高效、节能挤压制粒成形技术研究

【摘要】：随着饲料产业和生物质能源产业的快速发展,制粒机的需求越来越大,性能要求也越来越高,但目前制粒设备低产能、高能耗问题很突出,已成为制约国内制粒机械装备发展的瓶颈,极大地削弱了产品的国际竞争力。本文通过理论建模、数值模拟分析和实验验证对高效节能挤压制粒成形技术进行了研究,主要工作如下： (1)基于对制粒结构和制粒机理的研究,建立了粉体单孔挤压力学模型,确定了压辊的受力区域,并建立了环模制粒扭矩模型和能耗模型。 (2)对设计的六种压辊支撑结构进行了有限元分析,结果表明支撑结构的刚性跟支承轴的位置、轴的截面形状和截面面积有关；只要采用合适的支撑方式,支撑刚性最多可以提高25%以上,有利于提高制粒稳定性,实现节能降耗。 (3)对模孔中不同物料挤压过程作了有限元分析,结果表明：长径比对挤压受力有重大影响,采用合适的长径比可有效降低能耗。 (4)对转子系统进行了模态分析,分析了不同模态下的固有频率和振型；基于不同边界条件和不同筋板厚度对转子系统进行了对比。 (5)建立了转子系统动态分析模型,基于该模型对转子系统的动态特性进行了分析,结果表明挤压制粒过程呈不稳定状态,不同转速下转子的动态特性存在差异,进而影响制粒稳定性。 (6)进行了扭矩实验,并验证了转子系统动态特性分析结果。 本文研究成果对制粒机理的完善,制粒产量的提高及制粒能耗的降低具有重要的指导意义。 【关键词】：制粒 压辊 转子 扭矩 能耗
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH69;S817.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 课题背景和研究意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 制粒机的国内外发展现状8-10
• 1.2.2 制粒机理的研究现状及数值分析在挤压制粒成型中的应用10
• 1.2.3 高效挤压制粒成形技术的研究现状10-11
• 1.2.4 节能挤压制粒成形技术的研究现状11-12
• 1.3 研究的内容与方法12-13
• 1.3.1 研究内容12
• 1.3.2 研究方法12-13
• 2 环模制粒过程力学建模与能耗分析13-27
• 2.1 环模制粒机主要结构及工作原理13-14
• 2.2 制粒机的重要参数的分析与计算14-16
• 2.2.1 制粒的攫取角15-16
• 2.2.2 被压入物料高度16
• 2.3 制粒机生产率16-17
• 2.4 单孔挤压力学建模17-24
• 2.4.1 挤压过程中物料的流动18-19
• 2.4.2 环模锥孔的力学模型19-23
• 2.4.3 模辊受力区域的分析23-24
• 2.5 扭矩模型与能耗模型24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 制粒挤压过程的有限元分析27-41
• 3.1 有限元法基本原理及ANSYS软件概述27-28
• 3.1.1 有限元基本原理27
• 3.1.2 ANSYS软件概述27-28
• 3.2 模辊挤压区受力分析28-29
• 3.2.1 挤压力学模型28-29
• 3.2.2 模辊受力区域的确定29
• 3.3 压辊支撑结构的有限元分析29-35
• 3.3.1 六种方案30-31
• 3.3.2 建模及网格划分31
• 3.3.3 载荷施加31-32
• 3.3.4 结果讨论32-35
• 3.4 模孔中物料挤压过程分析35-40
• 3.4.1 DP材料模型和几何模型建立35-37
• 3.4.2 饲料颗粒37-38
• 3.4.3 生物质颗粒38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 制粒机转子系统的动态特性分析41-59
• 4.1 模态分析概述41-42
• 4.2 转子系统的模态分析42-45
• 4.2.1 模型确定及网格划分42
• 4.2.2 载荷施加42-43
• 4.2.3 结果分析43-45
• 4.3 不同边界条件和不同结构下的模态分析45-47
• 4.3.1 不同边界条件45-46
• 4.3.2 不同筋板厚度46-47
• 4.4 转子系统的动态特性分析47-58
• 4.4.1 分析过程47-51
• 4.4.2 不同转速下的动态位移对比分析51-54
• 4.4.3 制粒过程扭矩测试试验研究54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录66

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