在職碩士論文:環模式秸稈壓塊機設計與分析

來源: www.1081492.live 發布時間:2018-06-08 論文字數:36298字
論文編號: sb2018060719140221537 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是一篇在職碩士論文,優秀的碩士論文能夠反映出作者對所學習專業的理論知識掌握的程度和水平,能夠幫助作者構建起良好的完整的知識體系,還能夠反映作者獨立的科研能力和學術理論
本文是一篇在職碩士論文,優秀的碩士論文能夠反映出作者對所學習專業的理論知識掌握的程度和水平,能夠幫助作者構建起良好的完整的知識體系,還能夠反映作者獨立的科研能力和學術理論的應用水平,對研究的課題的思考和獨立見解。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇在職碩士論文,供大家參考。
 
第 1 章 緒 論
 
1.1 課題的背景與意義
目前,能源問題已經成為制約經濟發展的關鍵問題[1-2]。在過去的 30 多年里,中國的一次能源消耗呈現快速上升趨勢,尤其自 2002 年之后,一次能源的年消耗量以超過 10%的速度迅速增長,圖 1-1 和圖 1-2 給出了自 1980 年至 2010 年間,我國能源消耗情況以及我國能源消耗在世界能源消耗中的占比情況[3]。隨著能源消耗的增加和化石能源的日漸枯竭,能源問題越來越受到工業界和科技界的重視[4-5]。除此之外,化石能源燃燒造成的環境問題也越來越突出,其中尤其以煤炭燃燒的環境問題最為嚴重。目前,煤炭燃燒占我國能源消耗總量的近 70%,為了改善環境質量,降低污染物排放,調整能源結構,降低煤炭消耗在總能源消耗中的比例勢在必行[6-7]。根據國務院 2013 年 9 月 10 日發布的《大氣污染防治行動計劃》,截止到 2017 年,要求我國地級以上城市可吸入微??偭肯鄬τ?2012 年降低超過 10%,空氣質量逐步提高;此外,河北、天津、北京及長三角、珠三角 PM2.5 及PM10 濃度分別降低 25%、20%和 15%。為了完成上述目標,調整能源消耗結構勢在必行,為此國家提出到 2017 年,京津冀及周邊地區煤炭消耗總量比 2012 年降低 8300萬噸,其中河北省煤炭減耗任務為 4000 萬噸[8]。面對日益嚴峻的能源與環境問題,一方面,發展節能技術,降低能源消耗,提高能源利用效率,可以延緩化石能源的消耗,一定程度上緩解現階段嚴峻的能源形勢[9-10];另一方面,努力探索化石能源的替代品,大力發展可再生能源勢在必行[11-12]。近年來工業企業通過優化工藝,實施節能技術改造,降低了單位產品能源消耗量,提高了能源利用效率[13-14]。但是,隨著企業生產工藝的逐步完善,技術成熟、規模大、節能效益顯著的技改項目基本完成,實現節能減排的空間越來越小。從長遠看,發展可再生能源才是改善能源、環境問題的治本之策。目前,太陽能、風能和生物質能等可再生能源具備大規模推廣應用的可行性,生物質能以其分布廣泛、應用方式靈活等優點,受到研究人員和工業界的青睞[15-17]。本文以生物質能中占比最大的植物秸稈回收利用關鍵設備——秸稈壓塊機作為研究對象,對于緩解能源與環境問題、推進生物質能的利用具有一定的意義。
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1.2 生物質能主要特點及應用情況
 
1.2.1 生物質能的主要特點
生物質能(biomass energy),是指植物采用光合作用儲存的太陽能,以生物質作為載體呈現的能量。生物質能具有以下特點。(1) 可再生性由于生物質能從根本上來說來源于太陽,且植物的生產周期較短,因此可以認為生物質能與風能、太陽能等相似,屬于可再生能源。(2) 環境友好性與煤炭、石油等相比,生物質能燃燒產物中的污染物含量較低,屬于清潔能源。另一方面,生物質能中的碳元素主要來自于植物生長過程中通過光合作用所吸收的環境中的二氧化碳,然后又在燃燒的過程中釋放出來,因此可以認為利用生物質能不會增加大氣中二氧化碳的總含量,即生物質能的溫室效應近乎為 0。(3) 應用方便生物質能的應用主要包括兩個方向,一種是將其轉化為可燃氣體以替代目前廣泛采用的天然氣使用或轉化為可燃液體以替代目前的石油產品使用,另一個應用方式是將其壓縮固化直接燃燒,可以替代燃煤使用[18-19]。兩種方法都與現有的能源利用模式相似,因此生物質能利用十分方便。國際自然基金會 2011 年 2 月發布的《能源報告》認為,到 2050 年,將有 60%的工業燃料和工業供熱都采用生物質能源。
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第 2 章 環模式壓塊機的總體結構與工作原理
 
2.1 總體結構
秸稈壓塊機主要由電機、進料機構、進料斗、皮帶輪、皮帶、環模壓縮室和底座組成,總體結構如圖 2-1 所示。環模式壓塊機主要通過環模以及設置于環模內部的壓輪完成秸稈壓縮工作,工作時,電機 1 通過皮帶 2 帶動皮帶輪 4 轉動,從而帶動主軸轉動。由于主軸與壓輪機構和進料機構相連,進而帶動壓輪機構和進料機構 6 運轉。散狀物料經進料斗 3進入帶有不等螺距的螺旋進料機構機體腔內。進入壓縮室的物料通過壓輪壓進???,物料在??字信c孔壁發生摩擦,溫度升高,同時摩擦力阻止壓塊被擠出???,從而提高了成型壓力。??椎墓ぷ鏖L度越大,摩擦力越大,成型壓力也越大。當物料被擠出??讜r,在重力等作用下斷裂成具有一定長度的壓塊。由于模塊的數量和電機的功率不同,環模式壓塊機的產量一般為 500~2000kg/h,主軸轉速一般取 130 r/min。
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2.2 壓縮室結構
壓縮室結構如圖 2-2 所示。進入壓縮室秸稈原料在環模 1 與壓輪 2 間的共同作用下完成壓縮過程。環模通過螺栓固定在機體上,兩個壓輪由前擋板 4 和后擋板 3 連接后與主軸連。當主軸轉動時,兩個壓輪在繞著主軸公轉的同時,還會發生自轉。植物秸稈通過壓輪與環模之間的間隙進入???。之所以采用雙壓輪結構一方面考慮到雙壓輪結構比單一壓輪結構要節省大量的原材料,另一方面,雙壓輪結構增加了壓縮室內部的空間,秸稈物料更容易進入壓縮室,設備運行更加穩定,物料能夠均勻及時地進入環模溝槽,不僅使產量增加,而且可保證主軸和進料軸的同心度。工作時,壓輪每完成一次公轉周期就將布滿環模溝槽內的物料壓入??變?,從而形成了物料塊的一個壓層。隨著物料的不斷喂入,在壓輪的壓力作用下,物料被接連不斷地擠入??字?,通過??缀蟊阈纬闪宋锪蠅簤K。環模與壓輪之間的間隙對壓塊機的產量和性能有重要影響。當環模與壓輪之間的間隙較小時,因為物料在壓輪和模塊的擠壓過程中容易被切斷,不至于藕斷絲連而消耗功率。但是間隙過小,會導致金屬之間的摩擦,加快環模與壓輪表面的磨損,特別是在壓塊機啟動和停止時的空運轉期間,這種磨損作用更加強烈。當環模與壓輪之間的間隙較大時,摩擦作用減小,但會對壓塊機的產量有很大影響。通過調整齒套,轉動偏心軸即可改變壓輪與環模間的距離,達到調整壓輪和模塊間距離的目的。
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第 3 章 秸稈壓塊機傳動結構設計....23
3.1 秸稈壓塊機的構造和工作原理.... 23
3.2 擬定傳動方案 .... 23
3.3 壓塊機傳動主軸的設計計算與校核 ........ 27
3.4 主軸軸承的校核 ............ 30
3.5 主軸皮帶輪鍵的選取與校核計算............ 32
3.6 壓輪偏心軸的設計計算.... 32
3.7 壓輪機構的設計與計算.... 36
3.7.1 壓輪的設計 .... 36
3.7.2 壓輪軸承組合設計與校核............ 37
3.8 本章小結 ............ 39
第 4 章 環模結構設計分析 ........41
4.1 環模結構模型 .... 41
4.2 ??纵d荷分析 .... 42
4.3 環模結構尺寸設計 ........ 45
4.4 本章小結 ............ 47
 
第 4 章 環模結構設計分析
 
環模結構主要由內模盤、外模盤、環模、模板、主螺栓等零部件組成,是環模壓塊機的主要承載結構,本章主要采用彈塑性力學的相關理論完成環模結構的設計。
 
4.1 環模結構模型
環模結構主要包括內模盤、外模盤、環模、模板、主螺栓等 5 個主要部分,其幾何尺寸關系如圖 4-1 所示。如圖 4-1(a)所示,Ri和 R0分別表示環模模盤的內半徑和外半徑,Li和 L0分別表示??變葌群屯鈧鹊拈L度,ti和t0分別表示模塊沿著環模圓周方向內側和外側的厚度。如圖 4-1(b)所示,W 表示??椎膶挾?,H 表示??椎母叨?,則 H=R0-Ri;Td0表示外模盤的厚度,Tdi表示內膜盤的厚度;Tpi和Tp0分別表示內模板和外模板的厚度,因為內模板和外模板采用相同的零件,因此 Tpi= Tp0=Tp。根據幾何關系,因此,上述參數中,只需要確定??椎膬?、外長度 Li和 L0,??讓挾?W,??赘叨?H,模塊外側厚度 t0,內外模盤的厚度 Tdi和 Td0以及模板厚度 Tp 及可得到全部環模尺寸。上述參數中,??椎膸缀螀?Li、L0、W 和 H)以及??讛盗?n 需要根據環模壓塊機的產量、壓塊密度、壓塊原材料性能等工藝參數來確定;其他參數需要通過強度核算來進行設計。??椎男螤顬橐蛔兘孛娣娇?,其中方孔的小端面位于環模的外側,幾何尺寸為 L0×W,方孔的大端面位于環模的內側,幾何尺寸為 Li×W。方孔的四個側面分別為兩個 W×H 的矩形和兩個長邊為 Li、短邊為 L0、高為 H 的梯形。
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結 論
 
本文對環模式秸稈壓塊機的結構和工作原理進行了分析,建立了壓塊機的總體結構和各零部件的模型,并以生產能力為 500kg/h 的壓塊機為例,對其傳動機構進行了分析和設計;在對??赘鞒休d面進行載荷分析的基礎上,提出了環模結構設計方法。通過對環模式秸稈壓塊機設計方法的分析與研究,得到主要結論如下:
(1) 環模式秸稈壓塊機是一種結構簡單、應用方便、高效節能的生物質秸稈固化成型設備。工作中,依靠設置在環模內部的壓輪將生物質秸稈擠進???,依靠秸稈與??字g的摩擦力產生熱量加熱秸稈,并提供壓縮力,最終得到滿足需求的秸稈壓塊。
(2) 傳動機構和環模結構是整個壓塊機的核心部件,傳動機構設計是否合理不但影響到壓塊機的生產效率和能量消耗,還與秸稈成型質量關系密切;環模結構的設計是否合理不僅直接影響秸稈成型密度、壓塊層粘結力等成型質量參數,對于整機的能量消耗也影響巨大,此外,壓塊機的環模結構設計還影響到整個設備的使用壽命和工作可靠性。
(3) 傳動機構設計中,總體傳動方案設計和傳動鏈的解算與設計是關鍵因素。此外,還需要考慮傳動結構的效率以及對秸稈成型質量的影響。
(4) 環模結構設計中,??椎膸缀纬叽缫鶕斩捲系奈锢硇再|、最終成型密度、最大壓縮力、單位時間壓塊產量等工藝參數來設計,一般采用實驗測試和數值模擬的方法確定;環模的強度設計可以參考矩形截面容器的設計方法來進行。
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參考文獻(略)
 

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