秸稈固化成型技術能使松散的秸稈致密化,提高秸稈能量密度和燃燒特性,使其可作為清潔能源直接替代煤用于生產生活各個領域,同時也能解決秸稈儲存、運輸困難問題,是實現(xiàn)秸稈綜合化、規(guī)�；玫闹匾夹g手段。但是目前該技術尚需在成型過程特性及成型摩擦熱方面加深理論研究,揭示秸稈成型粘結機理,為成型制品品質預測和控制、設備優(yōu)化提供理論依據(jù)。 本文通過對秸稈化學組成、物理特性及常溫成型機理的分析,得出影響秸稈常溫固化成型品質的關鍵因素是壓縮力和成型過程中的摩擦熱�；谠摻Y論,根據(jù)活塞式成型技術間歇式生產的特點,對活塞一次沖壓成型中成型力變化和物料移動進行實驗研究,提出適合活塞式成型技術的“半閉式”成型模型,即成型過程未達到推移階段前,物料相當于在由模具和靠摩擦力作用下保持靜止的已成型制品組成的閉式環(huán)境中進行壓縮。運用彈塑性力學、接觸力學、粘彈性和有限元理論對秸稈固化成型主壓縮階段進行限元分析,研究主壓縮階段物料形變規(guī)律、應力分布及接觸應力情況,為模具設計和成型工藝改進提供方法指導和依據(jù)。 基于摩擦學、傳熱學原理,結合秸稈活塞式常溫成型技術的特點,對成型過程中的摩擦熱問題進行研究,通過引入平均壓力、當量速度等物理量推導成型過程中摩擦熱產生方程,將成型過程摩擦熱問題轉化為第二、三類邊界條件的無內熱源的非穩(wěn)態(tài)傳熱問題；建立成型摩擦熱有限元分析模型,對摩擦熱引起的溫度場分布進行研究,并通過實驗驗證有限元模擬的正確性,得出摩擦熱引起的溫度場變化規(guī)律；通過對實驗樣機在不同生產率條件下的摩擦熱模擬分析,研究表明模具在摩擦熱作用下,溫度隨著時間升高并穩(wěn)定在一定溫度,其增長速度和穩(wěn)態(tài)溫度隨著生產率的提高而提高。 在摩擦熱引起的溫度場規(guī)律研究基礎上,針對目前秸稈類生物質材料的熱物性參數(shù)欠缺的現(xiàn)狀,進行了秸稈物性參數(shù)的實驗研究,得出秸稈導熱系數(shù)、比熱隨含水率、溫度和密度的變化規(guī)律,為本文研究摩擦熱引起的溫度場在成型制品的傳導提供數(shù)據(jù)支持的同時,也能為秸稈類材料熱相關的技術研究提供依據(jù)；建立秸稈成型過程中摩擦熱傳導模型,分析不同條件下摩擦熱在制品內的分布及對木質素粘結作用進行分析,研究表明制品內溫度場分布是由模具溫度和制品在模具內滯留時間共同決定的；對于本文實驗樣機,雖然當生產率為60kg/h時,摩擦熱引起的溫度場能達到220～230℃,生產率為50kg/h時溫度場為180～190℃,但是由于制品在模具內滯留時間的影響,生產率為50kg/h,制品中心木質素也能達到軟化溫度,成型品質較高；該研究能為成型生產工藝改進、提高成型品質和設備設計提供理論依據(jù)。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

2.1.1基本化學組成秸稈的化學組分主要包括纖維素、半纖維素和木質素等三種高分子化合物，還含有少量灰分和有機物等137.3”]。其組成一般如圖2一1所示。廠|褚|、廠Zt主要組分秸稈化學成分少量組分r纖維素(水解單糖一D一葡萄糖)碳水化合似半纖維素(水解單糖一D一葡萄糖、D一半乳糖LD一廿露糖、D一木糖、L一阿拉‘白糖’木質素無機物(灰分)有機物(芳香族、菇烯類、脂肪族化合物)圖2一1秸稈化學成分在成型原料的組分當中，纖維素、半纖維素和木質素是構成原料細胞壁和胞間層的物質，在原料中含量約占2/3左右l#0]，共同構成了生物質的骨架，其中纖維素在細胞壁中以微纖絲束狀態(tài)存在，構成纖維細胞壁的網狀骨架，賦予原料機械強度。半纖維素以無定形狀態(tài)滲透在骨架物質之中，以增加細胞壁的剛性;木質素則填充期間起到“粘結劑”和“填充劑”作用。秸稈類生物質原料典型結構如圖2一2所示l“‘·42]，常見的固化成型生物質原料三類主要組分含量如表2一1所示。

顆粒發(fā)生破裂現(xiàn)象和機械變形，填補周圍較小的空隙;當壓力進一步增大，物料顆粒開始發(fā)生塑性變形，相鄰的粒子靠貼合的方式緊密接觸，當發(fā)生塑性變形后，不再恢復到原有體積結構。原料顆粒壓縮成型過程如圖2一3所示。拉子變形粒子的排列改變蒸蒸蒸蒸亡岌〕〕里 里里里次叼叼塑性流動澎一去澎一毋a)大的空隙被填充b)小的空隙被填充圖2一3原料顆粒壓縮成型過程圖解農作物秸稈的木質素和半纖維素含量較高，在常溫成型過程中由于摩擦的存在產生摩擦熱，在摩擦熱、壓縮力及原料內水分的條件下，木質素和半纖維素在固體顆粒間發(fā)生充填或嵌合的同時發(fā)揮粘合劑功能，使秸稈顆粒緊密結合，不易分離，提高成型燃料耐久性和機械強度，其中非自由移動粘合劑所表現(xiàn)出的粘合力是秸稈原料能夠成型的重要原因，直接影響生物質成型燃料的質量。2.2秸稈活塞式成型過程分析生物質成型過程可以分為不同的階段，正確劃分生物質固化成型的階段對研究生物質成型具有重要意義。本課題以液壓式生物質沖壓成型機為實驗樣機，物料成型過程中活塞在液壓的作用下經過沖程和回程兩個階段

旦旦旦旦旦旦魚旦旦旦旦旦旦旦旦旦壓過程中壓縮力的變化規(guī)律。圖2一5為成型壓力測試圖，通過測試進入主壓縮缸的液體壓力，來測試成型壓力，木文通過對含水率為15%、粒度為巧mm的玉米秸稈原料進行成型測試，得出活塞一次沖壓過程中的壓力變化規(guī)律如圖2一6所示�！畮咨砄口.ee乍乏一︶只田翻鑄三時}’可(:)7名‘1。圖2一5成型壓力測試圖2一6活塞一次沖壓過程壓力變化根據(jù)圖2一6可知，生物質壓縮成型過程中的壓縮力變化大致分為五個階段。(l)第一個階段是AB段，為緩慢上升階段，經預壓縮后的生物質原料，部分空氣雖然被排除，密度有所提高，但仍然還存在一定的空隙，該階段隨著主壓縮活塞的向前運動，空隙被進一步填充，密度進一步提高。(2)第二階段是BC段
【引證文獻】

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1 王維振;生物質壓塊成型影響因素及成型機動態(tài)分析[D];山東大學;2012年

本文編號：2842878