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典型生物质材料削片合格率灰色模型与切削力研究

袁湘月  
【摘要】: 灌木、枝条、秸秆等生物质材料是当前加工生物质成型燃料的主要原料,其削片规格大小直接影响到成型燃料的质量,因此,原料的削片粉碎是致密成型预处理中最基本的工序。 本研究的主要内容和结论如下: 1.根据制备生物质常温成型燃料对削片规格(该削片尺寸规格有别于造纸、人造板行业的木片规格)的要求,结合灌木、枝条、秸秆类生物质材料(主要为φ20mm以下)的特性,并借鉴目前国内使用的削片及粉碎设备的结构参数,自主研制一台生物质削片粉碎机,用于制备和研究颗粒度为10mm以下的削片颗粒,并通过试验进一步完善其工作性能。 2.通过改变原料含水率、切削速度、切削间隙等因素对削片质量进行试验研究,并对数据进行方差分析和灰色关联度分析。方差分析结果表明,原料含水率对试验中四种生物质材料的削片合格率影响均高度显著,切削转速对芦竹的削片合格率有一定影响,对其他三种材料的削片合格率影响高度显著;切削间隙对芦竹的削片合格率影响高度显著,对四倍体刺槐、杨树枝丫的削片合格率影响显著,对柠条的削片合格率基本没有影响。灰色关联度分析结果显示:四倍体刺槐、柠条、杨树枝丫的关联度顺序均为:R_(切削转速)>R_(含水率)>R_(切削间隙);而芦竹的关联序为:R_(含水率)>R_(切削间隙)>R_(切削转速)。 3.用灰色理论对四种生物质材料建立了切削转速与削片合格率之间的预测模型GM(1,1),并用后验差检验准则对模型进行检验,检验结果为:该模型的精度等级为好。利用试验中四种材料的削片合格率模型预测切削转速为1595r/min时的削片合格率,最大误差为4.74%。该模型与结论可分析削片合格率在不同切削转速下的变化趋势,还可预测近一段时期内的削片质量的发展情况,对实际生产中产品质量的预测有一定的帮助。 4.对四种典型生物质材料的切削力进行测试和分析。利用数据采集卡和LabView软件搭建了切削力数据采集系统平台,通过切削试验记录切削力的大小,研究四倍体刺槐、芦竹、柠条、杨树枝条四种材料切削阻力的变化情况,为所设计的生物质削片粉碎机动力的正确选型和校核提供理论依据,也可为灌木收割机的研发提供参考。 5.以提高削片质量为目标,综合考虑削片粉碎机的生产效率、功率消耗、切削力及噪声指标,针对四种具体的生物质材料,利用加权平均法的评价结果,给出生物质削片粉碎机样机的合理工作参数,为今后大规模制备生物质常温成型燃料的削片颗粒奠定基础:对四倍体刺槐选用1mm切削间隙、1276r/min切削转速的切削参数;对芦竹选用含水率低于28%的材料,在切削间隙1mm、切削转速957r/min情况下进行切削;对杨树枝丫选用含水率低于15%的材料,在切削间隙3mm以下、切削转速319r/min时其木片合格率可达到81.73%;柠条的树皮含量达到26.7%,试验中韧皮部较难切断,因此在本试验范围内,要使柠条的木片合格率高于80%,其工作参数为:含水率低于26%、切削间隙1mm、切削转速1595r/min。 本文的研究将有助于生物质材料的综合利用,进一步加快生物质常温成型燃料的产业化进程,同时对制备削片的生物质削片粉碎机的设计及工作参数选择提供理论参考依据。


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