芦苇高密度压缩流变机理及压缩机构的优化设计研究

The basic theoretical issues dissertation is to the high density compression features, rheology law and baling mechanism design about high density reed on the basis of the rich resources reed but low utilization rate in our country and near country,the low utilization key reason is that low packing density need higher transport costs.According to the material characteristics "long, hard, thick" of reed, study on the high-density compressed suitability reed rheological parameters of the best materials, the analysis of the feed amount of reeds, water content, compression rate, compression force compaction density on the impact of the weights, high density compression of reed is built and its compression mechanism is also obtained; study on rheological characteristics of reed, stress relaxation and creep properties is described by mathematical model of the mathematical in compression process, rheological equation of reed high density compression is built and its rheological rule is obtained; the virtual prototype model of feed compression mechanism is constructed,Based on the theory of multi-body dynamics, the motion trajectory and the motion state of the fork of the compression process is studied; analysis of the important parts in compressed compression mechanism of statics and dynamic characteristics, based on the finite element theory, find the weak links, optimizing the structure, manufacture of physical prototyping. Results of the research can provide a theoretical reference for the design of institutions to optimize and high-density crude fiber materials such as reeds compression.

以我国芦苇资源十分丰富而利用率很低，瓶颈在于芦苇打捆密度低运输亏吨经济效益差为背景，探讨芦苇高密度压缩特性、流变机理及高密度打捆机构设计的几个基础问题。主要针对芦苇“长、硬、粗”的物料特性，研究适宜芦苇高密度压缩流变的最佳参数，即分析芦苇喂入量、含水率、压缩速度、压缩力对打捆密度的影响权重，构建芦苇高密度压缩的数学模型，揭示芦苇高密度压缩机理；研究分析芦苇的流变特性，对压缩过程中芦苇的应力松弛特性和蠕变特性进行数学描述，构建芦苇流变方程，揭示芦苇压缩流变规律；基于多刚体动力学理论，构建喂入压缩机构的虚拟样机模型，研究喂入拨叉的运动轨迹及压缩过程的运动状态；基于有限元理论，对压缩打捆机构中的关键部件进行静力学与动态特性分析，找出薄弱环节，优化结构，试制物理样机。本项目的研究成果可为芦苇等粗纤维物料的压缩流变规律及喂入压缩机构的优化设计提供理论参考。

本项目针对目前芦苇产区距企业偏远，现有设备所打捆的苇包体积小、密度低，同时由于运输中所产生的亏吨现象，而造成的苇包运输效益差，原料成本偏高，无法满足企业盈利需求等问题，展开对芦苇高密度压缩特性、流变规律的研究，构建芦苇高密度压缩的数学模型，提出并设计一种芦苇高密度打捆装置，构建机械系统的虚拟样机模型，并进行机构的有限元仿真与分析。. （1）体积模量与压缩密度的数学模型. 13%、15%、17%含水率下两种压缩状态下压缩密度与体积模量的试验数据进行回归分析,得出指数曲线模型，且在杂乱、平铺状态下的非线性拟合相关系数 接近 1，具备显著性。. （2）芦苇应力松弛试验研究. 压缩推进器在位移为 0-200mm 区间内，应力值由 15000N 瞬降至 1000N，该.现象为应力松弛中的急速松弛阶段，在 200-500mm 区间内，应力幅值变化较小，该现象为应力松弛中的缓慢松弛阶段。此阶段中，随着压缩推进器的回程，因应力松弛而产生的变形逐渐减小，应力变化也减弱。. （3）芦苇应力松弛时间谱的研究. 应力松弛时间谱的建立，表明可以用松弛时间不同的几个基本模型组成一个组合模型来描述物体的变形规律，根据仿真分析，表明可以采用五元件模型来描述芦苇在其他任意变形条件下的运动状态。. （4）高密度打捆装备的总体结构及组成. 针对芦苇压缩特性设计一种集芦苇粉碎清杂高密度打捆功能一体化的装备，可自动化实现对芦苇的打捆、清杂装置、粉碎等功能，装置效率性高。并对压缩打捆机构模态仿真分析压缩打捆机构的多刚体系统动力学仿真。