论文部分内容阅读
随着能源危机和环境问题带来的困扰,优质、清洁、高效的生物质能越来越受到各个国家的重视。平模制粒机是生物质固化成型的常见设备。我国生物质固化成型技术和设备发展远远落后于发达国家,成型机生产率低、能耗高、主要工作部件易损坏等问题为设备的普及推广带来麻烦。本文通过理论分析和ANSYS仿真研究了平模制粒机工作原理和生物质原料压缩特性,并利用激光合金化技术改善平模易损部位的表面性能。本文对生物质原料固化成型过程中挤压区和成型区建立力学模型,分析物料、平模表面和模孔的应力分布规律,讨论了攫入角、错位效应的影响因素。同时对生物质原料在模孔中压缩成型特性做了进一步理论分析,描述了混合粒度粒子影响作用、物料在模孔中剪切流变现象,把挤压区和成型区归纳为首次压缩和回弹再压缩阶段,分析物料压缩比的影响因素。根据分析结果设计了平模的基本结构。利用ANSYS软件模拟物料在挤压区和成型区塑性流变现象。分析了物料在挤压区和成型区的应力、应变分布规律,对回弹再压缩过程做进一步解释；分析平模表面、锥孔和直孔内壁的应力分布,模孔连接表面和锥孔附近是应力集中区域,易发生磨损和压塌现象；摩擦系数和锥角的大小对颗粒质量和平模应力分布有着明显的影响作用。最后利用有限元仿真验证了直孔中物料应力公式,并对易损区域提出改进方案。本文提出在平模易损部位表面激光合金化陶瓷硬质材料A1203和NiCr混合粉末的办法提高平模表面硬度和耐磨性,并设计了实验。改变激光扫描速度和粉末配比,对各组样品合金层作宏观对比、扫描电镜图(SEM)分析、X射线衍射图(XRD)分析、显微硬度测试和磨损测试,结果表明选取3：7配比的Al2O3-NiCr混合粉末,激光扫描速度300～400 mm/min时可以获得致密、结合良好的合金涂层,表面硬度是基材2.4倍,耐磨性提高了5倍以上,达到了平模的性能要求。本文研究了平模制粒机工作原理和生物质原料压缩特性,从理论和有限元仿真中寻找制粒成型规律,针对发现的平模易损现象提出激光合金化改善表面性能的方案,对平模制粒机的理论研究和发展有一定的参考意义。