芦苇压缩特性及其压缩打包装置设计与研究

发布时间：2020-11-18 02:04

　　 本文针对目前芦苇打捆设备压缩效率低、成型芦苇块密度低以及压缩机构易损等问题,充分考虑到国家可持续发展战略目标及芦苇物料自身所具有的经济价值性,以芦苇压缩特性为基础,展开对芦苇压缩打包装置的设计与研究。主要研究内容如下:(1)芦苇物料压缩特性的试验研究:结合国内外草物料压缩基础理论展开对芦苇物料压缩特性的理论分析与试验研究,针对13%,15%,17%三种含水率并等分的芦苇物料进行压缩试验,通过试验数据分析三种含水率的芦苇物料在压缩过程中的所受的压强与压缩位移、压强与压缩密度及压缩密度与体积模量之间的变化规律并构建其曲线图形及数学模型,针对压缩密度与体积模量关系的拟合数学模型进行优化求解,计算理论最佳压缩密度值(259kg/m~3)及对应的理论最佳压强值(0.24MPa),得出的数据为后续芦苇压缩打包装置关键部件需施加的最大压强值提供理论基础和设计参数。(2)芦苇压缩打包装置总体方案设计:以芦苇压缩特性试验得到的理论最佳压强值最为装置工作过程中方捆截面最大压缩力,对装置主要技术要求和技术参数进行设置,针对装置主要技术要求和技术参数进行设计与计算,分析压缩机构的影响因素,得出压缩活塞在压缩打包芦苇物料的过程中其所提供的压缩力F大小与压缩活塞的质量m值大小、曲柄的长度r值大小、连杆的长度L值大小、曲柄的压缩角速度值大小相关。且通过对压缩打包机构的参数化设计得出r=273mm,L=1048.5mm。压缩打包机构最小传动角(67.4。)满足设计要求。(3)芦苇压缩打包装置仿真分析:针对装置运动学分析深度探究装置基本工作原理,并针对装置在工作过程中存在的机构惯性力不平衡进行分析,提供一种部分平衡法且取平衡块质量大小11.19kg。通过对关键机构的动力学分析研究装置在空载过程中与压缩芦苇工作过程中各种几何关系,并得出关键铰接处实际工况下的受力,以及曲柄与连杆、连杆与压缩活塞在工作过程中的最大FX、FY、FZ。针对曲柄与连杆应力及位移进行分析,得出曲柄最大应变(40.912MPa)、连杆最大应变(89.102MPa),均未超过40Cr屈服强度(170MPa);曲柄最大位移(0.0811mm)、连杆最大位移(0.936mm),均小于装置整体运行尺寸。针对压缩机构进行结构内部震动模态分析与谐响应分析,得出在100.81Hz、126.11Hz、278.6Hz、321.93Hz、332.42Hz、350.35Hz时,芦苇压缩打包装置内部易发生共振现象。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S225
【部分图文】：

?????源最多，新疆芦苇区域占地面积约为全国的18%，总量约为全国26%以上。随着我国可持续发展战略的提出，让可再生能源的反复利用变得更加重要。芦苇作为我国产量可观的可再生资源，其价值可应用于造纸业、人造板业，具有较高的环保和经济价值，能够替代并缓解森林资源过度开发的状况；可用于热电产业，与泥炭或木屑共燃能释放热量，为热电厂提供燃料，而且燃烧排放污染度符合国家排放要求；可用于建筑行业，其功能可达到与砖石筑房同样的结构效果，而且还具有较好的温湿性能，大大减少传统建筑方式所需的成本[3]（如图1-1）。图1-1芦苇在造纸业、热电产业及建筑业的应用Fig.1-1Applicationofreedinpaperindustry,thermoelectricindustryandconstructionindustry芦苇在造纸业所涉及的产业的作用是其重要的价值[4]。纸制品在教育行业、工业家居生产、日常生活消耗品等各行各业中用途极其广泛。根据不完全数据统计我国在近十年来的纸制品的生产总量与消耗总量协同增长，自2012年起我国生产、消耗纸制品每年均超过1亿吨，而每生产1吨纸大约需要消耗掉7棵树材[5]，这代表着满足我国每年的纸制品需求量时需要消耗掉7亿棵树材。我国的森林资源较低，森林覆盖率仅达12.98%。因此，减少对我国森林资源的过度开发刻不容缓。而芦苇在某种程度上和树材有相同的功用，具有第二森林之称，是优质的造纸原料，大力发展芦苇制浆造纸可明显减少对森林资源的开发，能有效的解决日益增加的纸制品产业消耗带来的森林资源的保

芦苇压缩特性及其压缩打包装置设计与研究5纵观全世界的农业机械市场，可得知较为著名的农业机械品牌为美国海斯顿、纽荷兰及约翰迪尔等大型农业研发制造外企，约翰迪尔已成为农业机械产业中的龙头企业。同样比较发达的农业机械研发制造的德国，其著名的农业机械品牌有克拉斯、威力格尔等较强的农业制造公司。诸多著名公司见证了草物料压缩打包机的发展。19世纪初，著名农业科技品牌纽荷兰公司经过实验研制的圆捆草物料压缩打包机功能强大，可变压缩仓能够实现对草物料的连续捡拾并压缩打包，并且最终压缩出的草物料捆包密度高，效果好。纽荷兰公司研制的NH565[23]型方捆草物料压缩打包机采用活塞往复式压缩，活塞压缩频率为80次/min，捆包成型率高达86.5%，成型捆包密度大小一般为100-180kg/m3之间，成型捆包损失率大小一般在8%-10%之间，不间断工作的情况下捆包生产率为25捆/小时。纽荷兰公司比较具有突破性BB940和BB950[24]型草物料捡拾压缩打包机，可实现草物料在压缩打包过程的监测与控制，但存在一定的缺陷，活塞压缩频率较低。纽荷兰公司著名的草物料方捆压缩打包机和草物料圆捆压缩打包机如图1-2、图1-3所示。约翰迪尔草物料方捆压缩打包机（图1-4）和草物料圆捆压缩打包机（图1-5）在全世界范围内使用最广泛，整机工作幅宽1.7米，通过绞龙粉碎和拔叉喂入的组合方式，图1-2纽荷兰BR780方捆机图1-3纽荷兰BC5050圆捆机Fig.1-2NewHollandBC780squarebalerFig.1-3NewHollandBC5050roundbaler图1-4约翰迪尔568方捆机图1-5约翰迪尔L340圆捆机Fig.1-4JohnDeere568squarebalerFig.1-5JohnDeereL340roundbaler最大的优点是可实现在压缩打包过程中的控制调节，可针对草物料直径在81-183cm范

芦苇压缩特性及其压缩打包装置设计与研究5纵观全世界的农业机械市场，可得知较为著名的农业机械品牌为美国海斯顿、纽荷兰及约翰迪尔等大型农业研发制造外企，约翰迪尔已成为农业机械产业中的龙头企业。同样比较发达的农业机械研发制造的德国，其著名的农业机械品牌有克拉斯、威力格尔等较强的农业制造公司。诸多著名公司见证了草物料压缩打包机的发展。19世纪初，著名农业科技品牌纽荷兰公司经过实验研制的圆捆草物料压缩打包机功能强大，可变压缩仓能够实现对草物料的连续捡拾并压缩打包，并且最终压缩出的草物料捆包密度高，效果好。纽荷兰公司研制的NH565[23]型方捆草物料压缩打包机采用活塞往复式压缩，活塞压缩频率为80次/min，捆包成型率高达86.5%，成型捆包密度大小一般为100-180kg/m3之间，成型捆包损失率大小一般在8%-10%之间，不间断工作的情况下捆包生产率为25捆/小时。纽荷兰公司比较具有突破性BB940和BB950[24]型草物料捡拾压缩打包机，可实现草物料在压缩打包过程的监测与控制，但存在一定的缺陷，活塞压缩频率较低。纽荷兰公司著名的草物料方捆压缩打包机和草物料圆捆压缩打包机如图1-2、图1-3所示。约翰迪尔草物料方捆压缩打包机（图1-4）和草物料圆捆压缩打包机（图1-5）在全世界范围内使用最广泛，整机工作幅宽1.7米，通过绞龙粉碎和拔叉喂入的组合方式，图1-2纽荷兰BR780方捆机图1-3纽荷兰BC5050圆捆机Fig.1-2NewHollandBC780squarebalerFig.1-3NewHollandBC5050roundbaler图1-4约翰迪尔568方捆机图1-5约翰迪尔L340圆捆机Fig.1-4JohnDeere568squarebalerFig.1-5JohnDeereL340roundbaler最大的优点是可实现在压缩打包过程中的控制调节，可针对草物料直径在81-183cm范
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本文编号：2888206