秸秆压块饲料机成型区的研究与分析

【摘要】： 本文以玉米秸秆压块饲料为研究着眼点，对玉米秸秆的结构特性，压缩特性、流动规律进行了研究和分析，对成型秸秆的特性进行了测定，并对秸秆在机械压扎成型区秸秆的运动情况进行了动态模拟。 首先通过对我国秸秆的利用现状，以及畜牧业存在的问题出发论述了秸秆压块的意义，本文认为我国各类农作物秸秆资源十分丰富，但是秸秆利用存在着很大的弊端，焚烧的现象屡禁不止，而秸秆可以作为牛、羊等反刍动物的重要饲料资源。将丰富的作物秸秆变废为宝，转换为块状饲料，是保护生态环境，促进农业可持续发展的重要课题。块状饲料能提高牛、羊的采食率，消化率，对我国现在粮食紧缺，减少饲料用粮有着重要的意义。用机械加压的方法将秸秆压缩成具有一定形状、密度较大的颗粒饲料，已越来越受到人们的重视。 本文对玉米秸秆的结构特性与成分进行了分析，主要论述了秸秆的压缩特性和对秸秆的物理机械性能测试，以及对秸秆的前期处理。 论文并描述了机械压扎充型区和成型区秸秆的运动状况，并且描述了秸秆的变化规律。在进入机体的物料之间，物料与壳体之间，物料与推运器之间都发生摩擦，使机腔内温度迅速上升，当达到一定值后，粉碎秸秆中的木质素开始软化，粘结力开始增加，在一定程度上充当了成型时的粘结剂。再经过一定的压力、温度作用使物料经过成型孔后形成颗粒饲料。 通过单因素试验考察了秸秆不同含水率、不同粒度、及压缩速度对最大成型压力和密度的影响。随环模转速升高、成型孔长度的增加、原料粒度的增加成型秸秆压块密度增加；随含水率的增加压块密度增加，最大成型压力先降低后升高。 最后是计算机仿真部分，利用UG／Motion模块建立成型区机构的运动仿真模型，通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析，动态地观察成型区机构的运动状况，验证该运动机构设计的合理性，并且压轮和压模的转速、和力的变化情况及物料的运动和受力可以以图表的形式输出，同时可以方便地修改仿真模型的参数，实现驱动实体模型的更新，达到优化设计的目的。 得出结论： (1)粉碎后的秸秆在不添加任何粘结剂的情况下可经螺旋挤压成型为颗粒饲料，有利于秸秆资源的重复利用，实现秸秆的饲料化，为压块机械的发展奠定一定的基础。 (2)通过对秸秆在环模中的运动分析得出物料在压缩过程中经历三个阶段：物料的松散阶段；密度快速增长阶段；滑移阶段。 (3)通过对成形颗粒饲料进行特性测定，得出随环模转速升高、成型孔长度的增加、原料粒度的增加成型秸秆压块密度增加；随含水率的增加压块密度增加，最大成型压力先降低后升高。 (4)通过对成型区中压轮及模块的受力分析来说明设备在工作过程中的易损部件部位，并分析了目前环模材料的应用情况，为设计压模提供了理论依据。 (5)仿真系统针对性强，对秸秆压块机成型区机构的运动状态进行了动态模拟，具有很强的实用性，为秸秆饲料压块机的生产设计提供理论依据。 【关键词】：秸秆 压块饲料 粒度 成型机理 仿真
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S817.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究进展12-16
• 1.2.1 秸秆压缩理论的发展12-15
• 1.2.2 国内外压缩设备概况15-16
• 1.3 课题的研究内容和研究方法16-17
• 1.3.1 课题的研究内容16
• 1.3.2 课题的研究方法16-17
• 2 玉米秸秆的加工特性及加工前的准备17-22
• 2.1 秸秆基本物理机械特性测定17-20
• 2.1.1 秸秆的成型机理分析17
• 2.1.2 含水率的测定17-18
• 2.1.3 摩擦特性的测定18-19
• 2.1.4 滑动摩擦角的测定19
• 2.1.5 容积密度的测定19-20
• 2.2 秸秆原料机械处理要求20-22
• 2.2.1 原料切碎前的清理20
• 2.2.2 原料的切碎20
• 2.2.3 原料的暂存回性20
• 2.2.4 原料混合调质的基本要求20-21
• 2.2.5 秸秆原料的定量供给21
• 2.2.6 营养和非营养物的添加21
• 2.2.7 原料的混合搅拌21
• 2.2.8 原料的调质21-22
• 3 物料运动规律分析22-28
• 3.1 物料在充型区的运动分析22-26
• 3.1.1 秸秆挤压成型的工作原理22
• 3.1.2 秸秆螺旋挤压成型机理分析22
• 3.1.3 螺旋推运器运动学分析22-24
• 3.1.4 螺旋推运器挤压压力分析24-25
• 3.1.5 充型区参数25-26
• 3.2 物料在成型区的运动分析26-28
• 3.2.1 压缩过程分析27
• 3.2.2 压缩变形产生原因分析27-28
• 4 成型区的性能研究28-40
• 4.1 环模秸秆压块机的工作原理28-29
• 4.2 秸秆压块的成形机理分析29-30
• 4.3 成型区受力分析30-33
• 4.3.1 压轮的受力分析30-31
• 4.3.2 压模的受力分析31-32
• 4.3.3 物料的受力分析32-33
• 4.4 成型区的温度33-34
• 4.5 概念与参数34-35
• 4.5.1 压缩比和粗糙度34
• 4.5.2 环模线速度34
• 4.5.3 环模安装方式34
• 4.5.4 模棍直径比与压模转速34-35
• 4.5.5 模棍间隙35
• 4.5.6 压缩密度35
• 4.6 环模的结构与材料35-38
• 4.6.1 环模结构35-36
• 4.6.2 环模材料和强化处理36-37
• 4.6.3 失效形式及失效分析37-38
• 4.7 环模的使用和保养38-40
• 5 影响环模式粗饲料压块机成形的因素及试验分析40-48
• 5.1 试验方案40
• 5.2 测试系统40-41
• 5.3 试验结果及分析41-48
• 5.3.1 物料密度及压缩比41-42
• 5.3.2 环模的转速与压力的形成42-43
• 5.3.3 环模的直径与压辊直径对最大压力的影响43-44
• 5.3.4 原料粒度的影响44-45
• 5.3.5 原料含水率对成型的影响45-47
• 5.3.6 温度对成型的影响47-48
• 6 压块机成型区动态模拟48-59
• 6.1 动态技术简介48
• 6.2 Ug简介48-50
• 6.2.1 Modeling造型模块49
• 6.2.2 Assembly装配模块49-50
• 6.3 机械系统运动仿真的一般过程50-51
• 6.3.1 总体设计50
• 6.3.2 建立三维模型50-51
• 6.3.3 建立运动方案、设置运动环境51
• 6.3.4 运动、动力分析51
• 6.4 秸秆压块机成型区三维运动仿真51-59
• 6.4.1 零件的建模51-53
• 6.4.2 成型区的装配53-55
• 6.4.3 成型区运动分析55-59
• 7 结论59-60
• 参考文献60-65
• 在读期间发表的学术论文65-66
• 作者简历66-67
• 致谢67-68
• 附录68-72

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