论文摘要
我国热带地区,甘蔗叶资源丰富,为了避免甘蔗叶就地焚烧对环境的污染,以及资源的合理利用,对甘蔗叶进行沼气发酵技术及装备的研究是很有必要的。机械粉碎甘蔗叶对沼气发酵预处理环节有重要的作用。目前,国内开发研制了针对甘蔗叶的粉碎机样机。针对甘蔗叶粉碎机在试验过程中发现的问题,结合甘蔗叶厌氧发酵的需要,本课题对甘蔗叶粉碎机的主要零部件作进一步理论上的研究分析。依据受力分析,利用CAE技术及有限元软件ANSYS Workbench对这些部件进行静力学分析、动力学分析和流体分析。为甘蔗叶粉碎机的结构优化和性能提高提供了理论依据。(1)利用三维建模软件Solid Works对粉碎机各部件进行三维建模,并装配成装配体,对其进行干涉检查,确保各零部件之间无干涉,为后续分析提供模型支持。另外对粉碎机模型进行了简单的运动仿真,得到刀片的运动速度,为后续分析提供数据支持。(2)对动刀刀片进行静力学理论分析和有限元模拟,得到了动刀刀片的应力、应变云图,在螺栓孔处应力集中明显,出现最大应力,应力值为14.77MPa；最大位移发生在刀片的右侧顶点,变形量为0.0152mm。使用ANSYS Workbench的结构优化模块,对动刀刀片进行了尺寸优化。通过分析得到刀片宽度对刀片质量、刀片应力影响最大,刃口宽度对总体变形影响最大；优化圆整后动刀尺寸如下：刃口宽度2.5mm,刀片宽度45mmm,刃口长度112mm。(3)对刀辊进行了静力学和动力学分析。通过刀辊静力学分析,可以知道刀辊在x轴方向的变形比较大,最大位移发生在刀辊中部动刀座顶端。对刀辊动力学分析,得到了刀辊的前10阶固有频率和临界转速。研究了刀辊在偏心力为114.58N的作用下的谐响应分析,得到了刀辊的应力、位移和加速度的频率响应曲线；增大弹簧阻尼到0.01,刀辊在第一次共振频率下,应力值由0.147MPa下降为0.0126MPa。(4)通过对粉碎机的气体流场的三维数值模拟,掌握了粉碎机内气体流场的基本特证,并对粉碎机的流场模拟结果进行了试验验证。研究发现粉碎机流速分布情况与粉碎机进、出口安装角度、有无回料挡板、进、出口与粉碎室圆角大小关系密切。提出了安装回料挡板、在出口与粉碎室连接的地方用较大半径的圆角等措施来改善粉碎机的进、出料问题。