秸稈壓塊成型因素與壓模腔體的優(yōu)化研究

【摘要】：為了獲得大麥、燕麥、油菜及小麥秸稈原料的壓縮特性,本文通過搭建秸稈壓縮試驗臺、“半開式”壓縮試驗臺、中試生產(chǎn)試驗臺,以及建立有限元分析模型,進行所選秸稈原料在不同含水率、粒徑及載荷下的壓縮與應(yīng)力松弛特性研究,探討了壓模腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓縮過程的影響。原料壓縮特性試驗表明,含水率越高(15%)和粒徑越小(篩孔直徑19.05 mm)在較高壓縮載荷(14.06 MPa)下,壓縮密度越大。含水率的增加,使得草粉更易壓縮,成型所需能量較少；粒徑增加,壓縮能耗越多。對比Walker與Cooper-Eaton模型后發(fā)現(xiàn),后者對于壓縮數(shù)據(jù)的擬合度更好,更好的表達四種秸稈的壓縮特性。應(yīng)力松弛現(xiàn)象發(fā)生在壓縮過程結(jié)束的瞬間,對原料施加越大的載荷,松弛后的殘余應(yīng)力越大;壓縮后的殘余應(yīng)力在短時間內(nèi)迅速衰減,超過85%的松弛值發(fā)生在松弛開始后的1 min內(nèi)；施加載荷和粒徑越大,含水率越低,短時間內(nèi)的殘余應(yīng)力松弛速度越快。優(yōu)化改進了物料在成型腔體中的力學(xué)模型；得到了壓模角度對壓塊密度及比能耗的影響,并進行了壓縮與應(yīng)力松弛情況分析。結(jié)果表明,壓模角度對壓塊密度有著顯著性的影響；壓塊密度隨著壓模角度的增加而增大,比能耗反而減??；壓縮過程的最大成型力也隨角度的增加而增大,壓縮后的殘余應(yīng)力較大,但是衰減量也較大。利用ABAQUS有限元分析軟件,建立了秸稈材料在三種錐角(2°、4°、6°)的壓模腔體中的仿真模型。分析結(jié)果表明,隨著錐角的增加,壓縮徑向力和軸向力增加；同時徑向與軸向力的比值也增加,從而有利于物料在徑向的成型。在“壁效應(yīng)”的作用下,壓塊與壓模接觸面的應(yīng)變大于中心部分的應(yīng)變,錐角越大,該效應(yīng)越強,促進了物料的成型,但是角度過大(6°),也易使得壓塊的剪切變形量過大,壓塊外形較差,品質(zhì)下降。中試試驗結(jié)果表明,較高的含水率可以引起較大的壓縮力,而不同秸稈類型的粒徑對壓縮載荷的影響關(guān)系互不相同。較高的含水率可以有效的提高大麥、燕麥和小麥壓塊的出料效率以及降低生產(chǎn)能耗,然而對于油菜稈原料,含水率的提高反而降低了出料效率。含水率對存放一定時間后的草塊密度有著不利的影響,當存放兩周后,隨著殘余應(yīng)力的衰減和水分的揮發(fā),在較小含水率下壓縮得到的草塊可以穩(wěn)定在更高的密度。 【關(guān)鍵詞】：秸稈 壓縮 壓模腔體 壓塊機 半開式壓縮
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S216.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 問題提出與研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究情況13-24
• 1.3 研究目標與研究內(nèi)容24-25
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線25-28
• 第二章 秸稈壓塊的壓縮特性研究28-48
• 2.1 試驗因素28-29
• 2.2 試驗材料29-32
• 2.3 壓縮試驗臺設(shè)計與搭建32-33
• 2.4 秸稈壓縮特性33-39
• 2.5 壓縮模型39-44
• 2.6 比能耗44-47
• 2.7 小結(jié)47-48
• 第三章 秸稈壓塊的應(yīng)力松弛特性研究48-60
• 3.1 試驗材料與方法48-49
• 3.2 壓塊松弛特性49-53
• 3.3 松弛模型53-58
• 3.4 小結(jié)58-60
• 第四章 秸稈壓塊的壓模腔體影響試驗研究60-72
• 4.1 成型原理與材料60-62
• 4.2 試驗臺設(shè)計62-65
• 4.3 壓模力學(xué)分析65-67
• 4.4 模孔影響試驗分析67-70
• 4.5 小結(jié)70-72
• 第五章 秸稈壓塊壓縮成型有限元數(shù)值模擬72-84
• 5.1 有限元理論72-73
• 5.2 壓縮成型過程的有限元分析73-75
• 5.3 壓縮過程模具有限元分析結(jié)果75-81
• 5.4 小結(jié)81-84
• 第六章 秸稈壓塊中試試驗研究84-96
• 6.1 試驗原料84
• 6.2 試驗臺搭建84-87
• 6.3 試驗結(jié)果及分析87-94
• 6.4 小結(jié)94-96
• 第七章 結(jié)論與建議96-98
• 7.1 結(jié)論96
• 7.2 主要創(chuàng)新點96-97
• 7.3 進一步研究的建議97-98
• 參考文獻98-106
• 致謝106-108
• 作者簡歷108-109

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