新型螺杆挤压式生物质成型机的优化与设计

论文摘要

随着能源消耗的增加,世界能源消耗日益紧张,全球主要能源价格达到了前所未有的高度,经济的可持续发展收到严重挑战。为了缓解能源危机,可再生能源越来越受到了各国政府的重视,我国对于可再生能源也相当的重视。在可再生能源中,生物质能源有着非常重要的位置。中国是农业大国,丰富的秸秆资源的合理利用尤为重要。生物质能源中秸秆有固化、液化和气化等利用方式。利用生物质成型机对秸秆进行固化成型发展的相当迅速。通过对现有生物质成型燃料生产及消费市场的调查,我们认为虽然螺杆式成型机应用的最早,缺点也是显而易见的,但是其造价低的优势非常明显,在市场上的占有率是最高的。如果能够对其进行改善,提高其螺杆和成型套筒的使用寿命,同时提高生产效率,进一步降低其生产成本,将更加适合在原有生物质成型燃料生产厂家的推广应用,促进其改进设备,扩大生产,提高生物质成型燃料的生产量。我们通过生产实际发现:螺杆头部和成型套筒的收缩区是受力集中区,往往是螺杆头部已经完全磨损了,而螺杆后部（2倍“导程”之后的部分）仍然完好如初,于是,我们提出通过将整体螺杆分拆为可更换螺杆头和螺杆主体两部分、同时将成型套筒拆分为成型活套和保型套筒两部分的方法,来提高两部分主体寿命的方法。虽然螺杆头和成型活套的寿命并没有显著增长,但由于螺杆主体和保型套筒两部分应力不集中,这两者的寿命都显著的增长了。可以通过更换螺杆头和成型活套来达到降低生产磨损的目的,从而降低生物质成型燃料的生产成本。在此设计思路的指导下,我们通过对成型生物质的受力及运动分析,得出了在一定的转速下,螺距s在某一范围内物料可以得到较好的轴向输送速度;在此基础上,对成型机主要零件的设计参数进行优化,得出了使螺杆挤压式生物质成型机获得最佳的工作效率的螺距s的取值范围,以及在螺杆质量最小的目标条件下的螺杆的标称直径、螺杆轴直径、螺距s的最佳配合值。根据优化结果和新的设计思路,设计出包括螺杆挤压式生物质成型机的螺距、齿高、螺杆长度、活头长度、成型活套长度和保型套筒长度等一系列工艺参数。在河南杲龙能源应用设备工程有限公司的协助下,生产了改进后的试验机型,并对该机型和原有机型进行了对比实验,我们可以得出如下结论:1)新型螺杆挤压式生物质成型机的生产效率基本达到设计要求,远远高于原有成型机的生产效率,提高幅度达到35.9%;2)新型螺杆挤压式生物质成型机的成型密度相比原有机型有所下降,从1.1 kg ? dm -3左右下降到1.0 kg ? dm -3左右,但仍能达到生物质成型燃料保型的要求;3)新型螺杆挤压式生物质成型机的工作噪声明显低于原有机型,但工作稳定性不如原有机型,机身有明显的晃动情况,有位移。机身底座仍需配重以加强稳定性。最后,根据该成型机的生产能力和生物质炭的市场需求,对新型秸秆液压成型技术进行经济效益分析,得出只要该机型的可靠运行,使用该机型生产生物质成型燃料就是经济可行的,可以使投资方迅速收回成本,并具有良好的经济效益。相信在改善了机身底座稳定性和加热供电的安全性之后,该机型能够满足提高生物质成型燃料生产的各种要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 世界能源状况
• 1.2.1 储量（产出）状况
• 1.2.2 消费状况
• 1.3 国内的能源状况
• 1.3.1 国内能源消费构成
• 1.3.2 能源开发趋势分析
• 1.4 生物质能的利用方式
• 1.5 本课题的提出、目的及意义
• 1.5.1 生物质块状燃料可应用的范围
• 1.5.2 国内外生物质热压成型机的现状
• 1.5.3 现在各类生物质成型机存在的不足
• 1.5.4 课题提出
• 1.5.5 目的和意义
• 2 螺杆挤压式生物质成型机优化
• 2.1 指导思想
• 2.2 主要指标和材料选择
• 2.2.1 主要指标
• 2.2.2 选择材料
• 2.3 成型生物质的受力及运动分析
• 2.4 螺距的优化
• 2.4.1 螺杆齿任一直径上物料的轴向移动速度
• 2.4.2 螺杆齿某一直径微小圆环上轴向负荷
• 2.4.3 效率公式的推导及优化
• 2.5 螺旋体的优化设计
• 2.5.1 建立优化设计的数学模型
• 2.5.2 模型的求解
• 2.6 小结
• 3 螺杆挤压式生物质成型机设计
• 3.1 螺纹中径的计算和螺纹尺寸的选取
• 3.1.1 螺纹中径的计算
• 3.1.2 螺纹牙强度的校核计算
• 3.2 螺旋轴螺距
• 3.3 压缩段螺杆的锥角设计
• 3.4 螺旋升角
• 3.5 螺杆旋转速度的选取
• 3.6 螺杆强度校核*
• 3.7 套筒数据的确定
• 3.8 电动机功率的选取和皮带传动比的计算
• 3.8.1 选择电动机类型
• 3.8.2 成型阻力分析
• 3.8.3 选择电动机容量
• 3.9 加热套选型
• 3.9.1 估算电加热管的功率
• 3.9.2 电加热管的类型及选用
• 3.10 验证对比试验
• 3.10.1 试验目的
• 3.10.2 试验仪器
• 3.10.3 试验方法
• 3.10.4 试验结果
• 3.10.5 试验结果及实验情况分析
• 3.11 小结
• 4 技术经济性评价
• 4.1 投资估算
• 4.1.1 估算依据及说明
• 4.1.2 建设投资
• 4.1.3 总投资
• 4.1.4 流动资金
• 4.1.5 投资估算
• 4.2 财务评价
• 4.2.1 产品成本
• 4.2.2 产品估算依据
• 4.2.3 销售收入
• 4.2.4 增值税
• 4.2.5 利润及分析
• 4.2.6 清偿能力分析
• 4.2.7 现金流量分析
• 4.2.8 评价结论
• 5 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 5.2.1 机械部分
• 5.2.2 加热部分
• 参考文献
• ABSTRACT
• 附表
• 附图