大粒径秸秆压缩成型的有限元分析及设备设计

【摘要】：随着生产力的高速发展，人们对地球上资源的消耗也越来越大,加之世界上类似于石油、煤炭和天然气这三大不可再生资源逐渐紧缺，利用新的能源来取代常规能源必将会成为能源发展的一种趋势。而生物质能源作为一种安全、稳定的能源，在这样的能源发展趋势下具有非常广阔的发展前景。 生物质固化成型技术是一种将类似于秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后送成型设备中，然后在外力作用下压缩成需要的形状的技术。这种经过固化成型的生物质成型燃料就不仅可以作燃料直接燃烧，还可进一步加工形成生物炭。该种燃料在完全燃烧后排放的污染物很少，是一种高效、洁净的可再生生物质能源。 本课题首先通过对生物质秸秆压缩成型过程和温度控制用ANSYS有限元软件进行有限元模拟，然后对生物质秸秆材料压缩成型过程中的应力应变分布、摩擦力部分、温度场变化状态和施加载荷的影响进行分析，最后利用分析结果研发出一种工艺过程简单合理、便于推广、具有广阔发展空间的新型大粒径生物质压缩成型设备。其研究内容简要概括如下： (1)对生物质压缩过程的有限元分析 为了了解生物质成型的机理及其压缩过程的状况，我们需要了解生物质压缩过程的内部位移规律以及内部应力分布。首先对生物质压缩过程进行了有限元分析，再应用有限元分析软件模拟生物质压缩成型时的状态变化，最后从模拟结果的显示来分析生物质燃料在挤压时发生的变形情况。 (2)压缩成型过程中温度场的有限元模拟分析 通过对成型区温度场的模拟，得到原料在不同温度下变化情况，结果表明在加热温度为250℃左右时玉米秸秆成型较容易。这种结果为实际操作生产中控制加热温度提供了可借鉴的数据。 (3)大粒径秸秆压缩成型机的总体结构设计 通过深入分析成型机的功能，研究压缩成型的工艺流程，根据成型机对各个功能的不同要求和热压成型的原理，设计了成型机的结构。成型装备主要有送料系统、挤压切断系统、保型系统等组成，并通过液压系统和电控系统进行驱动控制。 总之，在有限元分析的基础上，通过研究生物质的压缩成型技术，本课题设计了一种新型高效的大粒径秸秆压缩成型设备，其发展前景光明，在走可持续发展的道路上具有重要意义。 【关键词】：生物质能 压缩成型 ANSYS 大粒径
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S226.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 本课题的研究背景10-11
• 1.2 国内外研究状况11-15
• 1.2.1 国内研究状况11-14
• 1.2.2 国外研究状况14-15
• 1.3 研究目的和意义15
• 1.4 研究目标和内容15-17
• 1.4.1 研究目标15
• 1.4.2 研究内容15-17
• 2 大粒径生物质压缩成型的有限元模拟分析17-29
• 2.1 大粒径生物质压缩成型的原理17
• 2.2 大粒径生物质压缩成型的过程研究17-18
• 2.3 ANSYS的理论基础18-20
• 2.3.1 有限元法的基本思想18-19
• 2.3.2 有限元法的特点19
• 2.3.3 ANSYS分析的基本过程19-20
• 2.4 大粒径生物质压缩过程的ANSYS分析过程20-24
• 2.4.1 建立压缩模型21-23
• 2.4.2 接触对的建立23
• 2.4.3 施加载荷的求解23-24
• 2.5 模拟结果的分析24-28
• 2.5.1 大粒径生物质压缩过程中的内部位移规律25
• 2.5.2 应力应变的分布25-27
• 2.5.3 摩擦应力的分布27-28
• 2.6 文章小结28-29
• 3 大粒径生物质压缩成型温度场的ANSYS分析29-38
• 3.1 成型温度场的有限元分析基本理论29-30
• 3.1.1 稳态分析29
• 3.1.2 瞬态分析29-30
• 3.1.3 热辐射问题30
• 3.1.4 变相分析30
• 3.2 大粒径生物质温度场有限元分析过程30-37
• 3.2.1 定义材料、建立模型31-32
• 3.2.2 施加载荷并求解32-33
• 3.2.3 分析求解、显示结果33-37
• 3.3 文章小结37-38
• 4 大粒径生物质压缩成型的影响因素分析38-49
• 4.1 大粒径生物质燃料压缩成型的影响因素分析38-40
• 4.1.1 大粒径生物质材料的种类38
• 4.1.2 大粒径生物质材料的粒度38-39
• 4.1.3 大粒径生物质原材料的含水率39
• 4.1.4 大粒径生物质材料的加热温度39
• 4.1.5 大粒径生物质燃料的成型压力39
• 4.1.6 大粒径生物质材料的模具尺寸39-40
• 4.1.7 大粒径生物质燃料的保型时间40
• 4.1.8 大粒径生物质材料的摩擦力40
• 4.2 大粒径生物质燃料压缩的试验研究40-48
• 4.2.1 大粒径生物质燃料压缩的评价指标40-41
• 4.2.2 影响大粒径生物质材料压缩成型的因素41-42
• 4.2.3 大粒径生物质燃料压缩成型的试验方法42
• 4.2.4 大粒径生物质燃料压缩成型的试验结果与分析42-48
• 4.3 文章小结48-49
• 5 成型机的总体结构设计49-72
• 5.1 设计指导思想49-52
• 5.1.1 设计原则49
• 5.1.2 结构布局49-50
• 5.1.3 总体结构设计50-52
• 5.2 液压缸的设计52-55
• 5.2.1 活塞杆的设计52-53
• 5.2.2 液压缸型式53
• 5.2.3 初选系统工作压力53-54
• 5.2.4 系统工作情况54-55
• 5.3 液压缸尺寸参数的计算55-64
• 5.3.1 液压缸的内径56-57
• 5.3.2 液压缸主要结构尺寸和液压马达排量的确定57-61
• 5.3.3 液压缸结构参数的确定61-64
• 5.3.4 液压缸的装配64
• 5.4 液压缸的密封设计64-65
• 5.4.1 静密封的设计65
• 5.4.2 动密封的设计65
• 5.5 其他重要部分的设计65-68
• 5.5.1 支承导向的设计65-66
• 5.5.2 防尘圈的设计66
• 5.5.3 液压缸材料的选用66-67
• 5.5.4 液压泵的选择67-68
• 5.6 其它关键部分的结构设计68-71
• 5.6.1 切碎部分的设计68-69
• 5.6.2 螺旋传送部分的设计69-70
• 5.6.3 槽轮部分的设计70-71
• 5.7 文章小结71-72
• 6 总结和展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文79

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