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。

秸秆环模成型机设计

研究了影响秸秆成型机生产效率和吨料电耗影响的因素,拟定了秸秆成型机的传动设计方案,即采用立式结构,通过联轴器将电动机与减速机相连,环模固定在主轴上,以物料作为中间介质带动压辊转动;确定了秸秆成型机所需电动机型号以及减速器型号;对秸秆成型机压辊材料和压辊的轴系结构分别进行了选择和设计。该文着重研究了环模材料、速度、模孔有效长度、长径比,模孔形状、环模厚度、模孔排列和开孔率对成型机成型效率的影响,优化了各项结构参数,设计出了一款高效率低能耗的生物质环模成型机。

秸秆致密环模成型机模孔参数实验分析

在对自主设计的秸秆水平环模成型机模孔进行受力分析基础上,对成型过程中模孔不同位置的力、成型功率、成型燃料密度与挤压力的关系进行了研究。利用电阻应变片传感器测量出不同结构参数的模具壁各点的应变值,通过力学变换计算其对应的正压力、摩擦力,分析力的分布规律。利用MATLAB推导出模孔挤出力函数,计算挤出功率理论值,分析模具壁上的各测试点的应变数据,结果表明应变最大的点位于进料腔与成型腔相交处,应力比较集中,易形变及发生接触疲劳,导致环模失效。

基于流固耦合的环模成型机关键部件疲劳寿命分析

环模成型机是生物质燃料的主要加工设备,由于环模在生产过程中容易发生疲劳破坏,因此对其进行应力及疲劳分析具有重要意义。利用流固耦合分析法对以沙柳细枝颗粒为生产原料的环模成型机进行综合分析,通过简化压辊与环模模型,在保证结果精度的前提下缩短了仿真分析所需要的时间,采用的湍流模型能够更准确地反映出物料在成型过程中的流动特性。将流体域和固体域的结果进行耦合分析,得到了压辊和环模部件的最大变形量分别为0.608和0.600 mm,最大应力分别为30.50和90.05 MPa,均发生在压辊与环模的最小间隙处。分析得出压辊与环模的疲劳寿命云图,结果显示,在生物质成型过程中,环模在靠近模孔位置处由于应力集中更容易发生疲劳破坏,其最小寿命为3.12×10^6次。最后通过与传统应力分析方法得到的环模疲劳寿命结果进行比较,运用流固耦合分析法得到的环模疲劳寿命分析结果更加符合实际的磨损和疲劳情况,验证了运用流固耦合对环模压辊进行应力分析以及疲劳分析方法的可行性,同时为环模的研发提供了理论支持和方法借鉴。

生物质环模成型机致密成型过程振动分析

环模成型机作为生物质致密成型的主要设备,成型过程中的剧烈振动问题会影响其工作的稳定性,降低生物质的成型质量。针对环模成型机成型过程中的振动问题,根据实际工况在RecurDyn和EDEM中分别建立环模成型机的动力学仿真模型和离散元模型,通过联合仿真来模拟环模成型机的攫取过程。根据联合仿真结果,得到不同主轴转速下环模所受的挤压力情况,在有限元软件中得到环模的等效应力云图,结果表明:环模所受的最大等效应力为95.930 MPa,发生在环模模孔入口处。以环模所受最大挤压力作为载荷进行环模成型机预应力模态分析及谐响应分析。根据预应力模态分析得知,环模成型机变形主要表现为摆动及扭转。根据谐响应分析得到环模成型机在X、Y和Z方向的振幅-频率曲线,结果表明,在第1阶、第3阶和第5阶固有频率处环模成型机容易产生共振,应避免其在该激励频率附近工作。

立式环模颗粒成型机压辊性能仿真分析

立式环模颗粒成型机是一种新型生物质燃料颗粒的生产设备,采用偏心轴压辊式结构,即压辊绕轴转动,与环模接触将物料挤出,压辊成为成型机稳定工作的关键影响因素之一。基于虚拟样机仿真技术,利用有限元分析软件对压辊组件进行静态结构仿真分析,得出在正向与侧向受载情况下,压辊所受最大等效应力小于材料本身许用应力,并且压辊的最大变形量远远小于其压辊的总体尺寸,压辊的强度与刚度可以得到保证,从而验证成型机压辊的结构性能合理性。

生物质固体成型燃料环模成型技术研究进展

综合分析了国内外生物质固体成型燃料环模成型技术、成型设备及产业发展现状,比较了生物质环模颗粒成型机和生物质环模压块成型机的性能和产品,指出了生物质固体成型燃料环模技术及设备存在着基础理论薄弱、原料适应差、易损件寿命短等问题;提出了我国生物质固体成型燃料环模成型技术的发展方向。

基于DEM与MFBD双向耦合生物质成型模具疲劳寿命分析

根据环模成型机的实际攫取工况,考虑环模与压辊和物料间存在大量接触和碰撞的非线性力学行为,采用FFlex法建立柔性体动力学模型;建立环模成型机的DEM-MFBD双向耦合的模拟仿真模型,使结果更加接近实际情况。采用正交试验,分析环模转速、模辊间隙、颗粒粒径对颗粒所受压力的影响。结果表明:各因素对试验指标的影响按大小次序排列应当是最小模辊间隙、颗粒粒径、环模转速。分析不同参数对环模最大扭矩的影响,结果表明:环模转速在5~6 rad/s时,环模所受最大扭矩随着环模的转速增加而增加,而环模转速增加到6 rad/s后,环模所受最大扭矩随着环模转速的增加而减小;在颗粒粒径为2~2.4 mm时,随着颗粒粒径的增加,环模最大扭矩也不断增大。将EDEM-RecurDyn耦合得到的数据结果导入到Durability模块进行疲劳寿命分析,结果显示,环模比压辊更容易出现疲劳破坏。

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。

基于离散元-有限元耦合生物质成型模具寿命分析

以沙柳细枝颗粒为生产原料,对环模成型机进行综合分析,并根据环模成型机的实际攫取物料工况,建立环模成型机的动力学仿真模型和物料离散元模型,利用ADAMS与EDEM对沙柳细枝颗粒的攫取过程进行DEM-MBD联合仿真,解决单一软件EDEM仿真压辊不能依靠摩擦力转动的问题,使仿真结果更加接近实际情况,并对仿真结果进行分析。结果表明:当环模转速为3~5 r·s^(-1)时,颗粒所受最大压力随着环模转速的增加而增加,而当环模转速增大至5 r·s^(-1)后,颗粒所受最大压力随着环模转速的增加而减小。将离散元与有限元进行耦合,对环模成型机的应力和变形进行分析,结果表明:环模和压辊的最大变形量分别为0.550760和0.42516 mm,最大等效应力分别为79.0710和32.6810 MPa,均发生在环模与压辊的最小间隙处。使用Ncode Designlife疲劳分析软件分析环模和压辊的疲劳寿命云图,结果表明环模较压辊更容易发生疲劳破坏。