生物质成型影响因素及对辊式成型机设计研究

论文摘要

针对全球能源短缺以及化石资源在开发使用过程中所造成的环境污染、生态破坏等问题,生物质能作为一种可再生能源,日益受到世界各国的重视。但是生物质存在堆积密度小且较松散、运输和贮存使用不方便等问题,而生物质致密成型能够有效的解决该问题,同时提高生物质的使用效率和使用范围,更有效的减少直接焚烧造成的环境污染。本文的主要目的是针对我国现有的生物质成型机（螺旋挤压式、活塞冲压式和压辊式）存在的问题,且结合对辊式生物质型煤机的发展状况及优点,根据实验获得生物质成型的合适条件,设计一种新型的生物质压缩机型——半球窝对辊式生物质压缩成型机。本文主要的研究内容及结论如下：（1）以玉米秸秆为原料采用冷态压缩成型工艺进行实验研究。先通过正交实验将粒度、含水率及压力、压缩速度四个因素对生物质压缩密度和抗压强度的影响进行归纳总结,得出四因素较优值为A1B2C2D4,即粒度<40目,含水率为15%,压力为10MPa,压缩速度为60mm/min.（2）在满足粒度和压力最优参数的条件下,采用二次回归通用旋转组合设计,得出了压缩速度、物料含水率两个因素对比能耗的影响,建立其数学模型：y=-2839.229+54.020x1+281.333x2-2.904x1x2-1.997x22,当含水率为18.6%,压缩速度为56.9mm/min时,比能耗最小。（3）实验得出最佳成型条件为生物质粒度<40目,含水率为15%～18.6%,压力为10MPa,压缩速度为60mm/min,将玉米秸秆压缩满足该最优条件,得到密度值为843.706kg/m3、抗压强度为14.13MPa,为生物质压缩成型的相关设备的工业设计提供参考依据。（4）根据实验数据,对对辊式生物质成型机进行设计。该成型机的设计主要包括原动机部分（电动机）、传动部分（带传动、减速器、联轴器、过桥齿轮）、执行部分（对辊轮）以及辅助部分。选取Y系列（IP44）封闭式三相交流异步电动机,采用V带、三级圆柱齿轮（ZSY型）减速器、CLZ型齿轮联轴器等传动装置。（5）具体计算辊轮的参数以及对辊轮上半球窝的分布,辊轮半径R=200mm,宽L=350mm,辊面上型窝布局为5×19,每5个是斜着排在一条直线上,辊轮每个圆周上对应的半球窝个数为N=19。辊轮上的半球窝直径为d=62.4mm,半球窝的深度为H=18mm,半球窝与半球窝的边缘间距为a＝3.7mm,两个辊轮之间的间距为L=1mm。该生物质压缩成型设备的生产能力为3.57t/h,能耗值为5.09kW·h/t。（6）本文采用预压辊进行预压,取代以往的螺旋给料装置,有效防止了生物质物料上翻现象,该设计省去了调速电机,简化了压缩设备,有效的降低了能耗。经过预压,该生物质成型机总的相对体积压缩比约为0.804。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 能源的概况
• 1.2 生物质能
• 1.2.1 生物质含义
• 1.2.2 生物质能的分类
• 1.2.3 生物质能源利用技术
• 1.2.4 生物质能对中国的意义
• 1.3 生物质压缩成型
• 1.3.1 成型机理
• 1.3.2 成型工艺
• 1.3.3 生物质成型机国内外发展现状
• 1.3.4 生物质成型设备分类及其特点
• 1.4 对辊成型机发展现状
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 生物质压缩成型影响因素实验研究
• 2.1 实验设计方案
• 2.2 实验采用的方法
• 2.3 实验仪器
• 2.3.1 电子万能试验机主要设计参数及工作原理
• 2.3.2 实验模具
• 2.4 实验原料制备
• 2.5 因素与水平
• 2.5.1 粒度的大小分析
• 2.5.2 含水率的测定
• 2.5.3 压力的计算
• 2.5.4 压缩速度的选取
• 2.6 实验结果
• 2.7 结果分析及结论
• 2.7.1 成型密度结果及分析
• 2.7.2 抗压强度结果及分析
• 2.7.3 结论
• 2.8 比能耗回归模型
• 2.8.1 压缩成型特性曲线
• 2.8.2 比能耗计算
• 2.8.3 试验方法
• 2.8.4 试验结果
• 2.8.5 回归系数计算
• 2.8.6 回归方程的检验
• 2.8.7 回归系数的显著性检验
• 2.8.8 回归方程及最优条件
• 2.8.9 结论
• 2.9 本章小结
• 第3章 对辊式生物质成型机设计及其计算
• 3.1 机械设计总论
• 3.2 初步设计构思
• 3.3 执行部分设计
• 3.3.1 成型辊的设计
• 3.3.2 辊轮间隙的确定
• 3.3.3 对辊轮的生产能力
• 3.3.4 成型机功率计算
• 3.4 原动机部分设计
• 3.5 传动部分设计
• 3.5.1 带传动
• 3.5.2 减速器的选型
• 3.5.3 联轴器的选型
• 3.5.4 传动齿轮系设计
• 3.5.5 主动轴的设计
• 3.6 辅助系统设计
• 3.6.1 预压装置设计
• 3.6.2 箱体和机座
• 3.7 校核
• 3.7.1 辊轮压力校核
• 3.7.2 相对体积压缩比的校核
• 3.7.3 对辊机生产能力校核
• 3.8 本章小结
• 第4章 结论和展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士期间发表的论文