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。     

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。     

立式双层孔环模生物质压块机设计与试验

针对目前环模压块机存在生产率低、能耗高等问题,该文采用立式环模原理和双层孔环模结构,创新设计了双层孔模块及对应的压辊,双层环模模块两边线夹角8°,模孔偏心角4.3°,双模孔中心线夹角10°。样机完成后进行了生产性试验,结果表明:压块机生产率为2.39 t/h,吨料能耗55.86 k W·h/t,成型率为96%以上,成型密度为1.1 g/cm3以上,各项指标均达到设计及标准要求;对比于单层环模的立式环模生物质成型机生产参数,该创新设计的设备性能有所提高;设备自身下层环模与上层环模相比,成型率、生产率均有提高,差异不大。该立式双层环模压块机提高了生产率和产品质量,为中国生物质成型燃料产业化的发展提供装备保障。     

秸秆成型燃料生产应用的关键问题探讨

秸秆成型燃料(straw densification briquetting fuel,SDBF)的研究在中国已有二十多年的历史,但中国SDBF现有的年产量仅有十多万吨,是中国原料年产量的万分之一,是世界年产量的2.5%,形成这种局面的主要原因是生产中的几个关键问题一直没有受到重视.通过十余年的潜心研究,作者认为:要在中国实现SDBF规模化生产,必须认真解决好四个问题:一是资源收集和储运的高成本问题;二是成型机快速磨损问题;三是燃烧设备中受热面飞灰沉积和腐蚀问题;四是原材料脱水问题.该文在分析SDBF成型机理和实际应用案例的基础上,对四个问题的影响因素和成因进行了探讨,提出了解决这些技术难题的办法和中国生物质成型燃料规模化发展的模式和建议.     

秸秆还田机工作机理与参数分析

应用自制的秸秆粉碎工作部件试验台,进行了不同工作参数对工作性能的影响试验,根据试验结果和工作机理分析,给出了喂入口高度、留茬高度、工作腔间隙、甩刀切割线速度和甩刀结构参数等主要工作参数。     

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。     

秸秆制作成型燃料的试验研究

秸秆经热压成型,密度可达到1.2～1.4g/cm³;燃烧性能优于木材近似中质烟煤,其燃烧效率比散烧提高一倍左右,是一种便于运输、贮存的高品位能源,本文对秸秆成型的机理进行了初步探讨,提出了螺旋挤压成型过程中原料压力变化的力学模型。对成型块的燃烧特性参数进行了测试分析。     

玉米秸秆粉料单模孔致密成型过程离散元模拟

为模拟粉碎后的玉米秸秆在单向受压状态下的力学行为,参照实际单模孔致密成型实验,建立了基于软球模型的秸秆粉料颗粒体系三维离散元模型,其约束边界条件与成型实验几何边界形态及尺寸一致。进行模拟分析时,颗粒接触模型的力学特性参数,如颗粒间法向刚度系数kn,切向刚度系数ks及摩擦系数μ,利用离散元模拟程序调试得出参数取值范围。将模拟得到的结果与实验测试数据进行比对与假设检验验证,结果显示数据一致性较好。得出离散元模拟时颗粒间力学特性参数最佳取值范围,分别为法向刚度系数(1.2~1.8)×104 N/m,切向刚度系数(0.8~1.3)×104 N/m,摩擦系数0.10~0.12。通过分析不同压缩位移、不同孔径以及不同锥角下的压缩与应力松弛曲线,建议成型模具孔径Φd=8 mm,锥角θ=45°,且应尽量增大压缩位移以防止秸秆成型块发生松散。离散单元法为研究玉米秸秆粉料致密过程力学行为提供了一种有效的分析手段。     

PTFE基复合材料的土壤粘附与磨料磨损的研究

研究了Al₂O₃颗粒填充PTFE和PTFE+50％(wt)PPS基复合材料表面上水的润湿及土壤粘附和磨料磨损特性。加入适当含量和一定尺寸的Al₂O₃粒子可提高水的前进接触角θ_a并使减粘性能保持在较高水平。PTFE(+PPS)—Al₂O₃复合材料表面在憎水性和非光滑性方面与某些土壤动物体表有相似特性。适量Al₂O₃粒子的弥散可明显提高复合材料的耐磨料磨损性能,且PPS可进一步改进复合材料的耐磨性。     

秸秆碎料凸向模压成型流变特性的试验研究

采用模拟压缩的方法,研究了低密度秸秆碎料凸向模压成型的流变特性及主要影响因素。结果表明,凸向模压成型时物料充填具有不均匀性和压缩时序性。物料流变以纵向为主,横向流变使充填趋于均匀。横向位移受物料形态影响最大,其次是装料高度和斜面倾角。     

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。     

玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究

秸秆育苗种坨是以玉米秸秆作为主要成分,添加牛粪、无机络合物、聚丙烯酸钠、硫酸亚铁等辅料研磨后作为育苗基质,将种子和基质一次性压制成型,也可将种子种植于种坨种植孔内,在满足种子发芽生长的温度和湿度条件下,育苗后直接移栽的新型块状育苗技术.种坨育苗不仅能够定养定肥、省去配肥加药环节,而且具有直接移栽不伤根、无需缓苗、省去装...     

硼铬稀土共渗对提高钢的耐磨粒磨损性能的试验研究

研究了采用固体硼铬稀土共渗工艺（一种新的金属表面硬化工艺）,得到硬化层硼铬稀土共渗层的组织,脆性和耐磨粒磨损特性均得到改善。并进行了应用试验。结果表明,硼铬稀土共渗层在保留了渗硼层高硬度的同时,明显降低了脆性,可使共渗层的耐磨粒磨损性能比渗硼层提高０．３１～０．６８倍,且应用效果显著。研究结果对农业机械零件表面硬化工艺的选择具有指导作用。     

狗猪鹿牙齿的高耐磨特性对比

为解决土壤工作部件磨损严重的问题,该文以狗牙、猪牙、鹿牙为研究对象,采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了狗牙、猪牙、鹿牙的摩擦学性能,通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度,利用扫描电子显微镜观察狗牙、猪牙、鹿牙的磨损形貌,利用纳米压痕仪分别对狗牙、猪牙、鹿牙进行力学性能试验,测试其纳米硬度和弹性模量。试验表明：狗牙釉质磨斑表面磨屑剥落严重、附着大量的细小磨粒、有明显的龟裂现象,磨损体积为1.91×107 μm3,猪牙釉质磨斑表面主要是磨屑剥落,磨损体积为1.56×107 μm3,鹿牙釉质磨斑表面也表现为磨屑剥落,磨损程度比猪牙齿的轻,磨损体积为1.39×107 μm3;牙齿的耐磨性与其硬度密切相关;鹿牙釉质的耐磨性、纳米硬度和弹性模量最大,狗牙釉质的最小。该文以动物牙齿为仿生原型,为耐磨触土部件的研发提供新的参考方向和理论依据。     

牛鲨牙齿微观结构组成和摩擦磨损特性

为研究牛鲨咬合力大的原因,并以牛鲨牙齿为原型设计仿生刀具,以牛鲨上颌齿和下颌齿为研究对象,利用扫描电子显微镜观察牛鲨牙齿的微观结构,利用能谱仪测试牙齿的元素组成。采用微观摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了牛鲨上颌齿、下颌齿的摩擦学性能,通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度,利用扫描电子显微镜观察牛鲨牙齿的磨损形貌。试验表明:釉质层由条状纤维束形成致密的结构,本质层为多孔结构,孔径范围在3~20μm,这些孔洞呈不规则的排布;能谱仪测试结果中,牛鲨牙釉质比牙本质中Ca、F含量高,氟和钙的组合效应可以帮助其在生存环境下有更好的耐酸性和硬度。牛鲨上下颌齿牙釉质磨斑表面有片状磨屑剥落,且有大量的细小磨粒,上颌齿磨损体积约为1.72×10~7μm~3,主要是磨粒磨损;下颌齿出现明显裂纹,磨损体积约为2.11×10~7μm~3,比上颌齿的磨损体积大。上述结果为新型刀具的仿生设计提供理论依据。     

少免耕对小麦/玉米农田玉米还田秸秆腐解的影响

为了研究高产灌溉条件下土壤耕作模式对还田玉米秸秆腐解的影响,在山东龙口采用4种土壤耕作模式（常规耕作秸秆还田、旋耕秸秆还田、耙耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖）进行了一年两季田间试验,测定了秸秆腐解率、秸秆腐解速率和秸秆的纤维素含量。结果表明：秸秆腐解速率与土壤温度具有显著的相关性。旋耕秸秆还田和耙耕秸秆还田两种少耕模式和常规耕作秸秆还田模式的秸秆腐解率、平均秸秆腐解速率无显著差异,说明少耕模式并不因减少耕作程序而降低作物秸秆在田间的腐解。免耕模式的秸秆腐解率和腐解速度显著低于以上3种耕作模式,经过小麦和玉米两个生长季节后仍有37.78%的玉米秸秆剩余,而且秸秆中纤维素质量分数为20.69%,腐解质量差,会对下年作物的出苗产生 影响。     

基于响应面法的玉米秸秆成型工艺优化

为了研究玉米秸秆成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳的工艺参数,该文采用5因素的响应面试验设计研究了原料水分(8%~24%)、温度(50~150℃)、压缩速度(10~50 mm/min)、压力(51.0~127.4 MPa)、保压时间(10~50 s)5个成型参数对玉米秸秆成型颗粒的松弛密度、Meyer强度以及压缩比能耗3个成型技术指标的影响,建立了响应面模型,结合成型燃料标准,获得了最佳的工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。试验结果表明:在选取试验参数范围内,温度、原料水分、压力均会对技术指标产生较大影响;而压缩速度和保压时间所产生的影响相对较小。最优化的工艺参数(压力、温度、水分)为:4 k N(51.0 MPa)、110.8℃、17%,在该参数组合下的验证试验结果为:松弛密度为1031 kg/m~3,Meyer强度为27.1 N/m~2,比能耗为10.03 k J/kg。该研究可为秸秆生物质成型燃料制备产业提供参考。     

碳化钨颗粒─高铬铸铁表面耐磨复合材料的试验研究

为提高农机具的耐磨性,采用铸造表面合金化工艺在铸铁表面获得一层碳化钨颗粒－高铬铸铁复合材料,并研究了影响复合材料质量的因素及其耐磨粒磨损性能。结果表明,对表面复合材料质量最有影响的是铁水的浇注温度;与淬火６５Ｍｎ钢相比,复合材料的耐磨粒磨损性能提高了１．８～５．３倍。田间试验也表明,在灰铸铁表面铸造耐磨复合材料工艺能明显提高农机具的使用寿命。     

水稻秸秆热压成型工艺参数试验研究

水稻秸秆冷压成型试验得到的成型燃料能耗较高且质量不佳,为提高水稻秸秆成型燃料质量,本次试验利用水稻秸秆成型设备,在不同成型压力、原料粒径、温度以及含水率等工艺参数条件下对水稻秸秆进行热压成型试验。通过分析成型燃料的物理性能,确定各工艺参数最佳选取范围为：粒径0~2mm、温度70~100℃、成型压力8.89～40MPa、含水率12%～25%。为进一步提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料,并通过对比试验进行研究。结果表明,混合原料可以有效提高水稻秸秆成型燃料的综合质量。     

渗碳工艺对高速液压翻转犁犁尖部件耐磨性的影响

针对在犁尖部件的局部区域堆焊硬质合金层仍无法解决现有国产犁尖整体耐磨性不足的问题,该研究对高速液压翻转犁犁尖部件整体采用渗碳-淬火-回火处理,并探讨了该工艺对犁尖微观组织与耐磨性的影响机制。研究结果表明,经渗碳-淬火-回火（Carburizing-Quenching-Tempering）工艺处理后的犁尖（CQT态犁尖）近表层最大碳质量分数约为0.70%,渗层深度约为2.5 mm,其表层组织为针状马氏体（高硬度）+残余奥氏体+少量碳化物,芯部组织则以板条马氏体（高强韧性）为主,这与经淬火-回火（Quenching-Tempering）工艺处理后的犁尖（QT态犁尖）中的板条马氏体+先共析铁素体组织明显不同,微观组织的改善使CQT态犁尖近表层的显微硬度较QT态犁尖提高56%。同时,与QT态犁尖相比,CQT态犁尖芯部的屈服强度和抗拉强度分别提升16%和20%。摩擦磨损试验及田间试验表明,CQT态犁尖的平均摩擦系数较QT态犁尖下降约22%,耕作120 hm2后的CQT态犁尖的磨损量较QT态犁尖降低37%,这主要归因于渗碳层中含有高硬度针状马氏体及残余奥氏体的应变诱导马氏体相变的综合强化作用。此外,与QT态犁尖相比,CQT态犁尖的耐磨性更高,使其具有更大的表面积,这有利于通过减小犁尖单位面积上的载荷和摩擦放热量来减轻待磨层材料蠕变软化的倾向,从而提高CQT态犁尖的耐磨性。上述研究结果可望为改善农机触土部件的耐磨性提供可行的技术方案。