五柱塞秸秆燃料成型机虚拟设计及仿真分析

【摘要】：我国农作物秸秆资源非常丰富，每年秸秆产量超过6亿吨，有3.5亿吨可以作为能源使用，是清洁的可再生能源。但由于秸秆燃烧方式与利用途径单一、陈旧，秸秆能源燃烧效率低，甚至部分粮食主产区出现秸秆就地焚烧现象，造成秸秆资源浪费，加重化石燃料带来的污染；因此生物质能源转换技术的研究受到各方面的重视，其中秸秆固化成型技术可将农村松散的秸秆压缩成致密的、可替代煤的优质燃料，对于改善农村生活质量、保护农业生态环境、增加农民收入和促进农业可持续发展具有重要的意义。 五柱塞式秸秆燃料成型机主要是在达到世界先进水平、设计结构属世界首创的三柱塞式的基础上进一步升级改造，尝试在小幅度提高动力机功率的前提下，降低秸秆煤的单产能耗并提高生产效率。其结构主要包括主轴、偏心盘、连杆、销轴、柱塞、成型模具、加料系统和加热器等部件组成。作为一种新型的生物质成型机，可为中国能源转型作出一定的贡献。 本文主要从以下几个方面对五柱塞式秸秆燃料成型机进行了研究和分析： 1.利用SolidWorks软件提供的建模功能完成五柱塞式秸秆燃料成型机的虚拟样机建模操作，同时对模型进行全局干涉分析，以检验设计的合理性、可制造性和可装配性。 2.利用ADAMS分析软件对五柱塞式秸秆燃料成型机进行了运动仿真模拟分析。通过对整个压缩机构的分析得到了相关的运动曲线图和在反作用力下的各运动副的受力曲线图,确定了柱塞运动轨迹与挤压过程中受力情况。 3.利用ANSYS生物质成型过程进行了有限元分析，采用TARGEl69和CONTAl72接触对恰当的处理了模具和成型材料的接触问题。通过有限元数值模拟分析得到了生物质的流变规律。成型过程的分析研究对生物质成型工艺的选择优化具有很好的应用和参考价值。 4.根据秸秆压缩物理试验确定温度、湿度、模具成型锥形角对成型结果的影响，确定成型最佳参数。最后根据秸秆压力位移曲线图与试验数据推导出秸秆挤压成型应力位移方程。 【关键词】：五柱塞 虚拟设计 有限元 试验分析
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122;S216.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.绪论10-18
• 1.1 研究背景10
• 1.2 生物质能的重要性10-11
• 1.3 我国生物质能发展现状11-14
• 1.3.1 我国生物质能资源状况11-12
• 1.3.2 我国生物质能利用情况12-13
• 1.3.3 我国生物质能发展不足13-14
• 1.4 秸秆压缩成型技术研究现状14-17
• 1.4.1 秸秆压缩成型理论现状14
• 1.4.2 国外秸秆成型机发展现状14-15
• 1.4.3 国内秸秆成型机发展现状15-17
• 1.5 本课题的研究意义17
• 1.6 本课题的研究内容及方法17
• 1.7 本章小结17-18
• 2.机械系统性能仿真分析的相关理论18-27
• 2.1 机械系统及性能仿真分析技术概述18
• 2.1.1 机械系统概念18
• 2.1.2 性能仿真技术的定义18
• 2.2 机械系统性能仿真分析技术的相关理论及公式18-25
• 2.2.1 多体系统动力学的基本理论18-20
• 2.2.2 多体系统数学建模方程20-23
• 2.2.3 机械系统性能仿真分析中有限元理论的应用23-25
• 2.3 本课题中涉及的相关软件25-26
• 2.3.1 ADAMS软件的简介25
• 2.3.2 ANSYS软件简介25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3.虚拟样机建模与动力仿真分析27-37
• 3.1 虚拟样机技术概述27
• 3.1.1 虚拟样机技术背景27
• 3.1.2 虚拟样机技术的应用27
• 3.2 五柱塞式秸秆燃料成型机建模27-30
• 3.2.1 成型机工作原理及结构28-29
• 3.2.2 建立成型机虚拟模型29-30
• 3.3 五柱塞式秸秆燃料成型机运动仿真30-36
• 3.3.1 设置工作环境30
• 3.3.2 物理模型生成30-32
• 3.3.3 运动学分析32-33
• 3.3.4 动力学分析33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4.秸秆压缩成型分析37-54
• 4.1 秸秆压缩成型仿真分析中有限元理论应用37
• 4.2 弹塑性分析37-40
• 4.2.1 屈服准则38-39
• 4.2.2 流动准则39
• 4.2.3 硬化准则39-40
• 4.3 秸秆压缩成型过程模型建立40-46
• 4.3.1 模型建立40-41
• 4.3.2 模型的单元类型41
• 4.3.3 模型的材料属性41-42
• 4.3.4 模型的网格划分42-43
• 4.3.5 定义接触43
• 4.3.6 建立接触对43-44
• 4.3.7 定义实常数和关键字44-45
• 4.3.8 添加载荷与约束45-46
• 4.4 秸秆压缩过程分析46-53
• 4.4.1 秸秆压缩成型应力变化过程46-48
• 4.4.2 秸秆压缩成型流动变化48-50
• 4.4.3 秸秆压缩成型剪应力变化过程50-52
• 4.4.4 模具锥形孔角度对秸秆成型影响52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5.秸秆压缩成型实验与分析54-65
• 5.1 生物质燃料成型因素分析54-55
• 5.1.1 原料的种类54
• 5.1.2 原料的粒度54
• 5.1.3 原料的含水率54
• 5.1.4 原料的加热温度54-55
• 5.1.5 模具锥形孔角度55
• 5.2 试验准备工作55-56
• 5.2.1 试验条件55
• 5.2.2 试验材料55
• 5.2.3 试验设备与工具55-56
• 5.3 试验内容与测试方法56-57
• 5.4 玉米秸秆物理特性试验分析57-60
• 5.5 玉米秸秆压力试验分析60-64
• 5.5.1 试验条件与方法60-61
• 5.5.2 秸秆压缩成型应力位移方程61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 6.结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71
• 作者简介71-72

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