环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析

该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究,建立了环模扭矩力学模型,推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式;以力学模型为基础,分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明,物料特性对制粒能耗影响很大;在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗;而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量,同时还可以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义,并可为相关的试验提供理论依据。     

基于FLUENT的饲料环模挤压工作区内流场分析

环模与压辊是饲料加工产业中广泛采用的环模制粒机的核心部件,在环模与压辊工作区中物料的流动状况对饲料制粒成型质量具有重要的影响。以加工苜蓿草颗粒为例,以型号SZLH420环模制粒机作为几何参数参考,利用FLUENT软件分析制粒机在不同的喂料量、最小模辊间隙及环模转速下,环模与压辊工作区内挤压成型区中流场状况。讨论物料进入挤压成型区后,挤压成型区中物料内部流速及环模内壁压辊外壁压力变化情况。结果表明:喂料量、最小模辊间隙及环模转速是影响环模制粒的主要因素。对于用型号SZLH420的环模制粒机制造苜蓿草颗粒,最小模辊间隙为0.5mm,喂料量控制在0.000 534kg/s左右,环模转速为4.5rad/s的工况条件,环模制粒机制粒效率高、制粒质量好。     

环模式秸秆压块机压缩装置设计分析

为有效解决环模孔口因物料堆积易产生堵塞的问题,以9YK-0.4D型环模式压块机为研究对象,重新设计了压辊的表面构造,在压辊的圆周外表面两侧设置“齿状凸起”,以渐开线标准直齿圆柱齿轮的设计准则得到各参数的数量关系,即压辊上的开齿数为84个、齿全高为5mm、轴向厚度为1.5mm;为使压辊环模平稳配合,对环模孔做出相应改进,得到其与改进后压辊的几何关系,即楔形块两侧的开槽深度为5mm、开槽宽度为1.7mm。利用SolidWorks对新型压缩装置进行三维建模装配,利用ANSYS对玉米秸秆进行柔性体建模,对三维模型和柔性体模型通过刚柔耦合的方式在ADAMS中建立虚拟样机模型,进行玉米秸秆在压缩室内的压缩过程仿真分析,得出在不同的主轴输入转速下玉米秸秆的受力情况。结果表明：在压缩室内供料区中压辊的“齿状凸起”对玉米秸秆主要起推动作用;在预压缩过程中,随着物料的增多及摩擦力的增大,压辊对玉米秸秆的推动力变为滚动摩擦力,压力值指数上升;在主压缩过程中,“齿状凸起”的挤压对于克服孔壁的摩擦力使得秸秆顺利进入环模孔中至关重要,此时压力值在小范围内波动并逐渐趋于平稳,在一定程度上可以避免堵塞现象的发生。     

小型可调间隙饲料制粒机设计与试验

为实现小批量颗粒饲料生产,设计一种小型可调间隙饲料制粒机,包括环模及配套部件、压辊及配套部件、传动机构等。该制粒机特征为:压辊调节部件位于制粒机外部,能够在不停机的状态下实时调节模辊间隙,保证颗粒饲料的连续生产。同时设计了与该制粒机配套的控制系统。基于弹塑性理论,采用有限元分析软件Abaqus内置的Drucker-Prager Cap本构模型对制粒机模辊挤压过程进行了数值模拟,模拟结果表明,模辊间隙的设置应与物料的摩擦因数相匹配,适当提高物料的摩擦因数能够避免物料内部滑移耗能,有利于提高颗粒饲料的产量和质量。制造样机并进行了生产试验,以某配方乳猪料为原料,进行制粒机作业性能指标的测定,结果表明:该制粒机生产的颗粒饲料成品含水率为13.53%,直径为3 mm,颗粒含粉率为3.27%,颗粒耐久度(PDI)为94.34%,颗粒硬度为176.03 N,生产率约为42 kg/h,各项指标均达到设计要求,满足小批量颗粒生产的要求。     

生物质环模制粒机产能与能耗分析

分析环模制粒机技术参数和物料特性参数对设备产能与能耗的影响规律,可为产品的系列化设计提供理论依据。在对环模制粒机成型过程和机构受力分析的基础上,建立了设备产能与能耗模型,绘制了不同设备技术参数与物料特性参数下的环模制粒机产能和能耗等值线。等值线分布规律表明,环模直径越大、转速越高,对设备产能和能耗的影响越明显;与其他参数相比,物料与辊模之间的摩擦因数对设备产能影响更大,改进辊模表面结构形式或表面材料是提高设备生产率的有效途径;辊模直径比对设备产能的影响比对设备能耗的影响大,辊模直径比越大,设备单位产能能耗越低,因此,在满足设备结构与技术要求的前提下,应尽量增大辊模直径比。     

农业物料的压块试验研究

以9KS304颗粒压块机为设备,对玉米秸秆进行压块试验.通过试验分析环模与压辊的间隙、环模的转速,物料的含水率对成型物湿密度、干密度、生产率和功率的影响,找出最佳含水率、最佳间隙和最佳转速.结果表明:第一影响因素为环模与压辊的间隙,第二影响因素为环模的转速,第三影响因素为物料的含水率;同时,可以找到生产率最高、湿干密度较高、成型质量较好以及消耗功率较低条件下的3个影响因素的最佳值.     

9KH30型环模颗粒机的设计

设计了一台卧式环模颗粒机。根据项目要求,计算颗粒机的喂料和调制器、环模和压辊等核心零部件的参数,并利用SolidWorks软件建立颗粒机的三维模型。该型环模颗粒机具有生产成本低、易维护、结构紧凑的优点,适合中小型颗粒饲料加工厂、生物质颗粒燃料厂使用。     

环模成型机楔形区的离散元研究

以沙柳为生物质原料,建立环模成型机楔形区的离散元模型,分析不同模辊间隙下成型燃料的品质及压辊和环模的磨损情况。模拟结果表明:挤压过程中颗粒轨迹受到扭矩影响,随扭矩变化,扭矩由准直线状逐渐变为波动增长。模辊间隙为1.5 mm时,挤压过程需要的压缩力最大,扭矩值最大,成型品质较好。模辊间隙为2.5 mm时,扭矩较小,颗粒间粘结效果较差,成型燃料松散,成型品质较差。模辊间隙越小,颗粒与压辊间碰撞的法向力越大,会增大颗粒与压辊和环模间的摩擦,造成压辊和环模磨损,减少其使用寿命。     

环模制粒机中环模结构型孔的有限元分析

苜蓿草粉对环模系统的磨损是造成饲料制粒机关键部件环模失效的主要原因.本研究应用Pro/E及ANSYS软件完成三种类型环模型孔的建模及有限元静力分析.得到了三种类型环模型孔沿轴向路径的应力与变形分布,找到了环模孔倒角与环模孔轴向路径的应力与变形的影响关系,60°倒角环模孔结构好,为环模进行结构优化提供了依据.     

内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机设计与试验

针对传统环模生物质成型机能耗高、磨损严重的问题,提出了一种环模生物质致密成型方法,并设计了内啮合行星轮柱塞式生物质环模成型机样机。该样机通过压辊轴上柱塞凸模与环模体上成型孔之间的类齿轮啮合运动,实现柱塞凸模对环模体成型孔内物料的挤压压缩,使松散物料形成一定密度的颗粒状物料。为适应不同的生物质物料,环模体成型孔的长径比可以进行调整。以颗粒度为1~3mm的木屑为物料,在物料含水率为15%、压辊轴转速为60r/min、室温条件下进行了试验。结果表明：内啮合行星轮柱塞式环模生物质成型方法可行,该样机生产率为115kg/h、颗粒成型率96.2%、成型密度1.05g/cm3、机械耐久性指数97.5%、能耗约为45kW·h/t,各项指标均达到设计要求;比其他同规格传统环模成型机能耗降低了25.4%,比螺旋挤压成型机能耗降低了50%;样机关键部件磨损降低,使用寿命得到提高。     

苜蓿草粉制粒机环模失效行为研究

对苜蓿草粉制粒机环模在压辊作用下产生的弯曲应力和接触应力进行了分析计算,对失效的环模进行分析,观察和测量,并用扫描电镜对其表面形貌进行观察研究.结果表明:环模失效主要原因是疲劳失效和磨损失效,而弯曲应力和接触应力不是影响环模寿命的主要因素:磨损失效与疲劳失效存在一定关系,随着磨损的加剧,环模的模孔内壁壁厚发生变化,降低了环模的抗疲劳能力;环模表面在疲劳剥落和显微切削两种磨损机制作用下产生表面的材料流失,导致环模的磨损失效.     

菌渣颗粒燃料固化成型机的设计与试验

针对食用菌生产中的菌渣丢弃导致环境污染及综合利用率低的问题,依据生物质碾切挤压成型原理,研究设计了菌渣颗粒燃料固化成型机,并对其核心部件环模与压辊的结构参数、力学特性等进行了分析。通过对栽培过后的金针菇菌渣成型试验,试验结果表明:该机生产率为945.5kg/h,吨料电耗71.43kW·h/t,颗粒燃料的成型率为96.4%,机械耐久性为97.2%,颗粒质量密度为1.24 g/cm3,颗粒含水率为10.1%,均符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作平稳,成型可靠,物料适应性强和操作环境无粉尘等优点,性能满足设计要求。     

基于COSMOS的生物质颗粒机环模寿命分析

为将环模寿命定量化,分析了环模的失效形式、失效机理和影响环模寿命的结构因素;根据材料的疲劳寿命实验数据,利用Weibull公式建立了环模疲劳失效的S-N曲线,对环模的疲劳寿命进行研究;最终借助COSMOS有限元软件将环模的疲劳寿命量化,采用雨流计数法对不同结构参数下的环模进行数值计算,得出不同结构参数下环模的疲劳寿命数据,并确定模孔孔径为10mm、模孔交替排列且模孔数为720的环模为理想环模.     

HKJ-250型环模颗粒机的设计

本文着重介绍了HKJ-250型环模颗粒机的结构和工作原理,对主要部件进行设计,并对主要参数进行了计算分析,确定了物料攫取角、压辊直径之间的关系。     

HKJ-250型环模颗粒机的设计

本文着重介绍了HKJ-250型环模颗粒机的结构和工作原理,对主要部件进行设计,并对主要参数进行了计算分析,确定了物料攫取角、压辊直径之间的关系。     

不同结构的环模模孔挤压成型流场模拟分析

环模是环模制粒机的核心部件,其结构参数直接制约着物料的成型质量、产量以及环模的使用寿命。该文以苜蓿草粉为原料,应用POLYFLOW软件对不同结构的环模模孔内部流场进行数值模拟,研究模孔结构参数对流场压力、速度、温度、剪切速率和黏性生热分布特性的影响规律,旨在为环模结构设计提供参考依据。结果表明:直形孔内物料流动速度较低,物料在模孔内的挤压保型时间较长,成型草颗粒具有较高的硬度和强度;直形孔内温升显著分布于全部孔长,物料受热变软,塑性和流动性增强,易于成型;直形孔中心区域剪切速率较大,利于物料的挤压流动;直形孔在全部挤压成型腔内沿径向从中心轴到外侧黏性生热逐渐升高,且中心轴附近黏性生热较大,促进物料的混合和塑化。     

立式双层环模双层压辊秸秆压块机设计与试验

针对传统单层环模秸秆压块机存在生产率低、能耗高等问题,提出一种成型温度可控的立式双层环模双层压辊结构的秸秆压块机,双层压辊直径为320 mm,厚度为115 mm,双层环模块方形进料口边长为32 mm,圆形出料孔直径为28 mm,主轴受扭段最小直径为100 mm,整机动力为100 kW。以水稻秸秆为原料进行试验,结果表明:压块机生产率为2 208 kg/h,吨燃料能耗为25.21 kW·h/t,成型率为96%以上,机械耐久性为97%以上,成型密度大于1.0 g/cm~3,开机预热时间为9.6 min,各项指标均达到设计要求。与同型号单层立式环模压块机相比,生产率和环模孔寿命有所提高,吨燃料能耗和预热时间有所降低。     

秸秆压块成型的试验研究

以江苏圆通自主研发生产的9JYK-2000A型秸秆压块机为试验装置,对稻秸秆进行压块成型试验。通过试验分析环模与压辊的间隙、环模的转速、物料的含水率对压块成品密度、生产率和吨料电耗的影响,找出3个影响因素的最佳值组合。     

车用气弹簧力学性能仿真研究

通过建立车用压缩气弹簧工作状态的数学模型,在Matlab环境下对该模型进行仿真,得到压缩气弹簧的力学性能曲线,并进一步分析压缩气弹簧结构参数对力学性能的影响.     

喂入量对新鲜玉米秸秆压缩规律影响的试验研究

为将新鲜作物秸秆资源开发成新鲜成型产品,对新鲜去穗玉米秸秆进行了压缩试验研究。根据试验结果,建立了压缩力与压缩密度的数学模型,确定了喂入量对压缩力、压缩密度、压缩功的影响规律,为新鲜草物料压缩工程优化设计提供基础依据;并在试验选定喂入量范围内,给出了较优喂入量,对实际生产有一定的指导意义。