论文部分内容阅读
我国玉米秸秆资源非常丰富,全国每年玉米秸秆产量近2.5亿t,是非常宝贵的生物质资源,因此对其进行机械化回收很有必要。由于玉米收获期秸秆含水率很高且水分不易蒸发,影响即时打捆,需采用玉米秸秆调质装置对其进行压扁、裂皮和破节等处理,加速水分蒸发,以便快速回收。调质辊是调质装置的关键工作部件和功耗的主要部件,其结构的合理性直接影响玉米秸秆的调质效果和机器的调质功耗。本文在考察玉米秸秆物理力学特性,建立本构方程和破坏理论的基础上,对玉米秸秆进行单点直压试验和三点弯曲试验,研究不同加载方式对玉米秸秆破坏效果和功耗的影响,根据试验结果进一步对调质辊部件进行设计。课题完成的主要内容如下：1)玉米秸秆本构方程与破坏理论通过拉伸和纯剪切试验获得玉米秸秆的6个工程弹性常数后,即可确定玉米秸秆的本构方程,并建立了玉米秸秆的破坏理论。2)玉米秸秆不同加载方式的特性研究依据单点直压和三点弯曲两种加载方式,设计两组单因素试验,研究不同加载条件对相同截面尺寸和含水率的玉米秸秆裂纹、载荷和功耗的影响。结果表明：当达到最佳调质压下位移18mmm时,三点弯曲的功耗均值比单点直压的功耗均值显著降低约25.5%。说明以三点弯曲方式加载秸秆可显著降低功耗。3)玉米秸秆三点弯曲试验研究以长轴直径、加载速度、标距为试验因素,秸秆产生第一条主裂纹时的功耗和裂纹终止扩展时功耗为试验指标,采用二次回归正交旋转组合试验方法对玉米秸秆进行三点弯曲试验,建立试验指标与各因素的回归方程。结果表明：秸秆产生第一条主裂纹的功耗范围为0.461～1.53J,裂纹终止扩展时的功耗范围为3.144-14.307J。各因素对两个试验指标影响的主次关系都为：长轴直径、标距和加载速度。4)调质部件的设计与有限元分析为降低机器的调质功耗,调质装置采用一次调质处理工艺。依据理论分析计算确定调质辊结构参数,基于CATIA软件实现调质辊的三维建模。应用ANSYS软件对调质辊进行有限元分析可知,调质辊在工作过程中满足强度要求。本文通过试验所得不同加载条件对玉米秸秆裂纹、功耗的影响规律、试验数据和结论,对合理设计调质辊部件的结构,有效降低调质功耗具有指导作用和实际意义。