卧式环模制粒机挤压工艺研究及关键件优化设计

发布时间：2020-09-16 17:46

　　 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三维建模。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,模孔为等边三角形排列,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。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TK6

【参考文献】

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本文编号：2820167