柱狀生物炭基肥成型機的設計與試驗研究.pdf

1、我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥數(shù)量龐大，但傳統(tǒng)化肥利用率低，會污染環(huán)境。同時，每年產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄物數(shù)量巨大，但許多被廢棄或焚燒，這不但浪費資源，而且污染環(huán)境。將這些生物質在一定條件下加熱裂解可得到生物炭，將生物炭和普通化肥按照一定的工藝可制得生物炭基肥。生物炭基肥可提高化肥利用率，降低對環(huán)境的污染，與傳統(tǒng)化肥相比具有明顯優(yōu)勢，這不僅為農(nóng)林廢棄物的利用提供了新思路，還有助于克服傳統(tǒng)化肥的弊端，因此生物炭基肥發(fā)展前景廣闊。但目前生物炭基肥主要是

2、通過直接摻混，未經(jīng)成型的方式獲得，這不利于生物炭基肥的運輸、儲存、機械化施用、大規(guī)模推廣使用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。當前的成型設備也存在諸多問題，因此進行生物炭基肥成型設備的開發(fā)和相關試驗研究具有重大意義。
　　本文進行了擠壓成型試驗研究，得到最佳的物料配比因素參數(shù)組合，并按此配比組合制成用于后續(xù)成型機試驗的待成型物料;測試了待成型物料的特性;在此基礎上，設計并試制了一臺柱狀生物炭基肥成型機，并開展了成型效果試驗和性能試驗。主要研究內容和結

3、論如下:
　　(1)開展了擠壓成型試驗。本研究以粘結劑種類、生物炭含量、粘結劑添加量為考察因素，以抗?jié)B水性、抗壓強度、密度作為成型質量的評價指標，在以自制的擠壓成型模具與萬能試驗機為主體的試驗平臺上開展了單因素試驗和正交試驗。單因素試驗結果表明:粘結劑種類對抗?jié)B水性、密度和抗壓強度的影響非常顯著(P＜0.01)，粘結劑添加量對抗?jié)B水性和抗壓強度的影響顯著(P＜0.05)，對密度的影響不顯著(P＞0.05)。生物炭含量對抗?jié)B水性和抗

4、壓強度的影響不顯著(P＞0.05)，對密度的影響顯著(P＜0.05)。正交試驗結果表明:當生物炭含量為60％、粘結劑為可溶性淀粉、粘結劑添加量為15％時，成型質量綜合性能最佳，抗壓強度為206.27N，密度為1.004 g/cm3，抗?jié)B水性為52.45min。
　　(2)測試了待成型物料的物理特性。測定了待成型物料的松裝密度、休止角、以及物料與鋼板間的靜摩擦系數(shù)，為成型機有關零部件的結構參數(shù)設計提供依據(jù)。測試結果表明:待成型物料的

5、松裝密度為0.57g/cm3，靜摩擦系數(shù)為0.31，自然休止角為35.33°，流動性一般。
　　(3)設計了一種柱狀生物炭基肥成型機，并對重要工作部件進行了有限元分析。確定了成型機擠壓部分和切粒部分的傳動方案;對成型機進行了總體結構設計，并確定了主要技術參數(shù);對關鍵零部件進行了結構參數(shù)設計;利用ANSYS Workbench軟件對螺桿做了靜態(tài)結構分析，可知螺桿強度足夠安全;并對螺桿做了模態(tài)分析，分析得知螺桿工作時不會發(fā)生共振，可避

6、免因共振可能導致的結構破壞。最終基于螺桿擠壓成型原理，設計出一種主要由擠壓裝置、成型裝置、切粒系統(tǒng)組成的，能夠完成輸送、擠壓、成型、切粒等工序的柱狀生物炭基肥成型機。
　　(4)開展了成型機試驗研究。以螺桿轉速、切粒軸轉速、孔板開孔率為考察因素，以合格率、產(chǎn)量、硬度作為成型效果的評價指標，利用設計加工的成型機進行了單因素試驗、正交試驗和成型機性能試驗。單因素試驗結果表明:合格率的大小與螺桿轉速和切粒軸轉速匹配程度好壞有很大關系;螺

7、桿轉速、切粒軸轉速、開孔率的增大，均可使產(chǎn)量增加;切粒軸轉速對硬度無影響，開孔率和螺桿轉速的增大可使硬度減小。正交試驗結果表明:對于合格率，螺桿轉速與切粒軸轉速的交互作用和切粒軸轉速影響極顯著(P＜0.01)，螺桿轉速影響顯著(P＜0.05)，其他影響不顯著(P＞0.05);對于產(chǎn)量，螺桿轉速影響極顯著(P＜0.01)，孔板開孔率和切粒軸轉速影響顯著(P＜0.05)，其他影響不顯著(P＞0.05);對于硬度，螺桿轉速和孔板開孔率影響極顯