基于翻堆机功效影响因子的数学模型研究

发布时间：2020-08-07 13:32

【摘要】：科技不断进步给我们带来美好的生活,同时固体废物排放量日益增多也随之而来,成为我国当前所面临的主要环境问题之一。根据国家的绿色发展战略,在有机固废处理处置领域,无害化、资源化和绿色化的处理方式是技术研究的主要方向,好氧堆肥作为符合绿色理念的方法之一,在有机固废处理处置的领域中应用较多。在好氧堆肥工艺中为了保证物料堆体的均匀性、适宜温度和含水率等要求,需要翻堆机对物料进行翻抛,加速物料的腐熟,有效缩短污泥发酵周期。工业化应用中,翻抛是好氧堆肥过程的一个核心步骤,翻堆机是好氧堆肥系统中的核心设备。目前在全球范围内,翻堆机设计主要依据工程经验数据,理论基础极其匮乏。本次课题拟围绕翻堆机工作过程的翻抛效果和功耗两方面,采用逆向工程思维,结合现代分析研究手段,力求对现有翻堆理论加以完善。首先,通过理论计算分析得到翻堆机功效优化的初步优化数学模型,模型以寻求翻堆机功耗的最小值为首要目的,同时为了保证物料的堆肥时间和隧道式发酵仓的利用率,以物料从进仓至出仓的被翻抛次数和堆体高度作为约束条件。(?)其次,通过现场试验采集的相关数据,确定了影响因子与翻堆机功效之间真实存在的关系;通过试验值对计算模型验证,翻抛功耗误差范围13.92%~18.34%,翻抛距离误差范围10.49%~12.54%,堆体高度误差范围16.67%~20.00%,误差分析在合理的范围内;得到含水率修正系数0.95及耕深修正系数0.83,将修正系数代入初步优化数学模型中从而提出翻堆机功效的优化数学模型。最后,通过仿真软件和SPH模型设置与实际工况中一致的参数进行数值模拟,翻堆机翻抛功耗的仿真值与计算值和试验值误差分别为8.81%和6.34%,获得翻堆机翻抛功耗分析的基础模型。基于基础模型改变影响因子的取值获得翻抛功耗,对结果进行极差和方差分析,确认翻堆机行走速度为翻堆机功效的显著影响因子。本课题以翻堆机功效的优化为目标,通过一系列研究,得到了翻堆机功效的优化数学模型、仿真基础模型、翻堆机功效的影响因子以及显著因子,可以为后续翻堆机的进一步优化设计奠定理论基础,为不同工况下,面对不同的工艺需求、不同的物料属性时翻堆机的优化运行提供依据。
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;S224.2
【图文】：

基于翻堆机功效影响因子的数学模型研究

滚筒式翻堆机外观示意图

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机械科学研究总院硕士学位论文.2 物料翻抛后的运动路径翻堆机对物料进行翻抛的过程中，刀齿端点所做运动是由翻堆机的前进运随滚筒的旋转运动同步进行形成的。假设刀齿随滚筒运动的转速是恒定恒定速度随翻堆机前进，则刀齿端点将会进行一种摆线运动，如图 2-1 所

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（c） 1 时刀齿端点的运动轨迹曲线图 2-2 λ在不同取值时刀齿端点的运动轨迹翻堆机刀齿端点运动半径为 0.8m，转动速度为 2.5πrad/s 时 1、等于 1 和大于 1 三种不同情况时刀齿端点的运动轨迹λ≤1 时，刀齿端点的轨迹是一种周期性摆线，但是在每个域，因此在这种情况下翻堆机的工作存在漏抛区域；当 λ动轨迹是余摆线，每个周期曲线之间有重合部分，因此不存在作的实际工程中，翻堆机滚筒的转速值远远大于前进速度值大于 1，这就保证了翻堆机在工作的过程中理论上不会出现的工作运行。堆机刀齿端点的运动方程对时间 1进行求导，可得刀齿端点程[15]，同时可以求出刀齿端点的绝对速度和方向： = ( λsin 1)

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