新型生物质平模成型机的研究与设计

摘要

随着资源被不断消耗，常规能源对环境的极大污染，让人们意识到了研发新型清洁能源的必要性和紧迫性。生物质能源作为一种可再生能源，具有非常大的开发价值与研究价值，生物质燃料的开发和利用是当今社会保护环境的一种重要措施，有非常大的发展前景。
　　本文以粉碎加工后的玉米秸秆作为实验和研究对象，通过对影响生物质燃料成型的影响因素进行深入分析，得出主要因素，并以此作为依据，设计并且开展了实验，采用自主设计的不同尺寸规格的模具，通过实验的方法对影响生物质燃料成型的各主要影响因素进行了探究。利用实验的方法对玉米秸秆物料的料粒度、物料的含水率、成型模具的长径比、成型模具的开口锥度以及成型模具保压孔长度对生物质燃料成型品质的影响进行研究，通过对实验所得到的玉米秸秆致密成型棒料的松弛密度进行测定以及对其表面质量进行观测，得出最优的工艺条件：预热温度T=80℃、成型压力P=10MPa左右、成型模具锥度TA=10°、保压孔长度L=30mm、成型模具长径比AP=5:1、物料料粒度S≤3.5mm、物料含水率M=16％时，成型燃料的品质最好。
　　针对实验所获得的成型燃料，通过跌碎试验以及渗水性试验对其抗跌碎性以及抗渗水性方面的物理特性进行测试研究，以此来检验成型燃料在实际情况下运输以及存放等的性能。对生物质燃料的成型机理进行了理论分析和研究，并借助扫描电子显微镜（SEM）对生物质燃料的微观形貌进行了观测并对其加以描述，从微观的角度对其成型机理加以探究，并对比了不同成型条件下生物质燃料横、纵截面的微观形貌，更加深入地探索其最佳成型工艺。
　　依据实验所获取的最优工艺条件以及对生物质燃料成型机理以及微观形貌的探究，设计了一种新型生物质平模成型机。成型机的平模板引入斜面设计，有利于物料在平模板上的均匀分布，并且把平模板设计成双面对称，提高了平模板的利用率。采用平行分度凸轮机构作为切料装置，对燃料进行间歇性切料。采用三个压辊同时工作的设计使成型速度大大提升。在压辊的轴的末端，引入齿轮齿条机构，对压辊上凸模与平模板上成型孔提供了精确啮合，提高成型机的运行效率。并且利用三维软件Creo将设计好的成型机建立了数字化样机。
　　利用有限元分析软件ANSYS对生物质燃料在单模孔内的成型过程进行了模拟，分析了成型过程中模具以及物料的应力分布情况，为生物质燃料的成型工艺以及成型模具的优化提供参考。基于平模所使用的40Cr钢S-N曲线以及其损伤机理，利用ANSYS Workbench的Fatigue Tool模块对平模板的疲劳寿命进行了分析。
　　通过对生物质燃料成型开展了理论分析、实验、测试以及数值模拟，本课题为生物质燃料优化成型工艺以及生物质燃料成型设备的开发提供了参考和借鉴。

目录

1 绪论

1.1生物质能源研究的意义

1.2 生物质燃料加工成型技术国内外研究现状

1.3 研究的目的和内容

2 生物质燃料成型工艺的实验研究与分析

2.1 生物质燃料成型的主要影响因素

2.2 实验的目的及意义

2.3 实验设备及原料

2.4 实验方法及内容

2.5 实验结果及分析

2.6 小结

3 生物质燃料物理特性及成型机理研究

3.1 生物质燃料物理特性研究

3.2 生物质燃料成型机理

3.3 生物质成型燃料微观结构实验研究

3.4 小结

4 生物质平模成型机的设计

4.1 生物质平模成型机总体方案

4.2 成型装置的设计

4.3 传动装置

4.4 切料装置

4.5 预热装置

4.6进料装置及机架

4.7 成型机数字化样机

4.8 小结

5 生物质燃料成型过程分析及平模板疲劳分析

5.1 生物质燃料成型过程有限元分析

5.2 平模疲劳分析

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

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