生物质压块成型影响因素及成型机动态分析

发布时间：2020-08-20 18:24

【摘要】：固体成型技术可使松散的生物质致密化,提高生物质能量密度和燃烧特性,同时也能解决生物质储运难题,是实现生物质综合化、规模化利用的重要技术手段。但是目前该技术发展存在一些瓶颈,如成型产品质量不稳定,产量低,设备振动大、能耗较高等问题。因此,开展相关生物质固化成型技术的研究对于生物质能源的利用具有重要意义。本文以环模压块成型技术为研究对象,在分析压缩过程中生物质粒子形变的基础上,根据环模压块成型工艺特点,得出压块成型过程中生物质粒子的主要粘结机制。在此基础上,对成型机压辊、搅龙等部件的受力进行了理论分析,得出了其载荷变化规律以及关键部件结构对成型机稳定性的影响,结合碾切成型理论,确定了成型机优化改进方案。为获得生物质压块成型规律,本文以生物质种类、含水率,成型机模孔结构以及辊模间隙和压辊转速为试验参数,以成型块松弛密度、成型单位能耗、生产率和成型率为评价指标,进行了相关试验。结果表明：随含水率的增加,玉米秸、棉柴和稻秸的松弛密度、成型率、单位能耗均呈下降趋势,而生产率呈上升趋势,综合考虑上述指标间的关系,原料含水率在20%-25%之间时,成型块质量和成型经济型指标较好；压辊转速和辊模间隙影响生物质在模孔中的滞留时间,而滞留时间决定着成型块密度、成型率和生产率,通过对试验数据的极差分析,得出适合成型的最佳压辊转速与辊模间隙分别为200r/min和2.5mm。为压块成型技术的提升优化和碾切成型理论的完善提供数据支撑。主轴系统动态特性不仅影响相关部件的寿命而且影响着成型产品的质量,本文首先建立主轴系统的运动学方程和质量矩阵,基于有限元理论对其振动响应特性进行模拟计算,深入分析了主轴系统的各阶模态和阵型,优化主轴系统结构布局能有效避开工作频率,减小压辊位移,提高主轴系统刚性和抗振性；得到主轴系统最大响应应力与最大响应位移随频率的变化规律,压辊安装处对应的主轴段最大位移为0.696mm,最大应力为140MPa,远远小于主轴的许用应力600MPa,满足材料静强度要求。工作频率下,优化后主轴系统的最大的位移为0.066mm,相比优化前减小了两个数量级,主轴系统最大应力为26.7MPa,小于材料的许用应力基于成型机主轴的S-N曲线以及疲劳损伤累积原理,采用名义应力法建立成型机主轴疲劳寿命模型,对成型机主轴进行了疲劳寿命分析,结果表明：主轴最小寿命8.4×105出现在截面突变处,与最大应力出现位置一致,安全系数最小值仅为0.99,不满足主轴疲劳强度要求；对主轴进行优化后,最小安全系数增加至2.3,满足疲劳强度要求,且疲劳敏感性降低。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK6

【参考文献】