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生物质能源是一种绿色可再生能源,而生物质致密化技术就是将秸秆、木屑等松散的生物质原材料,通过一定的加工手段,将其压缩为密度更高,燃烧性能更好的固体燃料。生物质燃料的应用可以改善能源结构,改善生态环境,对农村经济的发展也有一定的促进作用。但是由于中国生物质致密技术的起步较晚,所以在生物质成型的过程中有许多的问题亟待解决。其中最主要的就是模具的寿命问题,以及成型机的生产效率问题。 生物质平模成型机,是通过机械加压的方式,将生物质原材料压缩为颗粒燃料的机器,以其原料适应广,产量高,成型密度可调等特点,成为了当前研究的热门机型。但由于平模在成型过程中不断受到物料、压辊的挤压,其寿命相比成型机其他部件寿命较低,且平模的参数会影响成型机的生产效率。所以,研究平模不同结构参数下平模的疲劳寿命,成型机的生产效率就显得尤为必要。 本文以ZL-300型平模成型机的平模的真实结构参数为基础,结合弹塑性力学的相关理论知识,以及ABAQUS中Drucker-Prager Cap模型的优势,对物料的挤压成型过程进行动力学模拟,得出物料在挤压成型过程中的应力、压进量与模辊尺寸、模辊间隙的关系。并以此为基础,结合物料挤压成型的真实受力情况,对平模工作表面、模孔内表面进行强度分析,得到等效应力云图。再结合疲劳分析理论,以疲劳分析软件FE-SAFE中的block载荷分析模块、S-N曲线计算为技术手段,对平模的疲劳寿命进行疲劳计算,得到平模的疲劳寿命云图。经过对应力云图、疲劳寿命云图的综合分析,得到不同模孔长度、不同模孔锥角大小对平模的平模应力分布、疲劳寿命影响的结论。结合动力学分析中物料压进量的结果,推导成型机的生产效率,并研究模孔锥角大小对成型机生产效率的影响。 研究表明,在物料的挤压成型中,模孔锥角处物料的应力最大,塑性变形最明显;减小模辊间隙、减小压辊直径均可以促进物料在模孔进料口处的塑性变形;减小模辊间隙、增加压辊直径均可以增加物料的压进量。平模工作平面疲劳寿命的循环次数最小值集中在靠近中心孔第一圈模孔和中心孔的边缘位置处。模孔的锥角相比于模孔的长度对模孔的疲劳寿命影响更明显。并以物料挤压的数值模拟结果作为基础,对成型机的生产效率进行推导,其结果为127.58kg/h,符合ZL-300成型机的真实生产效率。