悬挂式森林细小生物质颗粒燃料成型机的设计与研究

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。