【摘要】：農(nóng)作物秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、油菜、棉花、甘蔗和其它農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展及環(huán)保要求的日益增強(qiáng),農(nóng)作物秸稈廢棄物資源再利用的方式成為農(nóng)業(yè)機(jī)械與農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),秸稈綜合利用技術(shù)受到各方面的關(guān)注。農(nóng)作物秸稈一般首先需要經(jīng)過(guò)加工粉碎,然后才能進(jìn)行生物質(zhì)綜合利用,實(shí)現(xiàn)秸稈肥料化、秸稈能源化、秸稈飼料化、秸稈工業(yè)原料化、秸稈基料化。根據(jù)成品顆粒的大小或粒度,農(nóng)作物秸稈粉碎可分為一般粉碎、細(xì)粉碎、微粉碎(超細(xì)粉碎)3種等級(jí)(其顆粒細(xì)度分別為5mm以上、0.1~5mm、0.05~0.1mm)。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)作物秸稈普通粉碎方面研究比較多,對(duì)于秸稈的超細(xì)粉碎設(shè)備研究甚少,為了合理的處置、充分的利用過(guò)剩的秸稈資源,提高秸稈的綜合利用,同時(shí)進(jìn)一步解決目前秸稈粉碎機(jī)生產(chǎn)率低、能耗高、適應(yīng)性差等問(wèn)題,迫切需要研究高性能的農(nóng)作物秸稈超細(xì)粉碎技術(shù)并設(shè)計(jì)其裝備。本文主要包括以下研究?jī)?nèi)容:(1)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的農(nóng)作物秸稈常規(guī)粉碎技術(shù)、國(guó)內(nèi)外普通粉碎設(shè)備和超細(xì)粉碎設(shè)備工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究分析,以初步確定農(nóng)作物秸稈超細(xì)粉碎裝備的結(jié)構(gòu)形式和總體布置。(2)農(nóng)作物秸稈粉碎技術(shù)工作原理和設(shè)計(jì)方案的分析論證,對(duì)秸稈的受切特性、秸稈鍘切過(guò)程和秸稈切割力進(jìn)行分析研究,進(jìn)而確定動(dòng)刀切割速度、推擠角和滑切角,計(jì)算在切割秸稈時(shí)動(dòng)刀的最大切割力。對(duì)粉碎機(jī)的物料進(jìn)料方式、動(dòng)刀的齒廓形狀、鍘切方式、粉碎室結(jié)構(gòu)、錘片排列方式、出料方式進(jìn)行對(duì)比分析并確定相應(yīng)的分析對(duì)象,進(jìn)一步完善超細(xì)粉碎裝備的結(jié)構(gòu)形式。(3)面向農(nóng)作物秸稈顆粒超細(xì)粉碎技術(shù)。對(duì)秸稈組合粉碎機(jī)械進(jìn)行優(yōu)選確定及參數(shù)分析計(jì)算,包括對(duì)進(jìn)料和切碎速比的分析計(jì)算及優(yōu)化、上下喂料輥和壓緊調(diào)節(jié)裝置的確定、喂入口參數(shù)和喂料輥直徑的確定、動(dòng)刀和刀架的設(shè)計(jì)、切碎功率和粉碎功率的計(jì)算、錘片機(jī)構(gòu)的確定(錘片末端速度、錘片尺寸、錘片數(shù)目、錘片材料及熱處理、錘片和齒板間隙)。(4)基于ANSYS Workbench對(duì)秸稈粉碎機(jī)械重要零部件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,其中利用靜力學(xué)分析模塊對(duì)主要零部件動(dòng)刀和刀架進(jìn)行了強(qiáng)度分析,利用模態(tài)分析模塊對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)(即固有頻率)分析。(5)提出利用旋風(fēng)分離原理的超細(xì)粉碎技術(shù)方案。對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),壓力損失計(jì)算,基于ANSYS Fluent旋風(fēng)分離器流場(chǎng)的數(shù)值模擬分析,網(wǎng)格劃分,數(shù)值計(jì)算設(shè)置,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析,包括分離器空氣流場(chǎng)的切向速度、軸向速度、徑向速度、壓力場(chǎng)、湍流結(jié)構(gòu)、速度矢量。對(duì)粒度為0.074mm的秸稈顆粒分離進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,對(duì)顆粒的軌跡追蹤模擬并計(jì)算分離效率為75.8%,分離效率較好。在生產(chǎn)實(shí)踐中,應(yīng)用本文的理論與技術(shù)設(shè)計(jì)試制了干、濕秸稈粉碎機(jī)械,成功進(jìn)行了玉米秸稈、稻草等農(nóng)作物秸稈顆粒細(xì)粉碎,取得很好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效果。
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK6

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