序为：机具前进速度、反向刮膜板转速、偏心拨齿滚筒转速、凸轮轴转速。田间试验表明,在机具作业3.km/h、输送辊转速140.4r/min、凸轮轴转速130.6r/min、偏心拨齿滚筒转速为183.6r/min、反向刮膜板轴转速为120.8r/min时,残膜回收率为90.26%,缠膜率为1.94%,含土率为25.41%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求,为残膜回收机具的设计提供了参考依据。     

气力式水稻穴盘成型机气流分配室流场仿真与优化设计

合理的气流分配室结构是气力式水稻穴盘成型机正常工作的前提条件。为了保证气流分配室具有均匀的流场结构,生产出合格的穴盘,以气体控制方程为理论依据,利用FLUENT软件对气流分配室内气流场进行了仿真分析。结合正交试验设计和数值模拟技术,以腔体厚度、通气孔直径和底角为影响因素,速度不均匀系数为评价指标,对气流场进行了单因素和正交模拟仿真试验,结果表明各因素对试验结果影响的主次顺序为配气腔体厚度、通气孔直径、底角;当腔体厚度、通气孔直径和底角分别为110 mm、15 mm和0°时,气流分配室流场均匀性较理想,此时速度不均匀系数为11.37%。试验结果表明,仿真结果与实测结果的平均相对误差为1.59%,双侧相关系数为0.028,存在显著相关关系;穴盘生产成型率为92.3%,穴孔质量和底面厚度的变异系数分别为10.2%和9.81%,满足穴盘生产要求。     

秸秆压块过程的试验研究

以9YK-0.4D型环模式压块机模孔的结构参数为依据,自行设计了试验装置,在WDW-10E型微机控制电子式万能试验机上进行压缩试验,并利用电测技术对压块过程中秸秆在模孔内不同位置的受力、变形量和变形恢复量等参数进行测试研究,获得了相应的变化规律。试验结果表明:各次压缩过程的轴向压缩力与压缩量之间呈现指数关系变化;在同一平面上,径向压缩力与压缩量之间也呈现指数关系,且其与轴向压缩力之间呈现线性关系;对于某次压缩过程而言,侧壁压缩力在3个不同压缩平面上的变化范围明显不同;各块状秸秆经过多次压缩后其变形量和变形恢复量几乎为0,功率消耗主要用来克服压块过程中秸秆在模孔内的高压摩擦,而不是其本身的变形所消耗的能量。这对压块机压缩装置的设计和优化具有重要参考价值,对降低压块机的功率消耗和提高压块后的产品质量等也有重要意义。     

水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

农作物固体废弃物致密成型燃料能量学对比分析

选取主要农作物固体废弃物为研究对象,综合考虑其热力学特性以及成型设备工程技术参数,对农作物的固体废弃物致密成型燃料与煤的能量学进行了比较研究。结果表明,对于秸秆类的固体废弃物致密成型燃料,由于其生产耗能高,仅当煤从生产地到使用地之间的输送距离超过4 000 km时,此类固体废弃物致密成型燃料与煤具有近似同等的能量竞争力;而对于果壳类的固体废弃物致密成型燃料,其生产耗能较低,临界输送距离较短。当煤从生产地到使用地之间的输送距离超过2200 km时,基于果壳类的固体废弃物致密成型燃料比煤更有能量优势;当煤从生产地到使用地之间的输送距离处于1500～2200 km时,基于果壳类的固体废弃物致密成型燃料与煤具有近似同等的能量竞争力;当煤从生产地到使用地之间的输送距离小于1000 km时,则基于果壳类的固体废弃物致密成型燃料失去了能量优势。