水稻秸秆压块立式环模成型机理及挤压力试验研究

【摘要】：秸秆挤压固化成型技术是将秸秆废弃物通过挤压的方式,将松散杂乱的秸秆挤压成具有一定形状与密度的秸秆压块。目前,国内秸秆挤压成型设备主要以模压式为主,其中模辊式压块机成型效果最佳。秸秆成型挤压力作为环模秸秆压块机重要指标对优化工艺参数起至关重要的作用。本文以9JYK-2000A型环模秸秆压块机与其生产的秸秆压块为研究对象,对秸秆挤压成型过程中挤压成型力进行相关理论分析与试验研究,对秸秆压块相关物理特性进行试验研究为压块机与秸秆压块模型在ADAMS中仿真提供设置参数,对该秸秆挤压成型机成型过程中挤压力大小进行试验研究,优化挤压成型工艺参数。1)对环模孔内秸秆压块进行分段处理,针对各段小圆柱秸秆摩擦系数、刚度和密度进行试验,为ADAMS提供仿真参数。由试验数据可以看出秸秆压块从环模孔入料端至出料端,秸秆压块密度不断增大,摩擦系数不断增大,刚度系数不断增大。2)确定环模块结构参数,分段研究该环模块模孔内物料受力过程,建立物料在成型过程中挤压力数学模型。3)利用ADAMS对秸秆压块进行刚柔耦合仿真分析,通过改变主轴转速比较不同转速下秸秆成型挤压力大小,当主轴转速在170~180r/min时,秸秆成型挤压力变化幅度较小;通过分析各段秸秆压块受力曲线图和挤压变形曲线图可知,秸秆成型挤压力在传递过程中逐次递减,各段秸秆压块挤压变形量也是逐渐减小。4)对秸秆挤压成型机进行秸秆挤压力试验,以主轴转速、含水率、稻壳含量和秸秆长度为试验因素,以秸秆成型挤压力为试验指标,进行单因素和正交旋转组合试验,结果表明各因素对秸秆成型挤压力贡献率主次顺序依次为:含水率秸秆长度稻壳含量主轴转速;当主轴转速为170r/min、含水率为20%、稻壳含量为30%、秸秆长度为15mm时,秸秆压缩力为20.407kN;经试验验证,该组合下试验值与试验模型预测值之间相对误差平均值为1.94%,可以为环模秸秆压块机成型机理研究和分析提供必要的参考。本文以水稻秸秆为成型原料进行试验研究与分析,通过推导秸秆成型过程中挤压力数学模型,为该机型设计提供理论基础支撑;利用ADAMS刚柔耦合仿真得出仿真过程中主轴转速对秸秆成型挤压力的影响规律,得出成型挤压力在秸秆压块中传递形式,以及各段秸秆柔性体在挤压过程中挤压变形规律;对秸秆成型挤压力试验数据进行分析,探讨成型因素对秸秆成型挤压力影响规律,优化成型工艺参数。为秸秆挤压成型机理研究和结构参数优化提供理论依据与参考。 【关键词】：水稻秸秆 压块 环模 仿真 成型挤压力 试验研究
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究目的和意义12-13
• 1.2 秸秆压块成型机国内外研究现状13-17
• 1.4 虚拟仿真技术在生物质固化成型机中的研究现状17-18
• 1.5 固化成型设备存在的问题18-19
• 1.6 本文主要研究内容19-20
• 1.7 本章小结20-21
• 第二章 分段水稻秸秆压块物理特性试验研究21-28
• 2.1 水稻秸秆压块分段处理21
• 2.2 分段水稻秸秆压块密度试验研究21-23
• 2.2.1 密度测定试验材料和仪器21-22
• 2.2.2 试验方法22
• 2.2.3 分段水稻秸秆压块密度测定22-23
• 2.3 分段水稻秸秆压块摩擦系数试验研究23-25
• 2.3.1 摩擦系数测定试验材料和仪器23
• 2.3.2 试验方法23-24
• 2.3.3 分段水稻秸秆压块摩擦系数的测定24-25
• 2.4 分段水稻秸秆压块刚度试验研究25-27
• 2.4.1 刚度测定试验材料和仪器25
• 2.4.2 试验方法25-26
• 2.4.3 分段水稻秸秆压块刚度测定26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 环模秸秆压块机成型理论分析28-39
• 3.1 环模秸秆压块机主要结构与成型原理28-31
• 3.1.1 环模秸秆压块机整体结构28-29
• 3.1.2 环模秸秆压块机成型原理29-31
• 3.2 秸秆挤压成型过程中环模孔受力分析31-38
• 3.2.1 环模秸秆压块机环模块参数确定31-32
• 3.2.2 环模孔内物料受力分析32-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 基于ADAMS秸秆压块成型过程仿真39-52
• 4.1 建立分段秸秆柔性体模型39-41
• 4.1.1 建立分段秸秆模型39-40
• 4.1.2 秸秆压块柔性化40-41
• 4.2 建立环模秸秆压块机仿真虚拟样机模型41-44
• 4.2.1 环模秸秆压块机虚拟样机建立41-42
• 4.2.2 添加约束与驱动42-44
• 4.3 仿真分析44-50
• 4.3.1 不同转速下秸秆成型挤压力分析45-47
• 4.3.2 不同秸秆段受力分析47-49
• 4.3.3 不同秸秆段挤压变形分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 秸秆成型挤压力试验研究52-67
• 5.0 秸秆成型挤压力试验方案设计52-54
• 5.1 秸秆成型挤压力试验材料及设备54
• 5.2 试验方法54-55
• 5.3 单因素效应分析55-58
• 5.3.1 主轴转速对秸秆成型挤压力的影响55-56
• 5.3.2 含水率对秸秆成型挤压力的影响56-57
• 5.3.3 稻壳含量对秸秆成型挤压力的影响57
• 5.3.4 秸秆长度对秸秆成型挤压力的影响57-58
• 5.4 因素交互作用效应分析58-66
• 5.4.1 试验设计58-59
• 5.4.2 试验结果与分析59-60
• 5.4.3 试验指标回归模型建立与分析60-61
• 5.4.4 各因素对秸秆成型挤压力影响主次分析61
• 5.4.5 各因素对秸秆成型挤压力影响规律61-65
• 5.4.6 优化分析与试验论证65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-70
• 6.1 研究总结67-68
• 6.2 工作展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 参与课题与取得成果75

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