论文题目: 秸秆切割破碎与揉切机刀片耐用性试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 农产品加工及贮藏工程
作者: 孟海波
导师: 韩鲁佳
关键词: 秸秆,力学特性,切割,试验台,高速摄影,失效分析
文献来源: 中国农业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 农作物秸秆资源的开发利用于国于民、乃至对农业生态系统的可持续发展都具有重要意义。秸秆的机械破碎加工是秸秆饲用和实现秸秆饲料商品化生产的首要环节。秸秆破碎加工直接影响着加工机具的能量消耗,也是造成机具工作刀片材料损耗的重要原因,还会对秸秆加工质量产生影响。秸秆物料的力学性质与工程材料相比存在很大差异,是设计、改进加工机具与加工工艺的重要依据。为此,首先研制了可模拟秸秆切割破碎加工工况的秸秆力学特性研究试验台,为解决秸秆加工机具参数优化设计提供理论依据。同时,从加工刀片的材料和材料处理工艺入手,对不同材料、不同结构和不同工艺刀片的耐磨性和可靠性进行了研究,完善了设计制造工艺。 1.利用扫描电镜(SEM)观察分析了玉米秸秆的组织结构特征。采用三点弯曲法研究了玉米秸秆在弯曲载荷下的力学特性。在材料实验仪上进行了玉米秸秆弯曲断裂实验。结果表明,秸秆的力学性能与其组织结构密切相关,秸秆组织结构的差异是造成秸秆力学性能变化的内在原因。玉米秸秆弯曲断裂过程分为线性和非线性阶段;断裂过程中,玉米秸秆所需折断力最大达到215.44N,变形范围超过15mm。秸秆所需折断力的变化受到截面积、节位和存放时间的影响。 2.模拟秸秆切割破碎加工工况,研制了秸秆破碎加工试验台。试验台主要包括加速系统、力学参数采集系统、高速摄影及图像运动分析系统和总体控制系统四部分。能够实现高速切割和切割速度连续可调,自动采集力学参数、实时记录切割运动图像等功能,便于操作,安全可靠,是研究秸秆力学特性的有效工具和手段。 3.利用高速摄像机在线拍摄了秸秆切割破碎加工运动过程,采用图像运动分析系统分析了切割过程中秸秆的运动规律。切割速度、支撑方式和定刀等因素对秸秆切割破碎加工运动过程均有重要的影响。 4.利用自制的秸秆破碎加工试验台,全面研究了各项因素对玉米秸秆切割破碎加工力学特性的影响规律。对于麦秸、稻秸这类细长柔韧性高的秸秆,切割速度、动定刀间隙是切割阻力和切断率的重要影响因素,刃口的锋利程度对切断率和切割阻力也有重要影响。 5.选取影响秸秆破碎加工过程的四个主要因素,包括切割速度、动定刀间隙、切割根数和含水率,安排了四因素二次回归正交组合试验,利用SPSS计算分析,建立了切割阻力的回归模型和切断率的回归模型。采用线性加权和法对两个回归模型进行了优化。利用Matlab计算得到优化方案,确定了比较理想的秸秆破碎加工工艺条件。 6.利用9RZ-60型秸秆揉切机对加工刀片进行了磨损试验;采用扫描电镜(SEM)对刀片进行了磨损微观形貌分析和断裂刀片的成分分析与失效分析。结果表明,刀片的装机位置、刀片材料以及秸秆物料对刀片的耐磨性均有显著影响。原有刀片刃口局部材料的硬度不够,材质脆性过大,有过热现象。制造刀片的65Mn材料组织很不均匀,表明锻造后未经用以消除锻造组织不均的专门的正火处理。最后确定选用65Mn材料,采用新的热处理工艺方案,对揉切机刀片在工作室的配置方式进行了改进。结果表明,结构改进显著提高了刀片的耐用性能,降低了单位生产量的刀片材料损耗,提高了揉切机的生产率,加工质量也得到相应改善。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 目的意义
1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 秸秆力学特性及其实验仪器设备的研究
1.2.2 秸秆加工机具与设备的研究
1.2.3 秸秆加工机具工作刀片的研究
1.3 主要研究内容
1.3.1 玉米秸秆组织结构分析与力学特性
1.3.2 秸秆切割破碎加工试验台的研制
1.3.3 秸秆切割破碎加工运动分析
1.3.4 秸秆切割破碎加工力学试验
1.3.5 秸秆揉切机刀片耐用性试验
1.4 研究思路框图
第二章 玉米秸秆的组织结构与力学特性
2.1 玉米秸秆的组织结构分析
2.1.1 材料与方法
2.1.2 结果与讨论
2.2 玉米秸秆弯曲断裂时的力学性能
2.2.1 材料与方法
2.2.2 结果与讨论
2.3 玉米秸秆截面积大小对所需折断力变化的影响
2.3.1 材料与方法
2.3.2 结果与讨论
2.4 玉米秸秆节位对所需折断力变化的影响
2.4.1 材料与方法
2.4.2 结果与讨论
2.5 玉米秸秆存放时间对所需折断力变化的影响
2.5.1 材料与方法
2.5.2 结果与讨论
2.6 小结
第三章 秸秆切割破碎加工试验台的研制
3.1 总体方案设计
3.1.1 基本要求
3.1.2 总体构成与工作原理
3.2 主要结构设计及功能
3.2.1 加速系统
3.2.2 力学参数采集系统
3.2.3 高速摄像及图像运动分析系统
3.2.4 总体控制系统
3.3 试验台技术规格及主要性能指标
3.4 小结
第四章 秸秆切割破碎加工运动分析
4.1 秸秆切割破碎过程中的运动分析
4.1.1 材料与方法
4.1.2 结果与讨论
4.2 小结
第五章 秸秆切割破碎加工力学试验
5.1 单因素试验
5.1.1 材料与方法
5.1.2 结果与讨论
5.2 回归正交试验
5.2.1 材料与方法
5.2.2 结果与讨论
5.3 小结
第六章 秸秆揉切机刀片耐用性试验
6.1 影响刀片耐磨性的因素分析
6.1.1 材料与方法
6.1.2 结果与讨论
6.2 刀片的磨损失效分析
6.2.1 材料与方法
6.2.2 结果与讨论
6.3 刀片的断裂失效分析
6.3.1 材料与方法
6.3.2 结果与讨论
6.4 刀片选材和热处理工艺方案的确定
6.4.1 选材原则与要求
6.4.2 热处理工艺方案的确定
6.5 刀片改进与应用效果
6.5.1 材料与方法
6.5.2 刀片配置方案的确定
6.5.3 结果与讨论
6.6 小结
第七章 结论与进一步研究设想
7.1 结论
7.2 进一步研究设想
参考文献
致谢
作者简历
发布时间: 2005-07-22
相关论文
- [1].玉米秸秆收获关键技术与装备研究及数字化仿真分析[D]. 吴鸿欣.中国农业机械化科学研究院2013
- [2].留高茬式玉米收获机切割部件的仿生设计及其切割机理[D]. 李常营.吉林大学2014
- [3].秸秆资源评价与利用研究[D]. 毕于运.中国农业科学院2010
- [4].生物质（秸秆）成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究[D]. 马孝琴.河南农业大学2002
- [5].玉米免耕播种机切茬挖茬装置研究[D]. 蒋金琳.中国农业大学2004
- [6].秸秆热化学液化工艺和机理的研究[D]. 梁凌云.中国农业大学2005
- [7].影响秸秆营养价值的作物学因素及复合化学处理的效果研究[D]. 闫贵龙.中国农业大学2005
- [8].我国农村秸秆成型燃料规模化技术研究[D]. 樊峰鸣.河南农业大学2005
- [9].秸秆干燥过程的实验研究与理论分析[D]. 雷廷宙.大连理工大学2006
- [10].秸秆颗粒燃料冷态压缩成型实验研究及数值模拟[D]. 胡建军.大连理工大学2008