《秸秆纤维破碎机的设计研究文献综述【7200字】》

秸秆纤维破碎机的设计研究文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u9480秸秆纤维破碎机的设计研究文献综述 131032第一章绪论 135151.1研究背景及意义 1312101.2秸秆纤维的概述(解释秸秆纤维是什么，有什么用途，有哪些方法可以得到秸秆纤维；通过哪些机械可以得到秸秆纤维，分别有哪些破碎方式) 2249311.3秸秆纤维破碎机设备类型及发展状况 3274781.4存在的主要问题和发展趋势分析 6第一章绪论1.1研究背景及意义目前，随着科学技术的飞速发展和经济总量的快速增长，由此产生的资源环境问题日益突出。因此，可再生资源的清洁高效利用已成为国内外各学科的研究热点。目前，由于空气质量较低，秸秆资源的利用受到了广泛关注。来自各行各业。保护性耕作是一种新的耕作方法。保护性耕作的技术要求是：用大量农作物秸秆覆盖地面，压碎农作物秸秆，减少化肥的使用。减少地表耕作。由于耕作量的减少，土壤结构得到较好的保护，提高了土壤蓄水保墒的能力，土壤肥力得以保持。保护性耕作的提出，替代了传统的精耕细作的耕作模式，是未来农业生产发展的一项关键技术。要做好保护性耕作的技术要求，除尽量减少耕地之外，对作物秸秆的纤维机械化粉碎还田技术也提出了更高的要求。秸秆是农业生产体系的一个重要的附属产品，一种清洁的可再生资源。可以改良农业、改良水产养殖和新能源。在中国农村，对秸秆的需求今天主要通过向田野直接使用来增加土地有机物，但许多麦秆仍由于空置土地而留在户外燃烧，导致严重的空气污染和材料浪费产生。因此当前非常重要的是高度整合的秸秆资源用于生态系统防御、农业的可持续发展以及能源危机。秸秆资源收割工作利用农作物秸秆纤维粉碎还田，不但有助于改善土地的肥沃，而且能为日后的收割提供有利的环境。提高同面产量，在6至10个百分点之间。机械反馈法是一种高效的工作方式，通过这种方式来提高生产力，与传统的生产方式对比可以省下大量的劳动。秸秆的优点有补充土壤的养分。作物秸秆含有一定的养分和纤维素、半纤维素、蛋白质和灰分元素，既有较多的有机质，又有氮、磷、钾等营养元素。秸秆还田促进了微生物活动。秸秆还田给土壤微生物增加了大量能源物质，各类微生物数量和酶活性也相应增加;实行秸秆还田可增加微生物18.9%，接触酶活性可增加33%，转化酶活性可增加47%，这就加速了对有机物质的分解和矿物质养分的转化，使土壤中的氮、磷、钾等元素增加，土壤养分的有效性有所提高。促进土壤形成团粒结构，使土壤容量减轻，增加土壤中水、肥、气、热的协调能力，提高土壤保水、保肥和供肥的能力，改善土壤的理化性状。秸秆还田可改善农业生态环境。农村80%的秸秆主要采取燃烧处理，造成污染空气、影响交通和土壤表层焦化等，有时还会引起火灾。另外，秸秆随意处置还会影响农业生态环境。所以秸秆还田有利于实现农业废弃物的综合利用。所以研究出一种新型的秸秆粉碎还田装置，可以将秸秆还田的好处充分的利用起来实现作物秸秆的利用，达到农户增产增收的目的。秸秆不再需要运输、打捆和抛撒等诸多繁杂的工序。在较为偏远的农村，由于农业机械没有得到有效的推广，农民采用简单粗暴的方式将收获后遗留下来的秸秆纤维直接烧毁，这样做的好处是简单直接，避免了许多麻烦，然而弊大于利，它使土壤中有利于农作物生长的微生物被烧死，造成了土壤的板结和改变了土壤的物理性状，同时使土壤中的水分蒸发，这在干旱季节和北方干旱地区情况更加严峻，严重伤害了后季农作物的生长。同时随着对生态平衡和绿色发展的日益重视，寻找替代纤维迫在眉睫。农作物秸秆富含纤维素和半纤维素等有机成分，合理利用这部分生物质资源有助于减少对木纤维的依赖。当前为进一步提高农作物秸秆综合利用具有及其重大的现实意义。1.2秸秆纤维的概述(解释秸秆纤维是什么，有什么用途，有哪些方法可以得到秸秆纤维；通过哪些机械可以得到秸秆纤维，分别有哪些破碎方式)农作物秸秆纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素等成分组成，稻草气化技术是在低氧条件下进行相应反应和气化的技术。稻草的热解气化过程主要包括干燥、热解、氧化和还原反应。天然气可作为日常生活和发电的能源。秸秆液化技术以秸秆为原料，木质素、纤维素、乙醇和燃料油为主要原料，采用化学、生物和物理技术手段进行液化。根据生物质液化方式的不同，可分为直接液化、微波液化和高温高压液化。秸秆发电技术顾名思义就是以秸秆为原料的发电技术。截至2016年年中，已有170多个国家的秸秆发电项目，总装机容量在三年内增加了近四倍，50多个项目已达到联网状态。分离处理方法处理方法的主要工作过程是先将秸秆切碎，然后进行蒸汽喷雾分离处理，再进行分离干燥处理，最后获得植物纤维。摩擦稀释法处理方法主要包括氨化、粉碎、捏合、超细和干燥，以获得所需的秸秆纤维。该方法主要包括物理和化学的结合。蒸汽爆破的爆破处理原理与爆米花相似。主要是在高温高压空间封闭秸秆，瞬间释放压力，将秸秆膨胀成水分，可以去除秸秆中的大部分半纤维素和木质素，有效改变秸秆的物理性质。这是一种更有效的预处理方法。预处理方法也相对较小，降低了一些不必要的加工成本、能源等问题。电粉碎法该预处理方法的工艺原理和方法与现有的两种预处理方法基本相同，主要是在蒸煮剂中加入碎秸秆，本发明涉及一种植物纤维电粉碎方法及采用该方法的干燥装置。挤压工艺挤压工艺的主要工作原理也是基于蒸汽爆炸的加工方法。挤压法获得纤维的工艺相对简单，秸秆纤维的质量较好。预处理工艺具有与蒸汽爆破法获得的秸秆纤维相同的结构特征。单螺杆挤压机，顾名思义，是指单螺杆挤压模式。其主要工作原理是将物料加入螺杆挤挤压的筒体中，筒体外壁与筒体内壁摩擦，实现物料的输送，设计要求原材料通过内壁与外套筒之间的摩擦系数大于原材料与螺杆之间的摩擦系数。与单螺杆挤压机相比，单螺杆挤出具有自清洁性能好、原料加热均匀、生产能力大、处理种类多等优点。单螺杆挤出机的加工过程主要依靠摩擦输送原料，剪切力强。这两个优点使双螺杆在农作物秸秆纤维加工中获得更多优势成为可能。1.3秸秆纤维破碎机设备类型及发展状况1.3.1秸秆纤维破碎设备类型芬兰美卓公司在高温（160~170°C）条件下，对非木浆进行蒸煮，并将连续蒸煮设备投入生产实际，取得了很好的效果，国外学者以双螺杆挤出机为原型，结合生物技术对果壳残渣进行纤维糖化，此外，双螺杆处理大麦秸秆的乙醇化工艺也取得了进展；国内企业也在对蒸汽爆破技术进行探索，设计并生产出能降低能耗，减小化学原料剂量的蒸汽爆破装置。东北农业大学陈海涛教授是东北农业大学研究此类项目的发起人，“清洁、高效、节能、环保”科研带头。努力构建以秸秆纤维加工机械为核心的生产体系。2009年，设计制造了第一代D150秸秆纤维成型机。东北农业大学率先研制出D150秸秆纤维成型机，主要用于农作物秸秆在室温下浸泡一定时间后的加工，以农作物秸秆为原料，覆盖植物纤维膜。在单螺杆挤压的整个压缩生产线中，各部分对挤出质量和挤出量的影响是不同的。然而，值得一提的是，在这一过程中，螺杆的设计质量、挤出产量和挤出质量都有着重要的影响。1.3.2秸秆纤维破碎设备国外研究现状（谁什么时间干了什么，用了什么方法或者原理，得到什么结论，说明了什么）专利也要考虑国外大量秸秆纤维粉碎还田，促进了秸秆粉碎还田机的发展。目前，秸秆纤维粉碎技术已在发达国家得到广泛应用。自20世纪30年代以来，欧美等发达国家开始研究生产秸秆纤维还田破碎机，并取得了良好的生产效果。运动试验在美国，早在20世纪60年代初，农业机械企业就首次使用秸秆碾磨机粉碎并将粉碎后的秸秆纤维返回田间。随后，研制了大中型拖拉机秸秆纤维粉碎还田机。日本秸秆纤维返料粉碎机的研制相对简单。它结合了现有割草机和联合收割机。解决方案是在半喂入式联合收割机上增加割草装置，将秸秆粉碎成约10cm的小段，可同时完成收获和秸秆纤维粉碎。国外农业机械发展起步较早，机械化水平较高。现有的国外先进的农机技术不能完全适应我国国情，因此，我国农业机械的发展需要吸收国外先进技术，结合我国农业生产的实际问题进行发明设计，在国内农业生产中引进新型农业机械。在发达国家，机械化退耕还林具有明显的优势。西班牙aiglik公司生产的立式纤维秸秆破碎机与拖拉机配套，用于粉碎立式秸秆。在日本，收割机中增加了一个秸秆纤维装置，以实现同时收获和粉碎的功能。根据上述技术，日本直接还田的稻草比例超过2/3。美国的秸秆产量占总产量的68%。在英国，73%的秸秆产量来自退耕还林。20世纪30年代，美国学者开始研究秸秆纤维压缩成型燃料技术并投入开发生产。20世纪70年代，开发了生物质颗粒燃烧装置。20世纪70年代末，由于能源短缺和原油价格上涨，许多欧洲国家开始关注秸秆纤维压缩成型燃料技术的研究。目前，在亚洲、日本和一些欧美国家，对该设备的研究已经成熟并基本完成。在实际生产中也形成了大规模的产业化，并被广泛应用于采暖、采暖、干燥、发电等领域。瑞士Buhler公司的研制的DNZF型锤片式秸秆纤维微粉碎机，将粉碎机的筛片设计为鱼鳞形，提高了筛分效率，但转子转动方向须正对筛孔转动，会导致筛网磨损过快，并且适用于精细研磨，不适合秸秆粉碎。美国CPM公司研发了水滴型卧式秸秆纤维粉碎机，将粉碎室的几何形状改为水滴形状，降低环流层现象，提升了粉碎效率。AkpinarO（2009）等对刀片切割角度、切割速度、切削刃的半径等对秸秆纤维切碎效果的影响进行了研究。同时通过计算机仿真与试验结果对比对秸秆纤维粉碎粒径进行了研究，得出饲料条相对喂入方向的角度对粉碎的秸秆粒径长度的影响较为显著。将角度控制在±45°范围时则切割长度可以接近标准值。HiraiY（2002）运用了数值模拟与试验相结合的方法研究了秸秆纤维粉碎的排料过程，且对玉米秸秆收获机在切割、喂料、收集等过程中不同工作参数对有效功率的影响进行了研究。通过研究得到玉米秸秆的切割速度与喂料速度对有效功的需求成反比关系。PrinceRP（1996）等通过研究得出当切割速度从25m/s增加到60m/s时功耗会降低25%。NarendraReddy,YiqiYang（2005）利用万能试验机对小麦秸秆、玉米秸秆及柳枝的流动性切碎和抗剪强度进行了研究，结果表明改变法向应力对三种样品摩擦系数的影响比较显著。1.3.3秸秆纤维破碎设备国内研究现状（谁什么时间干了什么，用了什么方法或者原理，得到什么结论，说明了什么）专利也要考虑20世纪70年代后期开始，我国农机研究者在引进、消化、吸收国外农业先进科研成果的基础上，研制开发出秸秆纤维粉碎还田机、整株还田的机械化技术和各种机具。目前，在我国应用比较广泛的是卧式秸秆纤维粉碎还田机，如河南豪丰机械制造有限公司生产的4J-180B型秸秆纤维粉碎还田机；另外，国内也有研究人员对立式秸秆纤维粉碎还田机进行了研究，例如山东理工大学于磊等对立式秸秆纤维粉碎还田机的整机粉碎性能进行了研究，发现立式秸秆粉碎还田机对秸秆的喂入位置要求严格，严重影响粉碎效果，对硬质秸秆纤维的粉碎还田效果较好，但不适应于水分含量较低时候的秸秆粉碎。以上两种秸秆粉碎还田机粉碎玉米、高粱等硬质秸秆效果较为理想，而粉碎小麦、水稻秸秆的效果不理想，尚需对其关键部件进行改进。虽然现存的秸秆纤维粉碎还田机种类繁多，但是对它们的理论研究甚少，技术多半停留在照抄照搬的水平上，致使对新机具的研究开发存在较盲性，对其结构参数、运动参数和动力参数的配置与选择，缺乏较充分的理论论证和试验依据。陈黎卿等（2011）设计了一款适用于全喂入式联合收获机的1JHSX-34型双轴式秸秸秆纤维碎机，该机采用双轴式粉碎刀辊，将刀片形状设计为圆盘状，能够很好的解决粉碎含水率较高软茎秆时存在的缠绕、易堵塞和功耗大的问题，适用于粉碎含水量较大的水稻、小麦等软质秸秆。针对秸秆纤维粉碎抛撒装置抛撒不均匀和幅宽不可调等问题，陈文龙（2013）研制了1JQH-36型秸秆粉碎抛撒机，他设计了一种新型的纹齿甩刀，将刀具采用180度双螺旋对称式排布，在高速旋转工作下运行比较平稳，具有耐磨、抗冲击的特性，并在出料位置加了输送风扇增强粉碎后茎秆的流动性使其抛撒均匀；章志强（2017）等人设计了一种可调节式秸秆纤维粉碎抛撒还田机，利用导向叶片调节装置来调节粉碎后秸秆的抛撒幅宽、距离及均匀度，并在粉碎刀轴两端安装了扇形叶片，提高了粉碎和抛撒效果。20世纪80年代以来，我国从国外引进了秸秆纤维生物质压缩机，并开始对其技术进行研究。“七五”期间，南京林业研究院开始研制生物质成型压缩机。1985年湖南衡阳粮食机械厂研制生产了国内第一台zt-63生物质压缩机；江苏连云港东海粮食机械厂1986年引进obm-88棒材，2002年中南林业大学也研制了相关设备。经过多年的研发，我国成型机的研发和生产应用有了很大的提高，主要体现在秸秆螺杆挤出机上。但即便如此,也存在不少问题,；由于轴磨损严重、使用寿命短、能耗高，该技术的研究还有待进一步完善。内蒙古农业大学的曹丽英、裴耀武（2017）等人通过仿真分析了粉碎室内的流场，得到不同转速下粉碎室内气压及流速的分布规律，结果表明随着秸秆纤维粉碎机转速的增大粉碎室内负压值也随之升高，在锤片边缘附近气流速度较高；并针对部分物料未完全粉碎就被排出的问题设计了回料通道，采用数值模拟分析了回料通道中物料回流情况，并且得到粉碎机分离流道内物料的运动规律。郭颖杰（2017）等人为了分析秸秆纤维粉碎机转子的动力学特性，运用动平衡相关理论结合ADAMS软件对秸秆纤维粉碎部件进行了动平衡仿真分析，采用添加配重的方法使其达到了动平衡的要求。昆明理工大学的孙佳（2014）利用ANSYS对9FQ-31型锤片式秸秆纤维粉碎机的主轴转子结构进行了静态与动态特性分析，然后对主轴转子结构进行了拓扑优化和参数优化。从国内外对秸秆纤维粉碎设备的研究现状来看，国外在秸秆纤维粉碎机方面的研究较早，械化程度比较高，大多都是集成式的大型机械，比较适合在农场型的大块地中作业，能够直接将秸秆纤维粉碎还田或者收集青贮，工作效率比较高。但是国内由于地貌特征不同以及经济水平的制约，联合型大型机械不能得以普及，不适合中国的农业生产条件，国内更需要中小型秸秆纤维加工机械，所以需要对单一的秸秆粉碎机进行研究。1.4存在的主要问题和发展趋势分析近年来，国内许多学者对秸秆纤维破碎机进行了大量的研究，如秸秆破碎机、麦秸破碎机等，对秸秆还田机的研究也越来越多。因此，由于秸秆携带的部分细菌不能直接返回田间，且目前生产中秸秆木质化程度不高，每年都会有大量秸秆残留在农林中。例如，收获后，秸秆在农田中，加工后留下的贝壳产品，以及森林生产过程中留下的树枝和树叶。上面提到的这些东西分布在更大的空间里，堆积得更分散。如果我们想收集、运输或储存它们，就更难了。秸秆纤维是一种易破碎的纤维，但国内对秸秆纤维的破碎研究较少。其次，在秸秆纤维破碎机的研究中，对转子结构和工作参数的研究较多，而对秸秆纤维破碎机的电路结构和工作过程的仿真研究较少。破碎机太少了。因此，有必要优化秸秆纤维等难粉碎秸秆的结构和工作参数，进一步研究粉碎室内的流场分布和粉碎过程。为了解决这些问题，提出了秸秆纤维生物质固体燃料成型技术来解决上述问题，该技术可以集中于运输、储存、燃烧和燃烧时间较长，提高燃料利用率。所谓生物质固体燃料成型技术是以木质素为粘结剂，在一定温度和压力下，将秸秆、树枝、锯末等森林生物质压缩成固体燃料棒、燃料块或颗粒。我国生物质资源丰富，但也存在一些弊端，如新能源、生物质资源密度低、能量密度低、体积小、分散储存不方便等，严重阻碍了生物质的广泛利用。因此，研究优质生物质转化技术已成为生物质资源利用的重点。近年来，秸秆纤维的质压技术得到了创新和改进，农林废弃物、秸秆等植物的回收利用方法得到了有效利用。参考文献[1]沈思彤.季冻区水稻秸秆纤维SMA混合料路用性能研究[D].东北林业大学,2021.[2]刘志忱,赵涛.秸秆纤维半浆化及其应用[J].黑龙江造纸,2021,49(01):12-14.[3]刘志忱.秸秆半纸浆化[J].纸和造纸,2021,40(02):1-3.[4]张旭.秸秆纤维地膜原料制取机清洗供给系统设计与试验研究[D].东北农业大学,2020.[5]万永宝.玉米联合收获机秸秆立式切碎装置性能试验及优化[D].东北农业大学,2020.[6]吴思阳.玉米秸秆纤维增强仿生制动摩擦材料制备及其关键技术研究[D].吉林大学,2020.[7]郭朝强.建筑垃圾资源化利用制备轻质高强墙体材料的研究[D].武汉轻工大学,2020.[8]魏勇全.植物秸秆混凝土物理力学与热工性能试验研究[D].上海交通大学,2020.[9]黄小夏.秸秆纤维改性沥青混合料的试验及应用研究[J].西部交通科技,2019(12):22-25+115.[10]李振霞,陈渊召,周建彬,孙爽,刘津源,李政辰,王琪琛.玉米秸秆纤维沥青混合料路用性能及机理分析[J].中国公路学报,2019,32(02):47-58.[11]裴培,李纪红,查瑞涛,李十中,张成明.物理盘磨处理对香蕉秸秆纤维性质的影响[J].生物加工过程,2018,16(06):88-93.[12]陶波,秸秆初步处理纤维破碎装置.吉林省,长春市农业机械研究院,2018-04-10.[13]胡洁琼,赵国栋,刘开平,刘竞怡.沥青路面增强用棉秸秆纤维的制备及性能研究[J].工程建设与设计,2016(16):79-81.[14]廖欢.棉秸秆纤维沥青混合料性能研究[J].中国建材科技,2017,26(01):27-29.[15]滕朝阳.FRP废渣/秸秆纤维木塑复合材料的制备与研究[D].济南大学,2016.[16]AkpinarO,ErdogaK,BostanciS.Enzymaticproductionofxylooligosaccharidefromselectedagriculturalwastes[J].FoodandBioproductsProcessing,2009,87(2)：145-151.[17]HiraiY,moveE,MoriK,etal.InvestigationofMechanicalInteractionbetweenaCombineHarvesterReelandCropStalk[J].BiosystemsEngineering,2002,83(3):307-317.[18]PrinceRP,BartokTW,BradwayDW.ShearStressandModulusofElasticityofSelectForages[J]TransactionsoftheASAE,1996,12(3):426-429.[19]O'DoghertyMJ,HuberJA,DysonJ,etal.AstudyofthePhysicalandMechanicalPropertiesofWheatStraw[J].JournalofAgriculturalEngineeringResearch.1995,62(2):133-142.[20]H.Tavakoli,S.S.Mohtasebi,A.Jafari.PhysicalandMechanicalPropertiesofWheatStrawasInfluencedbyMoistureContent[J].Agrophysics,200923:175-181.[21]NarendraReddy,