邓勇[1]2004年在《环模制粒机的有限元分析及试验研究》文中研究表明本文以颗粒饲料加工关键设备环模制粒机为研究对象,对环模制粒机在实际生产中出现的问题进行了研究;环模制粒机的性能评价,一般有制粒质量、生产率、制粒机功耗、制粒机使用寿命等指标；为了实现对环模制粒机综合性能的评价，本课题研究过程中，采用试验设计的优化方法和有限元分析方法相结合的研究方法。在试验设计中，采用正交试验的方法，以611型鸡饲料作为颗粒饲料的原料，分析混合饲料的调质温度、调质水分、油脂添加量、粉碎粒度等试验因素对制粒质量、生产率、电耗的影响；有限元分析中以UG、ANSYS作为仿真环境，针对制粒机使用寿命的问题，通过对环模制粒机中的关键零件环模进行动力、静力、热结构耦合分析，获得一系列参数化后的环模的平均应力作为环模使用寿命的评价指标；以实验设计的优化思想和有限元分析方法对各个影响因素作了排列组合式的实验安排，力求达到量化分析的目的。本课题最终完成环模制粒机核心工作部件环模制粒总成仿真模型的建立，对环模制粒机整机实现优化的目的,环模制粒机的仿真模型和数值分析模型对于环模制粒机的使用厂家和设计者都有很好的应用价值和参考价值，对于环模制粒机的研究方法是一次突破和有意义的尝试。
高微[2]2012年在《生物质颗粒燃料制粒机数字化设计及试验研究》文中研究指明农作物秸秆固化成型技术以及成型机械设备的研究对于推动秸秆资源综合利用和加速建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。秸秆颗粒燃料环模制粒机以生产效率高，操作简便和颗粒成型密度可调等特点适用于大规模工业化生产，其产品可代替煤和石油用于供暖和发电，具有广泛的应用前景。以发展生物质能资源化利用技术为背景，针对秸秆颗粒燃料生产中的关键机械装备，开展环模制粒机数字化设计和制粒机工作性能与影响因素间关系的试验研究，为环模制粒机的设计与应用提供理论依据和实际指导。在分析环模制粒机设计参数对其工作性能影响的基础上，对制粒机关键部件的设计参数进行研究，进而确定了制粒机总体设计方案和关键部件的设计参数。以疲劳破坏理论为依据，根据制粒机压辊工作过程中的受力分析，确定了压辊数目。对数字化造型、特征与参数化造型技术和数字化装配理论进行了分析，采用基于特征的参数化造型技术建立了环模制粒机零部件的叁维实体模型，确定了制粒机设计中的关键参数以及参数间关系。在此基础上进行了数字化装配，得到了环模制粒机整机的数字化模型及零部件二维工程图，为制粒机的仿真和分析奠定了基础。根据牛顿定理和拉格朗日定理推导出制粒机多体系统动力学方程，归纳了求解方程所用微分-代数方程的求解算法。通过专用接口模块MECH/Pro将制粒机环模模型导入ADAMS/View进行动力学仿真。通过分析比较不同压辊数目下环模运动全过程中螺旋输送器所受扭矩及其与环模连接副间的作用力，得出压辊数目为4时环模受力较为合理的结论。分析并确定了环模弹塑性变形中的应力-应变关系为等向硬化的Von Mises模型条件下弹塑性增量的本构关系，建立了各变形阶段的有限元方程。利用ANSYS软件进行有限元分析，得出了秸秆制粒过程中环模上应力和位移的分布规律，为制粒机环模的设计提供了参考。通过单因素试验和二次回归正交旋转组合试验，确定了含水率、秸秆原料粒径和发酵时间对颗粒燃料成粒率、抗跌碎强度和单位产量耗电量的影响规律，并建立了颗粒燃料成粒率、抗跌碎强度和单位产量耗电量与影响因素间关系的回归方程。经显着性检验、各因素贡献率分析及回归方程优化求解，确定了各回归方程与实际情况拟合显着，得出各试验因素对试验指标影响的重要程度及顺序，得到各因素的最优水平值并对优化分析结果进行试验验证，结果表明理论最优解与试验值吻合程度较高，为制粒机的设计和应用提供了理论依据。以Visual C++6.0软件为开发平台，研发了环模制粒机数字化设计系统软件，实现了环模制粒机从叁维实体造型、参数化设计、性能参数计算、结构性能仿真分析和人机交互等智能设计全过程。通过分析玉米秸秆颗粒燃料总成本费用，计算了环模制粒机的投资回收期与净现金流量，并对其进行经济效益、社会效益及生态效益分析，结果表明，秸秆颗粒燃料生产线具有良好的经济效益、社会效益及生态效益。
田笑[3]2016年在《卧式环模制粒机挤压工艺研究及关键件优化设计》文中研究指明环模制粒机作为市场上常见的生物质成型设备之一,在生物质固化成型过程中扮演着非常重要的角色。近年来,我国在生物质颗粒固化成型课题研究与设备研发等方面取得了极大的进步,但制粒机关键零部件工作寿命低、制粒工艺不完善等问题仍然存在。本文根据卧式环模制粒机的工作要求,完成了制粒机参数如：环模转速、主电机功率、单位面积功率、环模开孔率等的设计计算以及关键件的结构设计,并在此基础上利用SolidWorks软件完成了对卧式环模制粒机叁维建模。根据秸秆等物料挤压工艺的特点,本论文采用常温成型的挤压工艺并确定了颗粒成型的工艺路线。得到挤压过程中环模模孔的力学模型,计算出挤压过程中模孔内壁受到的正压力和摩擦力公式；利用ANSYS软件,采用的D-P模型来模拟物料的在挤压过程中的变化规律,对物料在模孔中的挤压过程进行模拟,发现在挤压过程中入料口锥孔底部边界应力最大。将常见的模孔参数(压缩比、环模孔径、锥孔角度、锥孔深度)参照正交表L25(56)安排试验,并利用ANSYS软件进行建模和分析,将挤压过程中模孔内壁的最大等效应力作为指标,进而得到挤压时最佳的模孔参数：压缩比为5.5：1、环模孔径为12mm、锥孔角度为30。、锥孔深度为8mm。在此基础上根据环模模孔的排列方式以及开孔率设计了四种不同结构的环模,利用ANSYS对环模整体的1/4进行有限元分析,根据挤压过程中模孔内壁的力学模型,将挤压过程中模孔内壁的受力施加在有限元模型上。发现采用中心距为17.5mm,模孔为等边叁角形排列,开孔率为35.43%的环模更适合挤压,该方案环模位移和应力值最小,一定程度上可以增加环模的使用寿命。利用ANSYS软件对制粒机主轴进行了静力学分析,得到制粒机主轴的位移和应力,其应力值远小于材料的许用应力；完成了主轴的模态分析,提取前六阶固有频率和振型,并计算出主轴的临界转速,发现环模制粒机在工作时主轴不会发生共振,存在可以优化的部分。利用ANSYS中的APDL参数化语言对制粒机主轴进行参数化建模,采用零阶优化的方法对制粒机主轴进行优化,优化的目标设定为体积最小,在满足主轴强度要求的前提下,优化后制粒机主轴体积减小16.1%,为主轴的轻量化设计提供了理论基础。
翟世中[4]2012年在《木煤环模制粒机的研究设计》文中研究表明木煤环模制粒机是木煤生产的核心设备，国内在木煤固化成型机理方面的研究几乎空白，目前木煤环模制粒机仍然存在结构不合理、生产效率偏低、能耗偏高等缺陷。本文对木煤制粒技术进行研究，并依此进行木煤环模制粒机的设计，这对促进木煤工业的发展具有重要的理论意义与实用价值。课题主要研究内容如下：1.木煤环模制粒技术的研究，分析木煤制粒工艺影响因素，选择影响木煤成型的叁个重要因素，进行正交实验，应用直观分析和方差分析的方法，得出各影响因素间的主次关系和最佳工艺参数，为后续的木煤环模制粒机的参数设计提供依据。2.分析现有木煤制粒机的工作原理及特点，针对物料成型过程的特征，提出新机型的设计方案。分析环模和压辊之间的物料受力状况，推导出供料区物料层最佳厚度理论公式。依据理论和经验，设计计算出新型木煤环模制粒机的主要参数。3.运用UG NX软件对木楳环模制粒机重要零部件进行叁维建模和整机的叁维建模。4.建立木楳制粒过程中环模和环模孔的力学分析模型。并建立环模孔的受力简化模型，为ANSYS分析提供理论基础。5.运用ANSYS Workbench对制粒机关键部件环模进行有限元静力学分析；并基于简化模型对不同倒角结构的环模孔进行有限元受力分析，结果表明环模孔进料口倒角越大，所受应力越小，物料更容易被挤压，相应的环模使用寿命则越长。
王以龙[5]2013年在《高稳定、低能耗环模制粒关键技术研究》文中提出环模制粒机因其所制颗粒品质好、生产效率高在饲料工业、生物质能源产业等相关领域得到了广泛应用。目前,我国环模制粒机产品依然存在稳定性差、使用寿命短、能耗高等不足,严重制约了相关技术和产业的发展。本文在分析制粒过程稳定性和能耗相关影响因素的基础上,对高稳定、低能耗制粒技术进行了研究,主要工作如下：(1)将环模制粒成形分为模、辊间的辊轧和模孔中的挤压两个过程,分别对两个过程中物料进行力学分析,并基于攫取角和制粒高度的求解分析了影响制粒过程的因素。(2)针对现有模孔排列下的环模易于开裂的问题,设计了两种新的模孔排布,并对叁种环模进行了有限元分析,结果表明采用新的模孔排布有利于提高环模强度。(3)分析了环模宽度的变化对其受力和强度的影响,结果表明随着环模宽度的增大环模整体变形量随之增大,进料端更易于开裂。(4)通过实验研究了不同环模宽度和线速度组合下的制粒机振动情况,并得到了较优的参数组合以使得振动最小。(5)对辊轧制粒过程进行了模拟,并通过改变模型中的相关参数探讨了各因素对辊轧过程的影响。结果表明随着摩擦系数和模辊直径比的增大、模辊间隙的减小,粉体物料压缩质量更好。(6)对模孔挤压过程进行了模拟,得到了物料制粒所需的挤压力,并将辊轧和模孔挤压过程结合在一起进行分析,进而提出了制粒机参数优化降耗的设计流程。
施水娟[6]2010年在《环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化》文中进行了进一步梳理环模制粒机在饲料机械行业和生物能源技术研究领域都是举足轻重的机械之一,其品质很大程度上决定了颗粒的加工质量、产量和制粒机能耗。目前,国内的制粒机制粒成本较高,存在生产率偏低,能耗偏高和使用寿命偏短等问题。本文以提高制粒机的生产率、降低制粒能耗和延长制粒机使用寿命为目标进行了相关的理论研究与实验研究。(1)针对挤压过程物料在叁个区的受力情况建立了数学模型,且进行了有限元仿真,计算结果显示了每个区的环模受力、磨损情况,得出环模的主要失效形式是疲劳磨损,物料在环模的轴向方向不是均匀分布等重要结论。(2)推导了环模抗弯强度和接触疲劳强度的计算公式。(3)对不同特性(正交各向异性、各向同性)的物料在模孔(直孔)内的挤压过程进行研究,建立了不同物料在环模孔内的力学模型。(4)对正交各向异性材料在不同进料孔口(锥形孔、弧面孔)的模孔中挤压过程进行了有限元仿真,得出弧面进料孔口较之锥形孔优。(5)对正交各向异性材料在不同锥度锥形进料孔口模孔中的挤压过程进行了有限元仿真,结果显示模孔锥形入口角越小,能耗越小。(6)建立了制粒机的能耗模型,结合不同环模转速、不同环模宽度和不同物料对制粒机的能耗进行了实验研究,实验证明了理论模型的正确性。本文针对环模制粒机的生产效率、使用寿命、能耗等方面进行了较全面的分析,研究成果对优化制粒机的环模、压辊结构具有指导意义。
彭飞[7]2017年在《小型制粒系统优化设计与试验研究》文中进行了进一步梳理随着饲料行业深入发展,在新饲料原料利用、新饲料及其附属产品个性化、多样化、精细化开发和生产研究过程中,需要依托小型饲料制粒系统,但是国内现有的小型制粒系统有待完善。针对这些问题,论文结合饲料原料摩擦及热物理特性,对小型制粒系统主要部分的结构和工艺参数进行设计与优化,并进行颗粒饲料生产试验验证。得出主要结论如下:1)得到了六类饲料原料(玉米粉、大麦粉、小麦粉、豆粕、DDGS、乳清粉)和一种典型配合粉料的摩擦和热物理特性随水分、粒度的变化规律。研究为饲料原料利用、后续仿真优化提供基础数据。2)喂料器结构与工艺参数优化。基于正交旋转组合设计试验原理,以螺距大小、主轴直径、主轴转速为试验因素,以喂料器喂料量、喂料稳定性为评价指标,采用回归分析和响应面法,对最佳参数组寻优,得到喂料器的最佳参数组合:轴径为35 mm,螺距为57 mm,转速为23.2 r/min,喂料器喂料量波动性减小、喂料稳定性得到提高。3)调质器CFD-DEM模型研究、选型与设计、加工参数优化。首先,提出轴向多点进气式和径向多点进气式两种调质器方案,基于CFD-DEM耦合方法,得出轴向多点进气式调质器更符合本课题需求。接着,据此设计了轴向进气式调质器的结构:内径为0.1 m,调质段长度为0.6 m。蒸汽进气方式为轴向,蒸汽添加孔数目为10,蒸汽进口尺寸为Φ6 mm。最后,基于该结构调质器,以桨叶安装角、调质轴转速、喂料转速为试验因素,以调质器生产率、调质后物料温度为评价指标,按照正交旋转组合试验设计方法,对该结构调质器进行了仔猪料生产参数优化试验,建立了3个因素对调质器作业评价指标的数学模型。通过响应面法寻优,得到调质器的最佳作业参数组合:桨叶安装角为38.1°、调质轴转速为220.6 r/min、喂料转速为17.4 r/min,此方案下,调质器生产率为12.7 g/s,调质后物料温度为65.0 ℃,此时调质器生产率较高、物料温度在要求的加工工艺范围内。4)压辊个数选择、结构参数设计与优化。首先,基于环模内径180 mm,宽度15 mm,分析最大压辊尺寸随不同攫取角度、攫取高度变化情况,得出两辊组合时压辊直径为70 mm,叁辊组合时压辊直径为64 mm。接着,分析大小辊组合时理论生产率情况,优化压辊个数为2,压辊直径为70 mm,偏心安装距离为5 mm。最后,模拟模辊挤压过程,结果表明:选用摩擦系数较大的物料,能够减少打滑耗能；适当减小模辊间隙,可以增大挤压应力、提高颗粒饲料质量。5)单模孔挤压仿真模拟、单模孔试验平台搭建与试验。通过有限元分析软件ANSYS模拟物料挤压成型过程,结果表明:物料越靠近模孔壁,应力和应变越大,具有一定层次性;物料外侧流动性较内部滞后。设计并搭建单模孔试验台,研究不同含水率、加热温度、加载载荷下物料应力松弛和颗粒硬度,结果表明:应力松弛发生在挤压结束后的瞬间,超过80%的应力松弛值在应力松弛开始后的30 s内;挤压载荷越大,松弛结束后残余的应力值越大;挤压载荷和物料含水率对应力松弛、挤压后颗粒硬度有显着性影响(P<0.05)。松弛模量随载荷的增大而增大,随含水率的升高而减小;含水率高、加载载荷大,颗粒致密程度高,其硬度值也越大。
沈江飞[8]2016年在《环模制粒机振动特性分析与优化》文中认为环模制粒机因其高效率、低能耗等优点广泛应用于饲料、生物质能源等领域。针对目前国内环模制粒机振动剧烈问题,本文对环模制粒机的振动特性及优化展开研究,论文主要工作如下：(1)分析并建立了挤压区环模与压辊的受力模型；研究了挤压区作用力与物料厚度、压辊与环模相对位移之间的关系,建立了环模与压辊之间的动态作用力模型；基于DPC本构模型对粉体挤压制粒过程进行有限元仿真,优化了模孔形状。(2)根据环模制粒机的结构、传动系统特点和挤压区动态作用力模型建立了环模制粒机整机系统的刚柔耦合多体动力学模型,并对环模制粒机的整机模态信息进行了分析,为环模制粒机主要零部件的设计、制造和装配工艺优化提供了参考。(3)建立了挤压区物料不平顺随机过程的功率谱密度函数模型,并通过谐波迭加法模拟其时域样本：基于多体动力学模型对环模制粒机随机振动响应进行研究,确定了环模质心振动原因；研究支撑架和主轴支撑刚度优化方法,并分析了支撑组件强化以及压辊底座与主轴采用柔性连接对环模振动的影响规律；改进铺料系统,设计了环模制粒机定厚度铺料器减小物料厚度波动和防止堵机。(4)建立了环模制粒机参数化多体动力学模型,并设计正交和单因素实验研究多个因素对环模制粒机振动的影响规律,确定了影响振动指标的显着因素和影响趋势。研究结果表明：增大主轴直径、增大支撑架刚度或减小压辊底座与主轴的连接刚度可有效减小转轴振动和挤压力变化幅值,而转轴轴承间距存在与轴承刚度相关的最优值。
陈炳伟[9]2009年在《环模制粒机高效制粒机理与性能分析》文中提出环模制粒机是饲料机械四大主机之一,很大程度上决定了饲料加工产量,在饲料加工过程中占有非常重要的地位。目前,国内在环模制粒机制粒机理方面的研究几乎是空白,而且制粒机与国外同类型设备相比仍然存在结构不合理,生产效率偏低、能耗偏高等缺陷,这极大地制约了产品的国际竞争力。研究环模制粒机理与结构优化技术,对提升饲料机械整体设计、制造水平,促进饲料工业的发展具有重要的理论意义与实用价值。本文的主要工作如下:1.分析了制粒过程中物料层在制粒室的分布情况,指出了物料层分布的叁个区域之间的联系,对环模和压辊之间的物料受力状况进行了分析,推导了供料区物料层最佳厚度理论公式。2.分析了环模孔在物料挤压过程中的受力情况,建立了环模孔挤压受力数学模型,并基于该模型分析了物料特性对制粒过程的影响,揭示了物料泊松比、摩擦系数和环模长径比与制粒过程中挤压力之间的关系。3.研究了环模孔受力简化模型,并基于简化模型对环模孔口进行了有限元受力分析,结果表明环模孔进料口倒角越大,所受应力越小,物料更容易被挤压,相应的环模使用寿命越长。4.研究了环模和压辊的结构参数与压入物料高度及环模制粒机生产效率之间的关系。分析了大小辊环模制粒机和叁辊式环模制粒机在提高生产效率方面的优势,并进行了优化计算。5.推导了环模制粒机能耗理论模型,分析了影响环模制粒机能耗的因素,揭示了环模线速度与制粒能耗之间的关系,并进行了试验验证。本课题针对环模制粒机制粒原理和性能方面做了比较全面的研究,研究成果对提高环模制粒机的制粒质量、生产效率、制粒能耗与使用寿命具有一定的参考价值和应用价值。
杨毅[10]2009年在《环模的制造工艺研究》文中研究说明本文以颗粒饲料加工关键设备环模制粒机的关键零件,也是最主要的易损件—环模为研究对象,对环模的材料、热处理工艺和模孔冷加工工艺进行研究。为了实现对环模的评价,本课题研究过程中,采用试验设计的优化方法和有限元分析方法相结合的研究方法。在试验设计中,采用正交试验的方法,以江苏牧羊集团环模为基本型,分析环模的材质、热处理工艺和冷加工工艺等试验因素对环模质量的影响。首先,研究环模材料的选择对环模性能和使用寿命的影响,主要选用40Cr和4Cr13两种材料进行对比试验。40Cr材料的硬度和冲击韧性比4Cr13高,但是从表面到芯部硬度逐渐递减,耐腐蚀性不好,从环模的实际使用情况并综合考虑,选择4Cr13作为合适的环模材料。实际使用中含Cr量12%左右的环模使用寿命比含Cr量14%的环模在其它处理相同的条件下,其使用寿命减小1/3以上;所以要确保Cr含量12.5%以上。模孔冷加工工艺主要研究切削转速对模孔粗糙度的影响,切削转速越大,模孔表面质量越好,加工的模孔孔径越小,切削转速越高。环模热处理工艺主要研究真空炉淬火、回火温度对环模硬度和冲击韧性的影响、真空淬火对环模模孔粗糙度的影响、回填气体压强对环模冷却速度和硬度的影响以及热处理对环模尺寸的影响。热处理淬火温度从1030℃上升到1050℃,硬度可提高1～1.5HRC:1060℃淬火,硬度虽然较高,但冲击韧性下降明显。所以,采用1040℃淬火最为合适。为保证环模在回火后仍能保持较高的硬度,同时又要避开回火发生脆性的温度区,环模采用200℃低温回火,环模的最终使用硬度在52～55HRC左右,这样,既可以保证环模不开裂,又可保证模孔和工作面的磨损很小,使环模的使用寿命大大提高。真空淬火对环模模孔粗糙度的基本没有影响。在相同的装载量情况下,增加回填气体压强能明显提高环模的冷却速度和硬度。充填1.6bar压强的气体,与充填1.3bar压强的气体相比,快速冷却缩短23%。硬度提高2～3HRC。回填气体压力越大,冷却速度越快,环模的变形率越大。综合考虑,选用1.6bar回填气体压强比较合适。环模热处理后尺寸变化多数回缩,在回填气体压力不大、冷却速度较慢的情况下,尺寸变化也有可能是涨式。有限元分析中以UG、ANSYS作为仿真环境,针对环模寿命问题,分析环模在均匀载荷与非均匀载荷时的应力与应力强度分别情况,提出合理的方案以解决环模的不均匀磨损。本课题最终形成了真空淬火热处理标准工艺及形成环模的验收标准。对于环模的使用厂家和设计者都有很好的应用价值和参考价值,对于环模的研究方法是一次突破和有意义的尝试。
参考文献：
[1]. 环模制粒机的有限元分析及试验研究[D]. 邓勇. 新疆农业大学. 2004
[2]. 生物质颗粒燃料制粒机数字化设计及试验研究[D]. 高微. 沈阳农业大学. 2012
[3]. 卧式环模制粒机挤压工艺研究及关键件优化设计[D]. 田笑. 济南大学. 2016
[4]. 木煤环模制粒机的研究设计[D]. 翟世中. 南京林业大学. 2012
[5]. 高稳定、低能耗环模制粒关键技术研究[D]. 王以龙. 南京理工大学. 2013
[6]. 环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化[D]. 施水娟. 南京理工大学. 2010
[7]. 小型制粒系统优化设计与试验研究[D]. 彭飞. 中国农业大学. 2017
[8]. 环模制粒机振动特性分析与优化[D]. 沈江飞. 南京理工大学. 2016
[9]. 环模制粒机高效制粒机理与性能分析[D]. 陈炳伟. 南京理工大学. 2009
[10]. 环模的制造工艺研究[D]. 杨毅. 江南大学. 2009