柱狀生物炭基肥成型機(jī)的設(shè)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(fèi)資源，而且污染環(huán)境。將這些生物質(zhì)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(yùn)輸、儲存、機(jī)械化施用、大規(guī)模推廣使用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。當(dāng)前的成型設(shè)備也存在諸多問題，因此進(jìn)行生物炭基肥成型設(shè)備的開發(fā)和相關(guān)試驗研究具有重大意義。
　　本文進(jìn)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(jī)試驗的待成型物料;測試了待成型物料的特性;在此基礎(chǔ)上，設(shè)計并試制了一臺柱狀生物炭基肥成型機(jī)，并開展了成型效果試驗和性能試驗。主要研究內(nèi)容和結(jié)

3、論如下:
　　(1)開展了擠壓成型試驗。本研究以粘結(jié)劑種類、生物炭含量、粘結(jié)劑添加量為考察因素，以抗?jié)B水性、抗壓強(qiáng)度、密度作為成型質(zhì)量的評價指標(biāo)，在以自制的擠壓成型模具與萬能試驗機(jī)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(jié)果表明:粘結(jié)劑種類對抗?jié)B水性、密度和抗壓強(qiáng)度的影響非常顯著(P＜0.01)，粘結(jié)劑添加量對抗?jié)B水性和抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(jié)果表明:當(dāng)生物炭含量為60％、粘結(jié)劑為可溶性淀粉、粘結(jié)劑添加量為15％時，成型質(zhì)量綜合性能最佳，抗壓強(qiáng)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(jī)有關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。測試結(jié)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(shè)計了一種柱狀生物炭基肥成型機(jī)，并對重要工作部件進(jìn)行了有限元分析。確定了成型機(jī)擠壓部分和切粒部分的傳動方案;對成型機(jī)進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并確定了主要技術(shù)參數(shù);對關(guān)鍵零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計;利用ANSYS Workbench軟件對螺桿做了靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，可知螺桿強(qiáng)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(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。最終基于螺桿擠壓成型原理，設(shè)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(jī)。
　　(4)開展了成型機(jī)試驗研究。以螺桿轉(zhuǎn)速、切粒軸轉(zhuǎn)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(biāo)，利用設(shè)計加工的成型機(jī)進(jìn)行了單因素試驗、正交試驗和成型機(jī)性能試驗。單因素試驗結(jié)果表明:合格率的大小與螺桿轉(zhuǎn)速和切粒軸轉(zhuǎn)速匹配程度好壞有很大關(guān)系;螺

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