【畢業(yè)學(xué)位論文】大粒徑秸稈壓縮成型的有限元分析及設(shè)備設(shè)計(jì)

目 錄1緒論 .本課題的研究背景 .國(guó)內(nèi)外研究狀況 .研究目的和意義 .研究目標(biāo)和內(nèi)容 .大粒徑生物質(zhì)壓縮成型的原理 .大粒徑生物質(zhì)壓縮成型的過(guò)程研究 .大粒徑生物質(zhì)壓縮過(guò)程的 .模擬結(jié)果的分析 .文章小結(jié) .成型溫度場(chǎng)的有限元分析基本理論 .大粒徑生物質(zhì)溫度場(chǎng)有限元分析過(guò)程 .立模型 .示結(jié)果 .文章小結(jié) .大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型的影響因素分析 .大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮的試驗(yàn)研究 .文章小結(jié) .設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 .液壓缸的設(shè)計(jì) .液壓缸尺寸參數(shù)的計(jì)算 .液壓缸的密封設(shè)計(jì) .其他重要部分的設(shè)計(jì) .其它關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .文章小結(jié) .總結(jié) .展望 . .攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文 .章 緒 論11緒論本篇文章首先主要的部分是介紹了本課題目前的研究背景、國(guó)內(nèi)外研究的狀況 、 研究的目的和意義以及研究的目標(biāo)和內(nèi)容 。 其次再通過(guò)對(duì)這一課題的綜合研究來(lái)設(shè)計(jì)出一種新型的大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型設(shè)備 ， 為的是使這種設(shè)備有如下優(yōu)點(diǎn) ： 成本低但效率高 、 結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 、 工作狀況良好 、 性能更加穩(wěn)定等 。 這種大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型設(shè)備比現(xiàn)有的生物質(zhì)成型設(shè)備能夠在經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)落后 、 能源相對(duì)缺乏 、 原料相對(duì)充足的農(nóng)村推廣的時(shí)候擁有較大的發(fā)展空間和很明顯的經(jīng)濟(jì)效益 ， 這樣可以使國(guó)內(nèi)大量的生物質(zhì)秸稈資源得到非常合理的利用 ， 為今后生物質(zhì)廢棄材料的處理提供了一種更加有效的途徑和方法。 中之一是可再生資源 ；另外一種則是不可再的生有限資源 。 現(xiàn)如今天然氣 、 煤炭以及石油這三種重要的珍貴能源都已經(jīng)納入了不可再生資源的范疇 1。 一些學(xué)者研究分析發(fā)現(xiàn)以上三種主要能源的儲(chǔ)存量只能夠全世界的人采用 100年，說(shuō)明了這些資源對(duì)于人類來(lái)說(shuō)這是非常有限的 ， 因此 全世界的國(guó)家都著手準(zhǔn)備 開(kāi)發(fā)新的能源來(lái) 完全代替這三大有限且不可以再生的 能源 。每個(gè)國(guó)家都很重視開(kāi)發(fā)新能源 ， 因?yàn)檫@樣做對(duì)各國(guó) 經(jīng)濟(jì) 的 持續(xù)發(fā) 展很重要 ， 發(fā)展新型能源也是象征著社會(huì)正在進(jìn)步一個(gè)重要標(biāo)志 。 在新能源中就數(shù)生物質(zhì)秸稈材料轉(zhuǎn)化的能源是最安全和最穩(wěn)定的能源 。 有資料說(shuō)明現(xiàn)在可以通過(guò)一些比較高端的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)出很多不同種類的可代替能源 。 從過(guò)去到目前為止世界上的各個(gè)國(guó)家 都 在竭盡全力 開(kāi)發(fā) 出 生物質(zhì)能 及其相關(guān) 技術(shù)2。為了 保護(hù) 自己國(guó)家 的 不可再生 能源 及其有限的 資 源，同時(shí)也是為了各自的國(guó)家在經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)發(fā)展提供一種有力保障 ， 各國(guó)的資源戰(zhàn)略逐漸向生物質(zhì)能資源傾斜。 像生物質(zhì)秸稈資源這么非常豐富的資源存在于地球上的各個(gè)地方 。 根據(jù)有關(guān)學(xué)者估算 ， 世界上現(xiàn)在每年消耗的有機(jī)資源的總凈產(chǎn)量大約為 1390到 1810億噸 。 這 其中 存在于陸地上的有機(jī)資源的凈 產(chǎn)量 大 約為 1110億噸，約占整個(gè)游擊資源凈產(chǎn)量的 70%3。 僅僅在 我國(guó) 的生物質(zhì) 秸稈 資源每 年 的 總產(chǎn)量 約為 7億噸 。 在這些產(chǎn)量 中 能夠 作 為生物質(zhì) 燃料的秸稈 材料大約 占 到總生物質(zhì) 秸稈 資源生產(chǎn)量的 50%左右， 而且這樣的比例在 我國(guó)農(nóng)村 日 常 生 活 耗 能 的 占 有率 達(dá)到 了 40%左 右4。 作為 可再 生 利用 資源 的 生 物質(zhì) 能 源消 費(fèi)總量通常都排在石油 、 煤炭和天然氣的后面 ， 現(xiàn)在排名位子位于全世界第四 位 。 但作為 一第 1章 緒 論2種 能源 來(lái)說(shuō)直接利用它燃燒來(lái)獲取熱能是最普遍的 ， 因?yàn)檫@種燃燒方式在生物質(zhì)燃燒特性 比 較 差 的 情 況 下 有 效 的 利 用 率 較 低 ， 一 般 約 為 10%到 20%。 除 此 之 外 我 國(guó) 如 今 已 經(jīng) 有一部分的大中型城市開(kāi)始禁止焚燒 6噸及其 以 下重量的生活用爐灶和燃煤鍋爐 。 取而代之的是采用清潔燃料比如說(shuō) 天然氣 、 風(fēng)能發(fā) 電等 。 但 是這樣的做法 對(duì) 于我國(guó) 各 個(gè)小地方的 居民來(lái) 說(shuō)其價(jià)格是在是太高了 ， 對(duì)某些貧困家庭來(lái)說(shuō)導(dǎo)致?lián)浅５闹?。 若果要是能夠利 用 附 近 的 可 再 生 資 源 生 物 質(zhì) 秸 稈 作 為 鍋 爐 及 其 附 屬 設(shè) 備 燃 燒 的 燃 料 就 可 以 改 變 這 種現(xiàn)狀了 4。我 國(guó) 2005年 就 開(kāi) 始 正 式 將 風(fēng) 能 、 水 能 、 太 陽(yáng) 能 、 海 洋 能 、 地 熱 能 、 生 物 質(zhì) 能 等 能源定為可再生能源 。 這樣就使得可再生能源的全力開(kāi)發(fā)和有效利用有了可持續(xù)發(fā)展的空間 ， 同時(shí)這樣做也為生物質(zhì)能源的全力開(kāi)發(fā)和有效利用提供了政策上的全力支持和相關(guān)的法律依據(jù)。相比其他能源，這樣的能源生產(chǎn)成本較低且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造 5。 前 為 止 我 們 國(guó) 家 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 設(shè) 備 特 別 是 大 粒 徑 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 設(shè) 備在實(shí)用性上的改進(jìn)還存在不足 ， 在生產(chǎn)上也有一些有待改進(jìn)的地方 。 這樣以來(lái)我國(guó)就有必要在實(shí)踐方面對(duì)生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的工藝進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和總體結(jié)構(gòu)改進(jìn) 6（ 1）管 絲 軸 圖 擠 壓式 成型 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn) 圖如圖 原理是利用了 螺桿 將 生物質(zhì) 原材料擠壓成型的同時(shí)從內(nèi)部 輸送 再將其 推進(jìn) 到錐形套筒內(nèi) 。 與此同時(shí)生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的成型套筒外部都會(huì)使用一些電熱元器件來(lái)給錐形成型套筒加熱 。第 1章 緒 論3當(dāng) 生 物 質(zhì) 燃 料 的 成 型 溫 度 在 140 到 310 時(shí) 其 纖 維 素 、 木 質(zhì) 素 等 內(nèi) 部 物 質(zhì) 會(huì) 軟 化 ， 在這個(gè)時(shí)侯的生物質(zhì)燃料比較容易被擠壓成型 。 一般來(lái)說(shuō)從生物質(zhì)成型設(shè)備成型套筒被擠壓出來(lái)的 成型燃料 的直徑 為 套筒端部直徑大小 的棒 或塊狀燃料 ?，F(xiàn) 在 制 約 著 螺 旋 式 成 型 設(shè) 備 商 業(yè) 化 生 產(chǎn) 和 開(kāi) 發(fā) 利 用 的 首 要 技 術(shù) 問(wèn) 題 當(dāng) 中 有 一 個(gè) 是這樣生產(chǎn)出來(lái)的單位產(chǎn)品能源消耗很高 ， 而且該單位的生產(chǎn)率相對(duì)其他單位的生產(chǎn)率來(lái)說(shuō)又比較低 ； 另一個(gè)問(wèn)題就是壓縮成型過(guò)程中的零部件磨損問(wèn)題 ， 尤其是錐形成型套筒內(nèi)的螺桿磨損非常嚴(yán)重 。 而且一般普通材質(zhì)螺桿的使用壽命非常的有限 ， 雖然可以通過(guò)噴涂 、 堆焊和使用耐磨材質(zhì)可以提高螺桿的使用壽命 ， 但是這些螺桿成型工藝很復(fù)雜導(dǎo)致成本增大。 （ 2）活塞式擠壓成型機(jī)像活塞式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)按照其驅(qū)動(dòng)力的方式不同又可以分為兩類 ： 其中之一 是利 用發(fā)動(dòng)機(jī) 或者是電動(dòng)機(jī)通 過(guò)機(jī)械 傳動(dòng)的方式來(lái)使生物質(zhì)壓縮成型機(jī)驅(qū)動(dòng)起來(lái) ， 這樣的成型機(jī)就為機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī) ； 另一類生物質(zhì)壓縮成型機(jī)是利用液壓的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)的 ， 這種生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備就是液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī) 。 有研究 表明 ： 將 活塞沖壓式生物質(zhì)壓縮 成型機(jī) 和 螺旋擠壓式 壓縮 成型機(jī)相 對(duì) 比 ， 前者的構(gòu)造 明顯改善了 壓縮 成型部件 如 螺桿 經(jīng)常 會(huì) 磨 損嚴(yán) 重 的現(xiàn) 象 9 活 塞沖 壓式 生 物質(zhì) 壓縮 成 型機(jī) 螺 桿的 使用 壽命 一般都可以超過(guò) 200小時(shí) ， 并 且 在生產(chǎn)的時(shí)候該機(jī)型的 單位產(chǎn)品能耗 能夠 下降 很多 。 但 是現(xiàn)在研發(fā)出來(lái)的 機(jī)械驅(qū)動(dòng)活 塞式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)也有它的缺點(diǎn) ： 由于這種生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的振動(dòng)負(fù)荷較大 ， 所以就會(huì)造成其運(yùn)行的穩(wěn)定性不好 ， 另外一個(gè)重要的方面又會(huì)導(dǎo)致很大的生產(chǎn)噪音 。 還有一點(diǎn)是活塞式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)速度比機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度低很多 ， 所以生物質(zhì)壓縮燃料的產(chǎn)量就會(huì)受到一些較大的影響。 燃 料圖 式 擠壓 成型 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖如圖 塞式擠壓 成型機(jī) 的 端部錐形 成型模具部為 “ 閉式 ” 壓縮 ，這種 壓縮 方第 1章 緒 論4法 是 指 用 活動(dòng) 柱塞 對(duì)裝入壓模內(nèi)的生物質(zhì)秸稈原材料進(jìn)行擠壓 ， 形成高密度的成型物后取出樣品，這種成型機(jī)的成型內(nèi)腔是封閉的。 （ 3）壓輥式成型機(jī)壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)一般用在顆粒狀壓縮成型燃料的生產(chǎn)上面 ， 為了能夠使生物質(zhì)燃料完全成型 ， 壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的基本工作部件主要由其壓模和壓輥組成的。這種壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)對(duì)生物質(zhì)秸稈原材料的含水率要求不高，通常在 10%到 40%時(shí)就 能 夠較好的 成型。 如圖 刀 具 顆 粒 原 料 圖 模壓 輥式 擠壓 成型 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 刀 具 顆 粒 原 料 圖 模 壓輥 式擠 壓成 型機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖相比起平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)而言 ， 環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的耗電較少 、 產(chǎn)量較大 。 由于平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速比環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)要低一些 ， 導(dǎo)致平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的產(chǎn)量比環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的產(chǎn)量小。與此同時(shí)由于平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的轉(zhuǎn)速低而且壓力大 ，第 1章 緒 論5導(dǎo)致了壓制生物質(zhì)秸稈材料的時(shí)候產(chǎn)出的生物質(zhì)燃料的顆粒密度較大 。 像木屑和秸稈這類難以成型的粗糙纖維就需要較大的壓力 。 環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的模具壓輪軸承容易磨損，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制了壓力不可調(diào)，在壓制一些粗纖維物料時(shí)可能會(huì)超出負(fù)荷 。平模成型機(jī)的壓輪直徑大小不會(huì)受到模具直徑的限制，因?yàn)榧哟罅藘?nèi)部裝軸的空間 ， 可以用大型號(hào)軸承加強(qiáng)壓輪的載荷能力 ， 這樣既能提高壓輪的承受能力又可以延長(zhǎng)使用壽命 9。成型原料麥木屑、秸稈等生物質(zhì)原料含有大量纖維素、木質(zhì)素，由于他們聯(lián)系緊密 ， 輥壓磨具在對(duì)這類原料進(jìn)行擠壓時(shí) ， 需克服極大的應(yīng)力做功 ， 所以磨具通常磨損嚴(yán)重 10。 此外 ， 壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)還有一些缺點(diǎn) 。 例如這種成型機(jī)的振動(dòng)大 、 噪聲大，并且在使用的過(guò)程中還要配備專門的燃燒鍋爐，非常不方便。 目前在利用生物質(zhì)能的發(fā)展過(guò)程期間 ， 我國(guó)吸取了發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn) ， 然后結(jié)合我國(guó)自 身 的 情 況 生 產(chǎn) 了 一 些 適 合 我 國(guó) 使 用 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 機(jī) 711 國(guó) 內(nèi) 已 經(jīng) 有 研 究 人 員和 機(jī) 構(gòu) 研 發(fā) 出 了 質(zhì) 擠 壓 式 秸 稈 成 型 機(jī) 12； 在 遼 寧 省 能 源 研 究 所 開(kāi) 發(fā) 出 了型 顆 粒 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 以 后 ， 中 國(guó) 農(nóng) 機(jī) 能 源 動(dòng) 力 研 究 所 就 研 發(fā) 出 了 體 。 在這之后 成型機(jī) 又通過(guò) 不斷 的 改進(jìn) 使其性能得到極大提高 ， 克服了很多其他成型機(jī)不易處理秸稈廢棄物的問(wèn)題13。 2003年 有的項(xiàng)目 又得到 了政府的支持 ， 隨后就可以將 秸稈擠壓 成 完全成型燃燒材料 并且 在農(nóng) 村利用起來(lái) 14 為了研發(fā)出先進(jìn)的機(jī)型及其技術(shù)投入了大量的人力物力 。 到目前為止 ， 國(guó)外的生物質(zhì)成型機(jī)主要有 4種 ： 顆 粒成型機(jī) 、螺旋連續(xù)擠壓成型機(jī) 、 液壓活塞式成型機(jī)和機(jī)械活塞式成型機(jī) 16。 最早研制出的生物質(zhì)成型機(jī)是螺旋擠壓式成型機(jī) ， 當(dāng)時(shí)這種成型設(shè)備有很多的優(yōu)點(diǎn)例如如運(yùn)行平穩(wěn) 、 能夠連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)的成型燃料易燃等。 活塞擠壓式生物質(zhì)壓縮成型機(jī)改變了成型的部件 ， 這樣就可以 大幅提高成型部件的使用壽命 。 同時(shí) 改變了 原料 的 作用方式 來(lái) 降低 生物質(zhì)燃料單位產(chǎn)品的能耗 。 根據(jù)其驅(qū)動(dòng)力來(lái)源不同 ， 這類型的生物質(zhì)應(yīng)力壓縮成型機(jī)又分為液壓活塞式和機(jī)械活塞式這兩種類型 。早在 1976年 ， 美國(guó)就率先 成功 的研發(fā)出 了生物質(zhì)顆粒成型機(jī) 及其配套的 燃燒設(shè)備 ；在 從美 國(guó)引進(jìn)成型燃料的相關(guān)生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)技術(shù)之前 ， 他們就已經(jīng) 開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械活塞 式成型機(jī)及其相關(guān)技術(shù)來(lái)處理農(nóng)林生物質(zhì)材料的廢棄物 ； 亞洲有些國(guó)家在成型機(jī)銷售市場(chǎng)當(dāng)中也占據(jù)著一定的主導(dǎo)地位。在早期就在各地修建生物質(zhì)致密成型研究的基地 。其他一些國(guó)家也對(duì) 生 物質(zhì)成型技術(shù)重視起來(lái) ， 經(jīng)過(guò)研究 ， 也能研發(fā)顆粒成型機(jī) 、 活塞式成型機(jī)及其配套燃燒設(shè)備17第 1章 緒 為一種分散型的能源存在 ， 生物質(zhì)有能源也有一些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了生物質(zhì)能源大規(guī)模應(yīng)用的能力 ， 這當(dāng)中有著相當(dāng)多的生物質(zhì)不能有效而充分的利用 。 因?yàn)槲覀儑?guó)家的生物質(zhì)原材料資源很豐富 ， 現(xiàn)在如能將其轉(zhuǎn)化成為清潔 、 方便的能源 ， 那么這將有著十分顯著的社會(huì)效益 ， 對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展非常有利 。 因此 ， 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)引起了政府的關(guān)注和人們的興趣 ， 尤其是生物質(zhì)固化成型技術(shù) 。 現(xiàn)如今正在研究的生物質(zhì)固化壓縮成型燃料有著很多的優(yōu)點(diǎn)符合了現(xiàn)代化新型農(nóng)村發(fā)展的要求 。 開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源不僅可以減輕環(huán)境污染還可以解決能源危機(jī)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 通過(guò)研究本課題 ， 研發(fā)出一種大粒徑生物質(zhì)壓縮成型機(jī) ， 在保持原有生物質(zhì)壓縮成型機(jī)原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上使其有著造價(jià)低 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 效率高 、 工況良好 、 系統(tǒng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn) 。 現(xiàn)在的常規(guī)能源很有限 ， 所以生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的出現(xiàn)在推廣的時(shí)候有了發(fā)展的空間。 )應(yīng) 用 料擠壓 成型 的 過(guò)程 進(jìn)行模擬并且對(duì)壓縮過(guò)程中 加熱生物質(zhì) 燃料的 內(nèi)溫度場(chǎng) 分布的進(jìn)行分析 。 為了試驗(yàn)研究 、 分析生物質(zhì)擠壓成型受哪些主要因素的影響 ， 本課題要運(yùn)用 (2)通過(guò) 對(duì)擠壓 和壓縮 成型模 具和 進(jìn)料裝置進(jìn)行改進(jìn)， 使生物質(zhì)燃料 成型更容 易 、進(jìn)料更簡(jiǎn)捷 并保證很高的成型質(zhì)量和工作效率。本課題液壓設(shè)計(jì)中的參數(shù)進(jìn)行校核 ， 這樣有利使液壓系統(tǒng)運(yùn)作得更合理并簡(jiǎn)化設(shè)備的總結(jié)構(gòu)布局。 (3)本課題為了 設(shè)計(jì) 出 一種 液壓 活塞式 大粒徑 生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備 ， 這種設(shè)備 有 著生 產(chǎn)成本低 、 原料運(yùn)費(fèi)少 、 田間作業(yè)便利 、 使用壽命長(zhǎng) 等特點(diǎn) 。 新型的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)比原來(lái)的機(jī)型對(duì)生物質(zhì)秸稈原料的要求更低，而且降低了對(duì)生物質(zhì)原料的濕度要求 ，本 課 題 的 設(shè) 計(jì) 的 成 型 機(jī) 并 不 需 要 其 他 的 配 套 設(shè) 備 來(lái) 配 合 所 設(shè) 計(jì) 的 大 粒 徑 生 物 質(zhì) 壓 縮 成型機(jī)。 物質(zhì) 擠壓 成型 過(guò)程中的生物質(zhì)原料變形形態(tài) 、 應(yīng)力 、 內(nèi)部位移規(guī)律等 ， 為找第 1章 緒 論7出各因素對(duì)成型燃料狀燃料的影響 ， 合理運(yùn)用 機(jī) 械 部 件 進(jìn) 行 分 析 時(shí) 給 出 重 要 依 據(jù) 。 對(duì) 加 熱 前 后 生 物 質(zhì) 材 料 的 內(nèi) 部 溫 度 場(chǎng) 進(jìn) 行 模擬 ，為以后的壓縮工藝做好準(zhǔn)備。 進(jìn)行生物質(zhì)壓縮 成型機(jī) 的原理 分析 是為了 對(duì)生物質(zhì) 壓縮 成型 過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行分析 ，以此來(lái) 確定 影響成型的各個(gè)主要因素和 成型條件 ， 為生物質(zhì)壓縮成型機(jī)總體設(shè)計(jì)提供充分的理論數(shù)據(jù)。 在 進(jìn) 行 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 機(jī) 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 之 前 根 根 據(jù) 生 產(chǎn) 條 件 和 加 工 要 求 實(shí) 行 系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 分析 。并著重對(duì)擠壓成型模具、進(jìn)料裝置、和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 分析82大粒徑 生物質(zhì)壓縮成型 的 以能夠在不添加粘結(jié)劑的情況下加熱壓縮成型。木材中的木質(zhì)素含量一般為 26%到 3%， 當(dāng)用 木質(zhì)素衍射 時(shí)顯示 木質(zhì)素 是以苯 丙烷為其主體結(jié)構(gòu)的非晶體 。 通常有三種最基本的結(jié)構(gòu) ： 愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu) 、 紫丁香基結(jié)構(gòu)和對(duì)梭苯基結(jié)構(gòu) 。 但是木質(zhì)素具有一種玻璃態(tài)的是軟化點(diǎn) ， 這一種轉(zhuǎn)化溫度的軟化點(diǎn)和木質(zhì)素本身處于什么形態(tài)和其結(jié)構(gòu)有著很大的關(guān)系19從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以表明 木質(zhì)素開(kāi)始軟化 的 溫度在 69 到 111 ， 但是它的 粘結(jié)力 從那時(shí) 開(kāi)始增加 1923 而當(dāng)溫度到 190 到 310 的 時(shí) 候木質(zhì)素就 可以熔融 了 。 這個(gè)時(shí)候就在與最大應(yīng)力垂直的方向上的原料顆粒通常相互嚙合 。 但是在與最小應(yīng)力垂直的方向上 ， 原料顆粒通常相互靠緊 ， 那么這樣就使得生物質(zhì)的體積縮小 、 密度增大 ， 這樣就可以維持固定的形狀，因?yàn)檫@時(shí)的成型材料有一定的強(qiáng)度了。 生 物 質(zhì) 秸 稈 材 料 壓 縮 成 型 的 原 理 可 知 活 塞 式 生 物 質(zhì) 秸 稈 壓 縮 成 型 機(jī) 的 壓 縮 過(guò) 程是一個(gè)連續(xù)擠壓的過(guò)程 。 為了方便問(wèn)題的研究 ， 生物質(zhì)壓縮成型時(shí)材料被擠壓的區(qū)域可以分為五個(gè)區(qū) ： ： 供料區(qū) 、 壓緊區(qū) 、 穩(wěn)定成型區(qū) 、 塑性成型區(qū)和保型區(qū) 25， 如 圖 活 塞 口 筒 腔 筒圖 質(zhì) 成型 過(guò)程 分析 示意 圖第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 分析9從圖 以看到 ， 為了給擠壓 油缸 準(zhǔn)備向 預(yù)壓輸送 區(qū)域運(yùn)送生物質(zhì)燃料的區(qū)域 ； 活塞桿 從 封 住生物質(zhì)秸稈進(jìn)料口以后到生物質(zhì)燃料壓縮成型前即將用活塞 推動(dòng) 材料 前移 動(dòng)的 區(qū)域 ； 穩(wěn) 定成 型區(qū) ，是 為了 推 動(dòng) 材 料 活 塞前 極 限 位 置的 區(qū)域 ； 整個(gè)成型過(guò)程中 是 最 為 重要 的一段 塑性成型區(qū) 。 因?yàn)?物料在 錐形腔里面在加熱的同時(shí)受到擠壓變形； 保型區(qū)， 是使壓縮燃料保持成 型 的區(qū)域 ?；钊麠U在壓縮生物質(zhì)燃料時(shí)為了將部分空氣排出 、 減小體積 、 使原料壓縮后的密度比一般自然狀態(tài)密度高 ， 那么在供料區(qū)域內(nèi) ， 物料首先被預(yù)壓縮 。 活塞每一次行程都完成以此壓縮 。 當(dāng)活塞到了 置時(shí) ， 生物質(zhì)原材料在推力作用下向前移動(dòng) ， 當(dāng)觸碰到錐型套筒端面時(shí) ， 生物質(zhì)材料的空間內(nèi)被擠壓出空氣而產(chǎn)生塑性變形 。 在材料進(jìn)入成型區(qū)的這個(gè)區(qū)間里柱塞壓力快速增大，這樣會(huì)將先前成型的生物質(zhì)原材料擠壓進(jìn)成型區(qū) 。然后在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞帶動(dòng)下保持一定的形狀 。 從保型區(qū)出來(lái)后的成型材料還需進(jìn)過(guò)經(jīng)過(guò)幾天才可以保持一定的形狀 26。 有一種在力學(xué)上可以利用來(lái)求解有限單元的方法就是有限元法27。 有限單元分析法可以運(yùn)用到很多的地方 ， 例如力學(xué)中位移場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)分析 、 振動(dòng)特性分析 、 傳熱學(xué)中的流場(chǎng)分析 、 電磁學(xué)中電磁場(chǎng)分析等 。 在世紀(jì)工程中有許多力學(xué)問(wèn)題都可以用計(jì)算機(jī)求解 ， 比如靜態(tài)分析 、 動(dòng)態(tài)分析 、 應(yīng)力 、 結(jié)構(gòu)變形 、 振型及固有頻率等 。 有限單元分析法是最主要的分析方法 ， 這是因?yàn)樗膽?yīng)用性和實(shí)用性最最好 。 這種有效性可以從分析線性問(wèn)題 ， 隨著其技術(shù)的發(fā)展分析非線性的問(wèn)題 。 不僅如此分析對(duì)象也逐漸地廣泛了 ， 從彈性材料到塑性材料 ， 再到粘彈性 ， 最后到符合材料這種連續(xù)體到非連續(xù)體的變化。 問(wèn)題 進(jìn)行分析來(lái)建立 數(shù)學(xué)模型 ， 然后在工程問(wèn)題的模型確定了之后利用該方法來(lái)進(jìn)行分析 ， 隨后計(jì)算求解 。 有限元法的求解思路是先將結(jié)構(gòu)上連續(xù)的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分 ， 然后計(jì)算被網(wǎng)格劃分后的子域 ， 通過(guò)邊界節(jié)點(diǎn)來(lái)講子域結(jié)合成一個(gè)整體進(jìn)行分析 。 網(wǎng)格劃分的多少和有限元法的精度和速度有關(guān)系 。 對(duì)建立的模型利 用 加 權(quán) 余 量 法 和 等 效 變 分 理 論 來(lái) 建 立 需 要 求 解 場(chǎng) 函 數(shù) 節(jié) 點(diǎn) 未 知 量 的 常 微 分 方 程 組 或代數(shù)方程組。方程組以矩陣的形式表示有限元的求解方程，最后用數(shù)值法求解得出解 。第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 在實(shí)際工作中遇到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體都能離散成為有限元模型 ， 這些模型可以由單元組合體的形式表示 。 這是有限元法對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性特點(diǎn) 。 這種方法適應(yīng)于許多物理問(wèn)題 ， 并且可以解決各種單元互相耦合的問(wèn)題 。 這是有限元法對(duì)問(wèn)題的適應(yīng)性 。 在 建立理論上的可靠性 方面 ， 建立有限元方程加權(quán) 余量法已被證明為等效積分 ， 因此有限元法求解的近似程度就會(huì)因?yàn)槟Ｐ偷恼_建立而變高 ， 其結(jié)果也就更加精確 。 若單元是收斂的 ， 那么隨著單元數(shù)的增加以及自由度的增加 ， 求解的結(jié)果也會(huì)收斂于數(shù)學(xué)模型 。 最后因?yàn)橛邢拊ㄔ谟?jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的高效性使得這種方法常用于解決復(fù)雜問(wèn)題。論上 析過(guò)程包 括以下幾 個(gè)步驟。分 析 問(wèn) 題 前 處 理加 載 并 求 解后 處 理結(jié) 果 是 否 合 理問(wèn) 題 得 到 解 決 元 分析 流程 圖(1)加載求解加 載 求 解 主 要 是 先 求 出 在 節(jié) 點(diǎn) 處 的 自 由 度 ， 然 后 再 求 出 作 用 于 表 面 的 接 觸 分 布 載荷 。 其次再求作用于整個(gè)場(chǎng)域中的體積載荷 。 最后再求出由結(jié)構(gòu)的慣性或者是質(zhì)