高温射流冲击苎麻开纤脱胶的压力和温度场数值模拟与试验

为了研究苎麻纤维残留胶质的射流冲击分纤脱胶机理,设计试制了高温射流冲洗试验装置,开展了单喷嘴和双喷嘴开纤脱胶试验,数值模拟了单喷嘴和双喷嘴射流冲击壁面的表面温度场、压力场分布及有效的作用区域。结果表明,当喷嘴直径为2.0 mm,进口温度为373 K时,单喷嘴射流冲击试验的较佳组合参数喷距为30 mm,进口压强为1.2 MPa,时间为16 min,测得残胶率为3.1%;以单喷嘴相同设定参数模拟了双喷嘴较佳喷嘴间距为30 mm,冲击压力范围为0.2~0.3 MPa,温度范围为320~334 K,该试验测试的喷嘴间距与数值模拟相符合,测试残胶率为3.1%,单纤维断裂强力为51.71 c N。该技术为开发新型苎麻纤维分纤洗脱设备提供技术参数。

苎麻茎秆机械分离过程力学建模与试验分析

现有苎麻茎秆机械分离技术主要核心工作部件是剥麻辊结构,试验以该核心工作部件为基础,构建了新型茎秆分离台架。苎麻茎秆分离过程是由折断和麻皮麻骨分离瞬时完成的,以此推导了辊齿对麻秆作用的折断能和分离能的关系表达式,分析了结构参数对茎秆分离的影响;在此基础上,对主要部件剥麻辊以辊转速、辊半径、辊齿数、啮合深度为试验因素,设置了L9(34)正交试验。结果表明,各因素对剥净率影响的高低排序为剥麻辊转速、啮合深度、剥麻辊齿数、剥麻辊半径,较优组合为剥麻辊转速900 r/min、啮合深度5 mm、剥麻辊齿数20个、剥麻辊半径120 mm,此时剥净率为98.42%。试验揭示了苎麻茎秆机械分离的机理,优化了剥麻技术的工艺参数,为剥麻技术的开发提供了技术支撑。

基于离散元法的苎麻茎秆分离装置仿真优化与试验

以现有剥麻机的关键机构辊齿结构为研究对象,通过分析苎麻茎秆与辊齿结构之间相互作用,建立茎秆折断分离的动力学模型,得到了辊齿转速、剥麻辊齿数及啮合深度等因素与茎秆分离力关系的表达式。运用EDEM软件建立茎秆分离与辊齿相互作用的离散元模型,利用建立的虚拟模型为仿真平台,以脱骨量和剩皮量为评价标准,采用4因素5水平的正交试验方法,对辊齿结构的参数与茎秆分离效果仿真试验分析。仿真结果表明,其影响性大小顺序为压辊转速、啮合深度、剥麻辊转速、剥麻辊齿数,最佳工作参数组合为压辊转速150r/min、啮合深度12mm、剥麻辊转速800r/min、剥麻辊齿数20。根据正交试验的最佳参数组合进行台架验证试验,茎秆分离脱骨率为98.5%。该理论研究为苎麻茎秆分离机理提供一种新的研究方法,也为研制新型苎麻茎秆分离机械设备提供理论依据。

苎麻茎叶的力学特性测试研究

为了揭示苎麻[Boehmeria nivea(L.)Gaudich.]茎叶连接力及其冲击断裂能量的分布规律,以收获期二麻为试验对象,参照GB/T 1040-2006及GB/T 1843-2008试验标准,采用HD-B604-S电脑伺服式拉力试验机与TF-2056B悬臂梁冲击试验机,对分布于不同部位的连接苎麻麻叶与茎秆的叶柄分别进行了静态拉力测试试验和动态冲击断裂试验,获取茎叶连接力和茎叶冲击断裂能。结果表明,中部茎叶连接力平均值最大,顶部次之,下部最小,茎叶连接力最大平均值为14.492 N;中部茎叶冲击断裂能平均值最大,顶部次之,下部最小,茎叶冲击断裂能最大平均值为0.042 J;中部与顶部的茎叶随叶柄直径增大,其连接力和冲击能量总体趋势逐渐增大而局部波动。该试验研究可为苎麻茎秆脱叶机构及苎麻联合收割脱叶机构设计提供理论依据。

苎麻茎秆界面力学性能试验

苎麻茎秆韧皮纤维与木质部界面相的力学行为是研制苎麻茎秆机械分离设备的核心技术参数,为揭示苎麻茎秆纤维层与木质层界面相的径向和轴向黏结力及轴向冲击分离能的变化规律,以收获期头麻为试验对象,采用HD-B604-S电脑伺服式拉力试验机与TF-2056B悬臂梁冲击试验机,对不同含水率下不同部位的苎麻茎秆进行静态拉伸剥离试验和动态冲击剥离试验。试验数据表明,苎麻茎秆下部的径向拉伸剥离力最大,最大径向剥离力平均值为1.997 7 N,随着含水率的降低径向剥离力变大;而茎秆上部的轴向拉伸剥离力最大,最大轴向剥离力平均值为163.957 0 N,随着含水率的降低轴向剥离力变小;茎秆上部的冲击剥离能最大,最大冲击剥离能平均值为0.384 0 J,随着含水率降低冲击剥离能也变小。该研究为苎麻茎秆界面力学模型的建立提供了理论支撑,也能为茎秆分离机构参数设计提供技术指导意义。

常压碱煮-温度压力水苎麻联合脱胶工艺研究

在分析和研究现有苎麻脱胶工艺的基础上,提出了常压碱煮-温度压力水苎麻联合脱胶工艺。设计了温度压力水冲洗试验装置,根据试验装置的性能参数,开展了温度、压力和时间单因素试验,分析了单因素控制条件下的取值范围。设计了三因素三水平交互作用的正交试验,对试验数据进行方差分析,获取了最佳的工艺方案。试验结果表明:当常压碱煮浴比为1∶10,冲洗脱胶的温度为90℃,压力为1.2 MPa,时间为15 min时,残胶率为3.1%,单纤维断裂强力为51.71 cN。