东北地区秸秆压块成型特性与设备研究

【摘要】：我国东北地区具有丰富的农作物秸秆资源,生物质成型设备的规模化应用对避免资源浪费及缓解大气环境污染具有重要意义。但在东北地区,采用现有成型设备加工生物质秸秆物料时存在成品密度低、成型率低、能耗高、生产设备和模具磨损严重等问题,影响连续生产的稳定性。针对生物质区域成型特性的研究不多,造成东北地区成型设备生产规模化及利用产业化面临实际困难。因此研究东北地区秸秆类生物质的成型特性,研制适合东北地区使用的规模化成型设备具有重要意义。本文综述了生物质成型技术和设备的国内外研究现状及存在的问题,分析确定了适宜东北地区规模化生产的生物质成型设备。根据秸秆类生物质的物性以及物料粒子成型结合机制,分析生物质在常温下的成型机理；对环模成型设备的基本成型原理进行分析,研究压辊摄入物料过程的影响参数；分析物料在模孔中的受力情况,推导出模孔不同深度处物料与孔壁间压强的力学关系,并研究模孔各参数对压强的影响规律；根据以上研究,提出东北地区秸秆在环模压块成型机中的成型特性。鉴于有限元法可利用数学近似的方法模拟真实物理系统,用较简单的问题代替复杂问题并求解,不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状。本文应用ANSYS有限元分析软件,进行生物质成型过程的仿真模拟研究,验证物料在模孔内的受力变化规律,进一步分析东北地区秸秆的成型机理,研究压缩率、锥角、长径比三种模孔参数对物料受力趋势的影响。以东北地区的玉米秸秆为原料,进行秸秆挤压致密成型的正交试验,根据试验结果研究并验证模孔以及物料参数对生物质成型的实际影响；分析模孔长径比、模孔锥角、物料含水率、物料粒度对所得压块密度的显著性；并综合成本和实用性方面考虑确定最优工艺参数。在东北地区秸秆成型特性研究的基础上,分析环模成型设备基本结构及工作原理,并对环模成型机的压辊、环模及压缩室结构进行改进设计,使其更适合在东北地区稳定使用,为改进成型设备提供理论依据。 【关键词】：秸秆 生物质压块 成型燃料 环模 东北地区
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S216.2;TK6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 本文研究的目的及意义8-9
• 1.2 生物质成型技术简介9-12
• 1.2.1 生物质成型加工流程9-10
• 1.2.2 生物质成型工艺10
• 1.2.3 生物质成型设备类型10-12
• 1.3 国内外相关研究现状12-15
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-15
• 1.4 本文研究的主要内容15-16
• 2 秸秆类生物质成型机理研究16-29
• 2.1 秸秆基本物性分析16-17
• 2.1.1 秸秆的构成结构16
• 2.1.2 秸秆的基本组分及作用16-17
• 2.2 秸秆类生物质成型机理分析17-18
• 2.2.1 物料粒子运动17-18
• 2.2.2 粒子结合机制18
• 2.3 环模成型原理分析18-27
• 2.3.1 成型摄入物料过程分析18-22
• 2.3.2 模孔挤压物料成型过程分析22-27
• 2.4 东北地区秸秆成型特性分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 生物质成型过程仿真研究29-40
• 3.1 有限元分析目的及流程29-30
• 3.2 生物质成型过程仿真30-33
• 3.2.1 定义单元类型及材料30-31
• 3.2.2 建模及划分网格31
• 3.2.3 建立接触对31-32
• 3.2.4 施加载荷并求解32-33
• 3.3 仿真结果分析33-39
• 3.3.1 模孔内物料成型过程分析33-35
• 3.3.2 不同模孔参数对成型受力的影响35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 秸秆压块成型试验40-48
• 4.1 成型试验目的40
• 4.2 成型试验步骤40-43
• 4.2.1 试验设备40-41
• 4.2.2 试验材料41
• 4.2.3 试验因素41-42
• 4.2.4 试验指标42
• 4.2.5 试验方案42-43
• 4.2.6 试验过程43
• 4.3 成型试验结果及分析43-47
• 4.3.1 试验所得数据结果直观分析43-45
• 4.3.2 试验所得数据结果方差分析45-46
• 4.3.3 试验因素综合影响分析46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 环模成型设备结构改进设计48-55
• 5.1 环模成型机的基本结构及工作原理48-49
• 5.2 基于成型特性研究的结构改进设计49-52
• 5.2.1 压辊结构改进设计49
• 5.2.2 环模结构改进设计49-51
• 5.2.3 压缩室结构改进设计51-52
• 5.2.4 改进后整机结构52
• 5.3 环模关键部位的仿真分析52-53
• 5.4 本章小结53-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61-62

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