基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题,基于仿生蜂窝状有序多模孔结构,该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理,对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取,并获取模孔网格坐标,构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型,以物料摄取量、挤压力为设计目标,对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用,实现对成型区域内物料的挤压成型,从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2~4 mm的玉米秸秆为物料,物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min,结果表明:在相同转速下,优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%,生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm^(3),抗跌碎性指数为99.4%,样机能耗为40.46 kW·h/t,该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。

基于ARIZ-91的咬合式双层辊模生物质成型机概念设计

针对现有环模压辊式生物质成型机可靠性差、辊模磨损严重、原料适应能力差等问题,文章应用发明问题解决算法(ARIZ)进行环模压辊式生物质成型机的创新概念设计。通过系统功能分析、问题模型分析、资源分析、确定最终理想解(IFR)和物理矛盾、物场分析等多个解决问题的工具,设计了咬合式双层辊模结构的新型生物质成型机。该生物质成型机采用双层压辊与双层环模相配合且辊模间隙可调式结构,并在环模块上设有加热装置;压辊和环模采用咬合式挤压结构,可以有效减少压辊和环模的磨损面积,增强压辊对物料的挤压作用。在产品概念设计中应用ARIZ,可以帮助设计人员快速明晰关键问题并提供多通道求解路径,克服传统经验、类比设计的局限,提升设计效率和质量。

内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机设计与试验

针对传统环模生物质成型机能耗高、磨损严重的问题,提出了一种环模生物质致密成型方法,并设计了内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机样机。该样机通过压辊轴上柱塞凸模与环模体上成型孔之间的类齿轮啮合运动,实现柱塞凸模对环模体成型孔内物料的挤压压缩,使松散物料形成一定密度的颗粒状物料。为适应不同的生物质物料,环模体成型孔的长径比可以进行调整。以颗粒度为1~3 mm的木屑为物料,在物料含水率为15%、压辊轴转速为60 r/min、室温条件下进行了试验。结果表明:内啮合行星轮柱塞式环模生物质成型方法可行,该样机生产率为115 kg/h、颗粒成型率96.2%、成型密度1.05 g/cm^3、机械耐久性指数97.5%、能耗约为45 kW·h/t,各项指标均达到设计要求;比其他同规格传统环模成型机能耗降低了25.4%,比螺旋挤压成型机能耗降低了50%;样机关键部件磨损降低,使用寿命得到提高。

生物质平模成型过程中力特性与数值模拟分析

应用有限体积元方法对生物质成型过程的力学特性进行分析,建立力学特性模型,并应用ANSYS有限元分析软件,对成型过程进行了数值模拟分析。通过流变特性分析,物料成型过程可分为致密、成型、保型和挤出4个阶段。成型段物料外层和内层等效应力基本相等,等效应变近似线性变化,该阶段物料主要以弹性变形为主。保型段物料应力和应变变化复杂,该段物料发生由弹性变形向塑性变形的演变。挤出段颗粒受到残余内应力作用,内外层物料的应变出现不规则的变化趋势。成型段模孔壁的接触应力最大,且基本保持不变;保型段物料弹性变形减少,接触应力逐渐降低。文章建立的力特性模型和数值模拟试验取得的结果可为成型参数控制和平模设备结构优化提供参考。

基于Pro/Mechanica的新型生物质颗粒成型机箱体结构分析及优化

将生物质可移动柱塞式环模颗粒成型机结构参数输入到Pro/Mechanica模块中,通过CAE技术对成型机箱体的虚拟结构模型进行有限元分析,研究其应力和变形情况,并对影响其力学性能的结构参数进行灵敏度分析,建立了箱体质量最轻时的数学模型。通过优化计算,得到使结构达到最佳力学性能时的参数值,并根据优化结果对原始设计进行了改进,使箱体质量减轻了22.98%,既节省材料,又使结构更加安全可靠,同时也缩短了产品开发周期,降低了生产和试验成本。

生物质颗粒机关键部件设计及有限元分析

针对生物质颗粒机在加工成型燃料过程中关键部件平模和压辊磨损后导致使用寿命短、影响生产率等问题,对压辊进行了设计并采用Ansys软件对其进行有限元分析。仿真结果表明,设计的压辊在极限工况下应力为179.24MPa,应变0.038mm,平均疲劳安全系数达到2.4,符合材料特性要求。对样机进行试验表明,采用这种结构的生物质颗粒机的能耗低、产量大、产品品质高。

对辊柱塞式成型机设计与试验

基于生物质固化成型领域活塞冲压式成型机能耗低、生产率低和模辊式成型机生产率高、能耗高的特点,提出一种新型对辊式成型方式,并设计和制造了样机。该成型机压辊圆周上均布了一系列柱塞,运行过程中压辊柱塞与环模模孔相互啮合,避免了成型孔之外的物料受到压辊的挤压与摩擦。为测试该成型机的性能,进行了正交试验研究,结果表明,该成型机的较优成型参数为:含水率15%,成型模具长径比5.25,主轴转速47.25 r/min。以木屑为原料,在较优成型参数的条件下进行了成型机性能指标的测试,结果表明,该成型机生产的成型颗粒直径为10 mm,成型颗粒密度为1.15 g/cm3,机械耐久性为96.28%,生产率为75 kg/h,能耗为56 k W·h/t,成型率为95%,工作噪声为79 d B,各项指标均达到设计要求,实现了连续稳定生产。

平模式生物质成型机压辊的改进设计

针对平模式生物质成型机的主要工作部件压辊在工作过程中的快速磨损、使用寿命较短、磨损失效后不便于更换、维修费用高等问题进行了改进设计。通过将整体式压辊改为组合式后,压辊芯和压辊齿圈可单独加工制造,只有压辊齿圈采用了合金材料,减少了合金材料的使用量,降低了成型机的制造成本,方便了压辊齿圈的维修与更换;压辊齿圈外缘的齿槽由直齿改为斜齿后,能够增大压辊与物料之间的摩擦力,提高压辊攫取物料的能力,使压辊运行更为平稳;将压辊轴承改为两个单列圆锥滚子轴承、对称安装结构后,压辊轴承的承载能力可提高近1倍,大大延长了轴承的使用寿命。通过对压辊材料的试验表明,发现使用合金结构钢27SiMn代替45号钢。

秸秆生物质平模成型机关键部件的改进设计

生物质能是一种既清洁又可再生的能源,生物质固体成型燃料技术是生物质能源转化与利用的主要发展方向之一。在分析生物质平模成型机的工作原理基础上,进行锥辊式秸秆生物质平模机总体结构设计,对锥辊、成型模孔等关键部件进行改进设计。生物质平模机的使用推广,实现了对秸秆等生物质能源有效利用,也有助于解决秸秆生物质资源浪费及污染问题。