在职硕士论文:环模式秸秆压块机设计与分析

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2018-06-08 论文字数:36298字
论文编号: sb2018060719140221537 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇在职硕士论文,优秀的硕士论文能够反映出作者对所学习专业的理论知识掌握的程度和水平,能够帮助作者构建起良好的完整的知识体系,还能够反映作者独立的科研能力和学术理论
本文是一篇在职硕士论文,优秀的硕士论文能够反映出作者对所学习专业的理论知识掌握的程度和水平,能够帮助作者构建起良好的完整的知识体系,还能够反映作者独立的科研能力和学术理论的应用水平,对研究的课题的思考和独立见解。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇在职硕士论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题的背景与意义
目前,能源问题已经成为制约经济发展的关键问题[1-2]。在过去的 30 多年里,中国的一次能源消耗呈现快速上升趋势,尤其自 2002 年之后,一次能源的年消耗量以超过 10%的速度迅速增长,图 1-1 和图 1-2 给出了自 1980 年至 2010 年间,我国能源消耗情况以及我国能源消耗在世界能源消耗中的占比情况[3]。随着能源消耗的增加和化石能源的日渐枯竭,能源问题越来越受到工业界和科技界的重视[4-5]。除此之外,化石能源燃烧造成的环境问题也越来越突出,其中尤其以煤炭燃烧的环境问题最为严重。目前,煤炭燃烧占我国能源消耗总量的近 70%,为了改善环境质量,降低污染物排放,调整能源结构,降低煤炭消耗在总能源消耗中的比例势在必行[6-7]。根据国务院 2013 年 9 月 10 日发布的《大气污染防治行动计划》,截止到 2017 年,要求我国地级以上城市可吸入微粒总量相对于 2012 年降低超过 10%,空气质量逐步提高;此外,河北、天津、北京及长三角、珠三角 PM2.5 及PM10 浓度分别降低 25%、20%和 15%。为了完成上述目标,调整能源消耗结构势在必行,为此国家提出到 2017 年,京津冀及周边地区煤炭消耗总量比 2012 年降低 8300万吨,其中河北省煤炭减耗任务为 4000 万吨[8]。面对日益严峻的能源与环境问题,一方面,发展节能技术,降低能源消耗,提高能源利用效率,可以延缓化石能源的消耗,一定程度上缓解现阶段严峻的能源形势[9-10];另一方面,努力探索化石能源的替代品,大力发展可再生能源势在必行[11-12]。近年来工业企业通过优化工艺,实施节能技术改造,降低了单位产品能源消耗量,提高了能源利用效率[13-14]。但是,随着企业生产工艺的逐步完善,技术成熟、规模大、节能效益显著的技改项目基本完成,实现节能减排的空间越来越小。从长远看,发展可再生能源才是改善能源、环境问题的治本之策。目前,太阳能、风能和生物质能等可再生能源具备大规模推广应用的可行性,生物质能以其分布广泛、应用方式灵活等优点,受到研究人员和工业界的青睐[15-17]。本文以生物质能中占比最大的植物秸秆回收利用关键设备——秸秆压块机作为研究对象,对于缓解能源与环境问题、推进生物质能的利用具有一定的意义。
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1.2 生物质能主要特点及应用情况
 
1.2.1 生物质能的主要特点
生物质能(biomass energy),是指植物采用光合作用储存的太阳能,以生物质作为载体呈现的能量。生物质能具有以下特点。(1) 可再生性由于生物质能从根本上来说来源于太阳,且植物的生产周期较短,因此可以认为生物质能与风能、太阳能等相似,属于可再生能源。(2) 环境友好性与煤炭、石油等相比,生物质能燃烧产物中的污染物含量较低,属于清洁能源。另一方面,生物质能中的碳元素主要来自于植物生长过程中通过光合作用所吸收的环境中的二氧化碳,然后又在燃烧的过程中释放出来,因此可以认为利用生物质能不会增加大气中二氧化碳的总含量,即生物质能的温室效应近乎为 0。(3) 应用方便生物质能的应用主要包括两个方向,一种是将其转化为可燃气体以替代目前广泛采用的天然气使用或转化为可燃液体以替代目前的石油产品使用,另一个应用方式是将其压缩固化直接燃烧,可以替代燃煤使用[18-19]。两种方法都与现有的能源利用模式相似,因此生物质能利用十分方便。国际自然基金会 2011 年 2 月发布的《能源报告》认为,到 2050 年,将有 60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。
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第 2 章 环模式压块机的总体结构与工作原理
 
2.1 总体结构
秸秆压块机主要由电机、进料机构、进料斗、皮带轮、皮带、环模压缩室和底座组成,总体结构如图 2-1 所示。环模式压块机主要通过环模以及设置于环模内部的压轮完成秸秆压缩工作,工作时,电机 1 通过皮带 2 带动皮带轮 4 转动,从而带动主轴转动。由于主轴与压轮机构和进料机构相连,进而带动压轮机构和进料机构 6 运转。散状物料经进料斗 3进入带有不等螺距的螺旋进料机构机体腔内。进入压缩室的物料通过压轮压进模孔,物料在模孔中与孔壁发生摩擦,温度升高,同时摩擦力阻止压块被挤出模孔,从而提高了成型压力。模孔的工作长度越大,摩擦力越大,成型压力也越大。当物料被挤出模孔时,在重力等作用下断裂成具有一定长度的压块。由于模块的数量和电机的功率不同,环模式压块机的产量一般为 500~2000kg/h,主轴转速一般取 130 r/min。
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2.2 压缩室结构
压缩室结构如图 2-2 所示。进入压缩室秸秆原料在环模 1 与压轮 2 间的共同作用下完成压缩过程。环模通过螺栓固定在机体上,两个压轮由前挡板 4 和后挡板 3 连接后与主轴连。当主轴转动时,两个压轮在绕着主轴公转的同时,还会发生自转。植物秸秆通过压轮与环模之间的间隙进入模孔。之所以采用双压轮结构一方面考虑到双压轮结构比单一压轮结构要节省大量的原材料,另一方面,双压轮结构增加了压缩室内部的空间,秸秆物料更容易进入压缩室,设备运行更加稳定,物料能够均匀及时地进入环模沟槽,不仅使产量增加,而且可保证主轴和进料轴的同心度。工作时,压轮每完成一次公转周期就将布满环模沟槽内的物料压入模孔内,从而形成了物料块的一个压层。随着物料的不断喂入,在压轮的压力作用下,物料被接连不断地挤入模孔中,通过模孔后便形成了物料压块。环模与压轮之间的间隙对压块机的产量和性能有重要影响。当环模与压轮之间的间隙较小时,因为物料在压轮和模块的挤压过程中容易被切断,不至于藕断丝连而消耗功率。但是间隙过小,会导致金属之间的摩擦,加快环模与压轮表面的磨损,特别是在压块机启动和停止时的空运转期间,这种磨损作用更加强烈。当环模与压轮之间的间隙较大时,摩擦作用减小,但会对压块机的产量有很大影响。通过调整齿套,转动偏心轴即可改变压轮与环模间的距离,达到调整压轮和模块间距离的目的。
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第 3 章 秸秆压块机传动结构设计....23
3.1 秸秆压块机的构造和工作原理.... 23
3.2 拟定传动方案 .... 23
3.3 压块机传动主轴的设计计算与校核 ........ 27
3.4 主轴轴承的校核 ............ 30
3.5 主轴皮带轮键的选取与校核计算............ 32
3.6 压轮偏心轴的设计计算.... 32
3.7 压轮机构的设计与计算.... 36
3.7.1 压轮的设计 .... 36
3.7.2 压轮轴承组合设计与校核............ 37
3.8 本章小结 ............ 39
第 4 章 环模结构设计分析 ........41
4.1 环模结构模型 .... 41
4.2 模孔载荷分析 .... 42
4.3 环模结构尺寸设计 ........ 45
4.4 本章小结 ............ 47
 
第 4 章 环模结构设计分析
 
环模结构主要由内模盘、外模盘、环模、模板、主螺栓等零部件组成,是环模压块机的主要承载结构,本章主要采用弹塑性力学的相关理论完成环模结构的设计。
 
4.1 环模结构模型
环模结构主要包括内模盘、外模盘、环模、模板、主螺栓等 5 个主要部分,其几何尺寸关系如图 4-1 所示。如图 4-1(a)所示,Ri和 R0分别表示环模模盘的内半径和外半径,Li和 L0分别表示模孔内侧和外侧的长度,ti和t0分别表示模块沿着环模圆周方向内侧和外侧的厚度。如图 4-1(b)所示,W 表示模孔的宽度,H 表示模孔的高度,则 H=R0-Ri;Td0表示外模盘的厚度,Tdi表示内膜盘的厚度;Tpi和Tp0分别表示内模板和外模板的厚度,因为内模板和外模板采用相同的零件,因此 Tpi= Tp0=Tp。根据几何关系,因此,上述参数中,只需要确定模孔的内、外长度 Li和 L0,模孔宽度 W,模孔高度 H,模块外侧厚度 t0,内外模盘的厚度 Tdi和 Td0以及模板厚度 Tp 及可得到全部环模尺寸。上述参数中,模孔的几何参数(Li、L0、W 和 H)以及模孔数量 n 需要根据环模压块机的产量、压块密度、压块原材料性能等工艺参数来确定;其他参数需要通过强度核算来进行设计。模孔的形状为一变截面方孔,其中方孔的小端面位于环模的外侧,几何尺寸为 L0×W,方孔的大端面位于环模的内侧,几何尺寸为 Li×W。方孔的四个侧面分别为两个 W×H 的矩形和两个长边为 Li、短边为 L0、高为 H 的梯形。
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结 论
 
本文对环模式秸秆压块机的结构和工作原理进行了分析,建立了压块机的总体结构和各零部件的模型,并以生产能力为 500kg/h 的压块机为例,对其传动机构进行了分析和设计;在对模孔各承载面进行载荷分析的基础上,提出了环模结构设计方法。通过对环模式秸秆压块机设计方法的分析与研究,得到主要结论如下:
(1) 环模式秸秆压块机是一种结构简单、应用方便、高效节能的生物质秸秆固化成型设备。工作中,依靠设置在环模内部的压轮将生物质秸秆挤进模孔,依靠秸秆与模孔之间的摩擦力产生热量加热秸秆,并提供压缩力,最终得到满足需求的秸秆压块。
(2) 传动机构和环模结构是整个压块机的核心部件,传动机构设计是否合理不但影响到压块机的生产效率和能量消耗,还与秸秆成型质量关系密切;环模结构的设计是否合理不仅直接影响秸秆成型密度、压块层粘结力等成型质量参数,对于整机的能量消耗也影响巨大,此外,压块机的环模结构设计还影响到整个设备的使用寿命和工作可靠性。
(3) 传动机构设计中,总体传动方案设计和传动链的解算与设计是关键因素。此外,还需要考虑传动结构的效率以及对秸秆成型质量的影响。
(4) 环模结构设计中,模孔的几何尺寸要根据秸秆原料的物理性质、最终成型密度、最大压缩力、单位时间压块产量等工艺参数来设计,一般采用实验测试和数值模拟的方法确定;环模的强度设计可以参考矩形截面容器的设计方法来进行。
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参考文献(略)
 

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