【摘要】：玉米秸稈作為一種重要的生物質(zhì)能源,沒有得到有效的利用而遺棄或焚燒,不僅污染環(huán)境,而且浪費(fèi)資源。如何能充分利用玉米秸稈資源,提高其利用價(jià)值是一個(gè)亟需解決的問題。玉米秸稈其皮含有較多的木質(zhì)素與纖維素,可用作造紙制板的原材料;其瓤含有豐富的粗蛋白和粗脂肪,可用作優(yōu)質(zhì)動(dòng)物飼料與釀酒的原材料。為了實(shí)現(xiàn)玉米秸稈資源高效利用化,必須將其合理有效分離。本文通過對(duì)玉米秸稈物料特性分析與前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種玉米秸稈皮瓤分離裝置,并對(duì)該裝置進(jìn)行了可行性試驗(yàn)研究。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)玉米秸稈皮瓤分離裝置總體設(shè)計(jì)與工作原理。該皮瓤分離裝置其主要由喂入裝置與剪切裝置構(gòu)成。喂入裝置主要對(duì)秸稈產(chǎn)生壓縮與劃切作用,壓縮過程中因玉米秸稈皮瓤材料特性的差異性,使得秸稈皮瓤產(chǎn)生塑性變形,導(dǎo)致皮瓤結(jié)合處部分分離;劃切過程中,齒型刀片的齒刃在進(jìn)入與離開秸稈時(shí),不僅破壞了齒刃處的玉米秸稈皮瓤結(jié)合狀態(tài),且?guī)?dòng)了周圍秸稈的皮,破壞了齒刃周圍的秸稈皮瓤結(jié)合狀態(tài),進(jìn)一步擴(kuò)大了皮瓤分離程度。剪切裝置主要作用是將部分分離的秸稈在定刀與切刀的擠壓與切割作用下均勻分離。(2)喂入裝置與剪切裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵零件有限元分析。喂入裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、喂入輥、齒型刀片等零件設(shè)計(jì);剪切裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括刀片、刀架、刀軸等零件設(shè)計(jì)。運(yùn)用三維建模軟件對(duì)各關(guān)鍵零部件進(jìn)行實(shí)際建模,借助于ANSYS有限元分析軟件對(duì)喂入裝置與剪切裝置的關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核,得到了各零部件在極限載荷的應(yīng)力分布與變形特征。結(jié)果表明,其關(guān)鍵零部件在典型工況下的強(qiáng)度與變形均在合理范圍內(nèi),為喂入裝置與剪切裝置的制造提供了一定的理論依據(jù)。(3)玉米秸稈皮瓤分離裝置的試驗(yàn)。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)與理論分析可知,喂入輥轉(zhuǎn)速、上下喂入輥齒間隙、切刀轉(zhuǎn)速等因素對(duì)玉米秸稈皮瓤分離效果有較大影響。選取以上三個(gè)因素為試驗(yàn)因素,分離率、均勻度為評(píng)價(jià)指標(biāo),在自行設(shè)計(jì)的皮瓤分離裝置上進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:喂入輥轉(zhuǎn)速、齒間隙與切刀轉(zhuǎn)速均對(duì)兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)有顯著影響,其中齒間隙與切刀轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)分離率有顯著的影響,喂入輥轉(zhuǎn)速和切刀轉(zhuǎn)速的交互作用不僅對(duì)分離率有顯著的影響,而且對(duì)均勻度也有著顯著的影響。優(yōu)化后得到玉米秸稈皮瓤分離裝置的最優(yōu)參數(shù)組合為:當(dāng)喂入輥轉(zhuǎn)速為393r/min,齒間隙為5.86mm,切刀轉(zhuǎn)速為925r/min時(shí),分離率為85.71%,均勻度為85.31%。
[Abstract]:As an important biomass energy, corn straw is abandoned or burned without effective utilization, which not only pollutes the environment, but also wastes resources. How to make full use of corn straw resource and improve its utilization value is an urgent problem to be solved. The skin of corn straw contains more lignin and cellulose, which can be used as raw material for papermaking board, and its flesh is rich in crude protein and fat, so it can be used as raw material for high quality animal feed and wine making. In order to realize the efficient utilization of corn straw resources, it must be separated reasonably and effectively. Based on the analysis of the material characteristics of corn straw and the previous studies, a device for separating corn straw skin and pulp was designed, and the feasibility of the device was studied. The main contents and conclusions of this paper are as follows: (1) the overall design and working principle of corn straw rind and pulp separation device. The skin pulp separating device is mainly composed of feeding device and cutting device. Feeding device mainly produced compression and cutting effect on straw. Due to the difference of material characteristics of corn straw pulp during the compression process, plastic deformation of straw pulp resulted in partial separation of skin and flesh bond. In the process of cutting, when the tooth blade enters and leaves the straw, it not only destroys the binding state of the corn straw skin, but also drives the surrounding straw skin, and destroys the combination state of the straw flesh skin around the tooth blade. The separation degree of skin and flesh was further expanded. The main function of the shear device is to separate the partially separated straw evenly under the extrusion and cutting action of the fixed knife and the cutter. (2) the structural design of the feeding device and the shear device and the finite element analysis of the key parts. The structural design of feeding device mainly includes adjusting mechanism, feeding roller, tooth blade and other parts design; the structural design of shear device mainly includes blade, tool holder, cutter shaft and other parts design. Three dimensional modeling software was used to model the key parts and the strength of the key parts of feeding and shearing device was checked by ANSYS finite element analysis software. The stress distribution and deformation characteristics of the components under the ultimate load are obtained. The results show that the strength and deformation of the key parts are within a reasonable range under typical working conditions, which provides a certain theoretical basis for the manufacture of feeding and shearing devices. (3) the experiment of corn straw husk pulp separation device. Through pre-test and theoretical analysis, it can be seen that the factors such as feeding roll speed, upper and lower feeding roller tooth clearance, cutting tool speed and so on have great influence on the separation effect of corn straw pulp. The above three factors were selected as experimental factors, the separation rate and evenness were selected as the evaluation indexes, and the experimental study was carried out on the self-designed pulp and skin separator. The results show that the speed of feeding roller, tooth clearance and cutter speed have significant effects on the two evaluation indexes, among which the interaction between tooth clearance and cutter speed has a significant effect on the separation rate. The interaction of feed roll speed and cutter speed not only has a significant effect on the separation rate, but also has a significant effect on the uniformity. After optimization, the optimum parameters of the separation device were obtained as follows: when the feed roll speed was 393r / min, the tooth gap was 5.86mm, and the cutter speed was 925r/min, the separation rate was 85.71 and the uniformity was 85.31.
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S226

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