新型滑块柱塞式生物质成型机的设计与关键部件动力学仿真分析

发布时间：2020-10-29 12:22

　　 针对我国生物质固化成型设备磨损严重以及功耗过高的特点,总结分析了传统生物质成型设备的缺陷,借鉴了近几年来生物质固化成型技术的实验研究结果以及机床滑轨设计中的经验,在已经授权的新型滑块柱塞式生物质成型机(专利号CN201710293687.6)成型原理上,对其进行更为完善的建模分析、结构设计以及关键部件的动力学分析。通过机床中常用到的滚动导轨块来减小部件之间相互运动产生的摩擦,通过偏心轮的转动实现生物质燃料的压缩,减小了生物质固化成型过程中不必要的损耗。在新型滑块柱塞式成型机的设计部分,结合现有的研究结果与机械设计方法,通过综合分析确定了柱塞的运动方程以及关键零部件的尺寸,借助Origin曲线拟合的功能,对柱塞冲压式生物质固化成型设备的运行功率进行了综合计算,得到了在理想状态下成型机的额定功率,避免了传统设计中凭经验进行动力配比所造成的误差。并且求出了柱塞的生产率模型以及能耗模型,然后借助Solidworks完成了整机的三维建模。在完成滑块柱塞式成型机建模的基础上,借助有限元分析软件ANSYS、多体动力学仿真软件ADAMS,对滑块柱塞式成型机的主要传动装置进行了静力学分析,运动学分析以及动力学分析,并且通过ANSYS生成了柱塞框架的柔性体导入到ADAMS中进行了刚柔耦合的动力学分析,得到了以下分析结果:1通过主传动装置的运动学分析,得到了柱塞的运动特性曲线,其速度与位移曲线均与理论计算中推导出的结果一致。2通过动力学分析结果,得到了主传动装置发生接触部件之间的接触力大小并据此确定了滚动导轨块的选型。同时,在动力学仿真时设置了部件之间的接触以及摩擦,所以得出了整机的实际额定功率为2.1kW,最大生产率为60.48kg/h,能耗为34.72kW·h/t,对比传统柱塞冲压式成型机70kW·h/t的能耗来说,其能耗得到了明显的降低。3.通过刚柔耦合的动力学分析,得到了柱塞框架的模态信息,通过对比输入转速的激励频率,显示两者之间频率不相等,所以不会发生共振。提取了柱塞框架上的十个关键点,得到了这些点受到应力最大时成型机运转的时刻和这些点所处的位置,发现这些点都处在同一时刻,并提取出了此时刻柱塞框架的瞬态应力云图,最后导出了柱塞框架在整个运动过程中的载荷文件,为后期的进一步优化提供了分析基础。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

筒的外部一般安装有加热装置（通常为加热线圈）来使得生物质中的木质素、纤维素软化从而获得更好的成型效果，最后挤出的生物质棒状燃料会因为重力的作用自由脱落。图1.1 螺旋挤压式成型机

平模成型机

相较于直筒式的成型模具，带锥角的成型模具能够增大摩料的质量[48]；而为了得到更好的生物质固体燃料，根据理论研究，秸压缩次数为 2~6 次[49]，模具开口锥度为 14°，长径比为 5。根据生物质理想运行条件，假设放入成型机的原料都能被压缩出成型机，即：2 2000SD dt （式：S 为套筒长度，mm；D 表示成型模具入口内径，mm； 0表示原料g·cm-3；S0表示成品燃料的平均长度，mm；t0表示压缩每个成品燃料次数，次； 表示成型模具的出口内径，mm； 表示成品的密度，g·
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本文编号：2860894