轧刮式香蕉茎秆纤维提取机关键结构优化与仿真研究

发布时间：2020-11-15 00:14

　　 香蕉是一种畅销的水果在我国南方等热带地区有大面积的种植,伴随着香蕉的收获每年有大量的香蕉茎秆废弃物残留,若不及时处理会对环境造成严重污染,还会造成资源的浪费。相关研究和试验表明香蕉纤维性能优异,可用作纺织等用途。采用机械的方法提取香蕉纤维在我国发展时间较短,自动化加工还不太成熟。轧刮式香蕉茎秆纤维提取机是香蕉纤维规模化提取良好机型,但通过大量的试验发现,机器仍然存在不足,对机械的机构的优化和改进,有助于香蕉纤维机械化生产的发展。本文针对的轧刮式香蕉茎秆纤维提取机的主要优化形式是功能参数的优化和部分零部件的再设计改进。轧刮式香蕉茎秆纤维提取机以试验的形式发现,存在易堵塞、工作噪音大、碎麻现象严重等缺陷,直接影响后续纤维提取作业和提取到粗纤维的提取质量。结合纤维提取过程和实际加工要求,对香蕉茎秆纤维提取机结构及参数进行了优化改进和再设计。优化过程中借助CAD、CREO和ANSYSworkbench等设计与仿真软件,具体的优化内容包括:(1)介绍了香蕉纤维的组成、物理特性,以及待优化轧刮式香蕉茎秆纤维提取机的结构和工作原理。(2)以连续和大量试验的形式,发现纤维提取机的缺陷,并简要说明造成缺陷的原因。针对速度和动定刀间隙做补充试验,初步发现对于单片茎秆纤维提取,刀轮转速在1309r/min左右时,粗纤维的制备率和含杂率最高;在试验转速范围1100-1870r/min内,一次喂入超过3片时动定刀间隙是决定粗纤维各方面参数的主要因素。(3)通过调整电机布局等缩减整机尺寸,便于运输和使用。重新设计提取机机盖结构,一定程度减小机器工作噪音,降低排料口气流速度;并根据刀轮的优化转速,改进传动机构。提出更换防滑输送带、增大输出辊直径和改进下定刀挡板结构等方案,来解决堵塞问题。将纤维提取分为6个过程进行分析,阐述了动刀重要参数在刮削的不同过程起到的作用,并以此进行优化调节;再设计定刀结构,优化动刀安装把数至10把,安装角度为80°。(4)对动刀作结构静力学仿真分析,并提出相应的刀片改进方案,进行比较分析。结果显示改进方案在各方面更优异,是可行的。由刀轮轴的弯曲,引出对刀轮轴的模态分析,刀轮在原转速时计算得出刀轮轴极大可能发生共振而变形,刀轮的转速区间在大于2123r/min或小于1737r/min时不易发生共振,试验确定转速1300r/min在该范围内。(5)制定相应试验的方法验证了部分改进合理性,发现刀轮转速的降低对噪音的削弱效果显著、动定刀间隙大小为3.0mm最佳和输送带的更换对堵塞现象的减缓有一定帮助等。
【学位单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S226.79
【部分图文】：

轮、链轮、皮带、链条等，由电动机产生的动力经由皮带减速输送给刀轮和输入和输??出机构。由于工作过程要求纤维传递的连续性，喂入和挤压脱水辊与输出辊转速应保??持一致。纤维提取机的具体结构（郑侃，２０１４）如图３所示。??６?５?４?３?２?１??７?８?９??Ｉ收集棍，２下输出带，３上输入带，４喂入机构，５纤维提取机机构，６动力传送机构，７排料口，??８输出机构，９机架??图３轧刮式纤维提取机整机结构示意图??Ｆｉｇ?３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｌｌｉｎｇ?ａｎｄ?ｓｃｒａｐｉｎｇ?ｆｉｂｅｒ?ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｅ??２．３．２提取机工作原理??己经破切的茎秆片置于上输入带上，在摩擦力的带动下，径直输出喂入机构。带??齿的喂入辊夹住茎杆片，推入挤压夹紧辊；挤压辊之间的间隙约为０．５ｍｍ，强制脱去??茎杆片中大量水分，夹紧茎秆片使其以与辊相同的速度喂入，开始刮削。高速旋转的??刀轮，将水平喂入的茎秆片向下打击，使其进入定刀区域；动刀与定刀板（较厚，也??可称为定刀柱）之间有约２ｍｍ的间隙

Ａ?Ｂ?Ｃ?Ｄ?重复３??３。２．２试验材料和设备??对纤维提取机的性能试验于２０１４年１０月８曰至１０日在海南大学机电工程学院??精工实验室进行。试验过程记录每次试验所取茎杆大致生长状况，保证试验原材料生??长周期接近。相关研究表明香蕉茎秆呈片状，且由内而外纤维量逐渐增多、对应水分??逐渐减少，茎秆中心主干纤维量少不易刮取，最外层表皮可能损坏，因此选材为茎秆??２－５层为宜。所有试验莖秆长度选取约为１．４ｍ，水平投影宽度约０．０８ｍ?（茎秆片呈弧??形）。涉及多片茎秆片作为一个水平时，采用多层混搭，单一茎秆片处理时喂入的为??第二层或第三层（香蕉茎杆由外到内纤维含量逐渐减低，最外层一般由于破损或纤维??含量过高不用作试验）。待优化纤维提取设备为轧刮式香蕉茎秆纤维提取机，所取机??型在原理测试中认为可行，刮制的粗纤维含杂率低于２０％，粗纤维制备率超过１０％，??基本满足麻类纤维制备的标准。样机为目前较为先进的自动化纤维提取机械，为当前??香蕉纤维制备机械中正在研宄且有极大改进需求和发展前景的机械。试验过程中使用??到的已破开的香蕉茎秆片、纤维提取机、电子秤（５ｋｇ／０」ｇ）、烘干箱（２０２－ＯＳ镀锌??电热管加热）和变频器（７．５ＫＷ变频器３８０Ｖ风机水泵型）如图４所示，纤维提取过??程见图５。??

不是随着刀轮转速的增加而减小，而是在一定范围内相关，达到一定转速??后转速对制备率影响不大，而主要与动定刀间隙等相关。单片纤维提取速度补充试验??所得到的粗纤维如图６所示，分别对应的１１２２ｒ／ｍｉｎ、１３０９ｒ／ｍｉｎ和１４９６ｒ／ｍｉｎ粗纤维??图。??１７??
【参考文献】

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本文编号：2884098