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《沈阳农业大学》 2012年
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生物质颗粒燃料制粒机数字化设计及试验研究

高微  
【摘要】:农作物秸秆固化成型技术以及成型机械设备的研究对于推动秸秆资源综合利用和加速建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。秸秆颗粒燃料环模制粒机以生产效率高,操作简便和颗粒成型密度可调等特点适用于大规模工业化生产,其产品可代替煤和石油用于供暖和发电,具有广泛的应用前景。以发展生物质能资源化利用技术为背景,针对秸秆颗粒燃料生产中的关键机械装备,开展环模制粒机数字化设计和制粒机工作性能与影响因素间关系的试验研究,为环模制粒机的设计与应用提供理论依据和实际指导。 在分析环模制粒机设计参数对其工作性能影响的基础上,对制粒机关键部件的设计参数进行研究,进而确定了制粒机总体设计方案和关键部件的设计参数。以疲劳破坏理论为依据,根据制粒机压辊工作过程中的受力分析,确定了压辊数目。对数字化造型、特征与参数化造型技术和数字化装配理论进行了分析,采用基于特征的参数化造型技术建立了环模制粒机零部件的三维实体模型,确定了制粒机设计中的关键参数以及参数间关系。在此基础上进行了数字化装配,得到了环模制粒机整机的数字化模型及零部件二维工程图,为制粒机的仿真和分析奠定了基础。 根据牛顿定理和拉格朗日定理推导出制粒机多体系统动力学方程,归纳了求解方程所用微分-代数方程的求解算法。通过专用接口模块MECH/Pro将制粒机环模模型导入ADAMS/View进行动力学仿真。通过分析比较不同压辊数目下环模运动全过程中螺旋输送器所受扭矩及其与环模连接副间的作用力,得出压辊数目为4时环模受力较为合理的结论。分析并确定了环模弹塑性变形中的应力-应变关系为等向硬化的Von Mises模型条件下弹塑性增量的本构关系,建立了各变形阶段的有限元方程。利用ANSYS软件进行有限元分析,得出了秸秆制粒过程中环模上应力和位移的分布规律,为制粒机环模的设计提供了参考。 通过单因素试验和二次回归正交旋转组合试验,确定了含水率、秸秆原料粒径和发酵时间对颗粒燃料成粒率、抗跌碎强度和单位产量耗电量的影响规律,并建立了颗粒燃料成粒率、抗跌碎强度和单位产量耗电量与影响因素间关系的回归方程。经显著性检验、各因素贡献率分析及回归方程优化求解,确定了各回归方程与实际情况拟合显著,得出各试验因素对试验指标影响的重要程度及顺序,得到各因素的最优水平值并对优化分析结果进行试验验证,结果表明理论最优解与试验值吻合程度较高,为制粒机的设计和应用提供了理论依据。 以Visual C++6.0软件为开发平台,研发了环模制粒机数字化设计系统软件,实现了环模制粒机从三维实体造型、参数化设计、性能参数计算、结构性能仿真分析和人机交互等智能设计全过程。通过分析玉米秸秆颗粒燃料总成本费用,计算了环模制粒机的投资回收期与净现金流量,并对其进行经济效益、社会效益及生态效益分析,结果表明,秸秆颗粒燃料生产线具有良好的经济效益、社会效益及生态效益。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK6

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