揉碎玉米秸秆螺旋输送机理研究

发布时间：2019-05-09 05:30

【摘要】：由于螺旋输送装置具有结构简单、工作可靠、成本低、便于调整和维修、密封性强以及对环境污染小等优点,在农业纤维物料的收获和加工处理领域中得到了广泛应用。但是目前对农业纤维物料螺旋输送过程的理论研究还不够深入,输送机理不明确,螺旋输送装置仍存在生产率低、功耗大、易堵塞等问题,严重影响着收获和后处理效果,制约了农业纤维物料螺旋输送装置的推广应用。针对这些问题,本文以揉碎玉米秸秆的螺旋输送理论研究和输送性能试验为切入点,对揉碎玉米秸秆的螺旋输送机理、螺旋输送装置的生产率、功耗和比功耗等进行研究。研制了螺旋输送试验台,在理论研究的基础上,对输送过程中螺旋叶片和机壳受力分布、输送过程中的轴向推力、生产率、功耗和比功耗进行了试验研究,分析了螺距、螺旋轴转速、喂入量和物料的含水率对揉碎玉米秸秆螺旋输送性能的影响。主要研究工作如下：(1)假设揉碎玉米秸秆是可压缩的连续运动体,其密度、速度、轴向应力和法向应力只沿物料的运动方向变化,并且密度是压力的函数。忽略螺旋叶片曲率以及螺旋叶片和机壳间间隙的影响。在以上假设的前提下,通过将螺旋叶片的承压面和叶片背面视为两块无限长的倾斜平行钢板,将螺旋叶片的承压面、背面和中心轴所围成的物料群视为无穷多层可压缩的微元体,取螺旋叶片任意半径处的物料微元体,建立了综合考虑揉碎玉米秸秆的可压缩性、螺距的变化和螺旋轴离心力作用的螺旋输送段的物理模型。(2)借鉴塞流理论、非塞流固体输送理论和三层非塞流固体输送理论对螺旋槽内的揉碎玉米秸秆微元体进行运动分析和受力分析,建立了物料的连续性方程和运动学方程,并对方程进行求解,得到了不同工况下物料所受压力和运动速度的数学模型,在此基础上建立了螺旋输送装置的生产率和功耗的数学模型。分析讨论了物料所受压力、运动速度、生产率和功耗随结构参数、运动参数以及物料特征参数的变化规律,为分析和计算螺距、螺旋轴转速和喂入量提供了理论依据。(3)研制了揉碎玉米秸秆特征参数测定试验台和螺旋轴转速可调、喂料量可控、螺旋叶片和机壳所受压力分布、轴向推力、生产率和功耗可精确在线测定的螺旋输送装置试验台,对物料的特征参数和输送过程进行试验研究,具体试验方法及结果如下：①揉碎玉米秸秆的含水率、密度、滑动摩擦系数、内摩擦系数及可压缩系数均会影响物料的输送性能,并且相互之间存在一定的关系。通过对揉碎玉米秸秆的特征参数进行试验研究,找到了含水率和密度对物料与接触面间摩擦系数的影响规律,含水率与物料的内摩擦系数、密度以及可压缩系数之间的关系,为分析揉碎玉米秸秆的螺旋输送机理提供了依据。②采用CX402型薄膜压力传感器测试了不同工况下螺旋叶片和机壳各部位所受压力,得到了螺旋叶片面和机壳表面压力分布的变化规律。结果表明,叶片和机壳所受压力分布受到输送长度、叶片半径、螺距、螺旋轴转速和喂入量等因素的影响,并且螺旋叶片面各部位所受压力随着输送长度、叶片半径、螺距、螺旋轴转速和喂入量的增大而增大;机壳各部位所受压力随着螺距的增大而减小,随着输送长度、螺旋轴转速和喂入量的增大而增大。③采用LDCZL-FK型环形测力传感器系统测试了不同工况下螺旋输送装置的轴向推力,结果表明,在试验参数范围内,轴向推力随螺距的增大而减小,随螺旋轴转速和喂入量的增大而增大,与压力的理论计算结果相吻合。在其它参数不变的情况下,物料的含水率越高,输送过程中的轴向推力越小。通过轴向推力试验数据修正了压力的理论模型。④试验研究了螺距、转速、喂入量和物料的含水率对螺旋输送装置生产率的影响规律,结果表明,在试验参数范围内,生产率随螺距和喂入量的增大而提高,转速在28-117r/min的范围内,随着转速的增加,生产率提高,与理论计算结果一致。在本论文试验条件下,螺旋输送装置的临界转速为117r/min。在其它参数不变的情况下,物料的含水率越高,输送装置的生产率越高。⑤试验研究了螺距、螺旋轴转速、喂入量和物料的含水率对螺旋输送装置功耗的影响规律,结果表明,在试验参数范围内,功耗随转速和喂入量的增大而增大,与理论计算结果吻合。随着螺距的增大,功耗先增大后减小。在其它参数不变的情况下,物料的含水率越高,输送功耗越小。(4)建立了螺旋输送装置比功耗的数学模型,并通过比功耗试验数据修正了该模型。在此基础上,基于比功耗越小输送性能越好的原则,对参数的水平进行了优选,以比功耗和轴向推力为试验指标进行正交试验,确定了各因素对指标影响的主次顺序及较优水平组合。试验结果表明,对螺旋输送装置比功耗影响因素的主次顺序为：转速、螺距、喂入量,较优水平组合为：螺距300mm,转速87r/min,喂入量30kg/min;对螺旋输送装置轴向推力影响因素的主次顺序为：螺距、转速、喂入量,较优水平组合为：螺距300mm,转速58r/min,喂入量l 0kg/min。本研究取得的阶段性成果可为适合输送揉碎玉米秸秆的螺旋输送装置的设计和部分参数的优选提供了理论依据,为其它农业纤维物料螺旋输送装置的设计和研究提供了参考。
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【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S226

【参考文献】