有机废弃物好氧发酵设备开发研究

发布时间：2017-04-03 15:12

  本文关键词：有机废弃物好氧发酵设备开发研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会经济的发展,诸如畜禽粪便、城市垃圾等固体废弃物的日益增多对环境造成了很大程度的污染。国家近年来对环境保护越来越重视,对固体废弃物提出无害化处理和综合利用的要求。堆肥发酵技术是一种通过微生物对有机物进行降解,使堆肥原料中不稳定的有机物通过高温好氧发酵逐步降解为性质稳定、对作物无害并且可以改良土壤的堆肥产品的过程。现针对河南某公司的生产要求,本文自主研发了一套100m3好氧发酵装置,本文具体研究内容如下:(1)发酵罐设计:参照相关标准,确定100m~3发酵罐的高径比为1.2,罐壁厚度为内壁10mm、外壁3mm;为保证出料口所出物料均为已发酵的,本文根据发酵前后的体积变化,在发酵罐内壁上设计了一个多孔漏料板装置。位于漏料板上方为未发酵完全物料。发酵过后的物料体积变小,在搅拌叶片拨动下通过漏料板上的孔到达储料仓。采用有限元法对发酵罐进行了应力分析得到,漏料板向中心处凹陷,因此结构刚度不能满足要求。针对此情况本文提出了改进方案,并对改进后的模型重新进行应力分析,结果得出漏料板最大变形在允许范围内,因此所提方案安全可靠。(2)搅拌轴设计:相对于传统的整体式主轴,本文根据搅拌轴不同位置处所受扭矩的差异,设计出了一种分段式空心阶梯轴,该轴的特点在于其在满足传递扭矩的情况下极大的减少了主轴材料。具体设计过程为:以焊接在搅拌轴上的搅拌叶片为研究对象,对其进行受力分析,计算得出搅拌轴工作时所受阻力扭矩大小,根据此阻力扭矩设计出了搅拌轴结构尺寸。由理论计算得出在第四段轴处搅拌叶片所受阻力矩最大。通过有限元对第四段轴进行了应力分析,得出最大应力处为搅拌叶片焊接根部,考虑安全系数的情况下并对比45#的屈服强度,得出设计的传动轴能够满足工况要求。(3)传动机构设计:根据搅拌轴所受阻力矩大小,设计出了一种传动机构。该传动机构采用棘轮机构,棘轮与搅拌轴之间通过花键连接,主动棘爪通过液压缸推拉摆架进行驱动。然后利用Inventor对传动机构进行建模与装配,并通过ADAMS对其进行动力学和运动学仿真,由仿真得到棘轮、棘爪的运动曲线图,分析各曲线图得知棘轮、棘爪能够按设计要求进行运动,因此设计的传动机构能够满足传动要求。(4)辅助系统设计:辅助系统设计包括进料、出料系统设计,围栏设计、扶梯设计等。进料系统设计包括物料提升机构和进料口两部分,物料提升机构为料斗翻转结构,进料口采用链传动;出料系统采用齿轮、齿条传动;围栏和扶梯按照相关标准进行了设计。(5)零部件装配、校核:利用Inventor对前面所设计设备零部件进行装配,并利用软件对其进行检查干涉。根据干涉检查结果对装配体模型进行最后的修改。本文通过理论计算和软件分析完成了对大体积立式好氧发酵设备的设计,对解决有机废弃物污染和再利用具有重要意义。
【关键词】：好氧发酵 发酵罐 搅拌轴 传动机构 有限元分析 装配
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4;X705
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 课题研究意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 堆肥发酵技术方面12
• 1.3.2 堆肥设备设计方面12-14
• 1.4 课题研究思路、内容及方法14-16
• 1.4.1 研究思路14-15
• 1.4.2 研究内容与方法15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 发酵罐主体结构设计17-27
• 2.1 设备的设计参数17
• 2.2 发酵罐系统设计17-19
• 2.2.1 发酵罐外形尺寸设计17-18
• 2.2.2 发酵罐罐壁厚度设计18
• 2.2.3 发酵罐体三维建模18-19
• 2.3 漏料板设计19-20
• 2.4 支撑部件（机架）设计20-22
• 2.4.1 重量计算20
• 2.4.2 机架型钢的选择20-22
• 2.5 发酵罐强度分析22-24
• 2.5.1 发酵罐模型装配22
• 2.5.2 建立发酵罐有限元模型22-23
• 2.5.3 添加边界条件和载荷23
• 2.5.4 模型求解与结果分析23-24
• 2.6 漏料板改进方案提出与验证24-25
• 2.6.1 漏料板改进方案的提出24
• 2.6.2 改进后的模型有限元分析24-25
• 2.7 本章小结25-27
• 第三章 搅拌通风系统设计27-43
• 3.1 搅拌轴与搅拌叶片设计27-31
• 3.1.1 搅拌叶片设计27-28
• 3.1.2 搅拌轴设计28-31
• 3.2 搅拌轴与搅拌叶片建模31-33
• 3.3 叶片焊接处有限元分析33-36
• 3.3.1 建立有限元模型33-34
• 3.3.2 添加边界条件和载荷34-35
• 3.3.3 有限元模型模型求解35-36
• 3.3.4 有限元仿真结果分析36
• 3.4 叶片连接处螺栓组结构设计36-38
• 3.5 搅拌轴密封38-39
• 3.5.1 搅拌轴与下底板连接处密封38-39
• 3.5.2 搅拌轴与上底板连接处密封39
• 3.6 通风系统设计39-40
• 3.7 废气处理系统40-41
• 3.7.1 生物过滤池简介40-41
• 3.7.2 生物滤池工艺及外形计算41
• 3.8 本章小结41-43
• 第四章 传动系统设计与仿真43-54
• 4.1 确定传动系统方案43
• 4.2 传动系统结构设计43-48
• 4.2.1 棘轮设计43-45
• 4.2.2 棘爪的设计45-46
• 4.2.3 棘爪轴最小直径计算46
• 4.2.4 摆架及液压缸设计46-48
• 4.2.5 限位弹簧和缓冲弹簧设计48
• 4.3 传动系统建模与装配48-50
• 4.3.1 棘轮、棘爪三维建模48-49
• 4.3.2 传动系统装配49-50
• 4.4 传动系统仿真50-53
• 4.4.1 ADAMS模型导入50
• 4.4.2 确定各零部件材料属性50
• 4.4.3 模型添加约束50-51
• 4.4.4 模型施加驱动和载荷51-52
• 4.4.5 模型的测试和验证52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 辅助部件设计及整体装配设计54-64
• 5.1 辅助部件设计54-61
• 5.1.1 进料系统设计54-58
• 5.1.2 进料口闸门设计58
• 5.1.3 围栏设计58-59
• 5.1.4 扶梯设计59-60
• 5.1.5 出料口闸门设计60-61
• 5.2 装配61-62
• 5.3 装配干涉检查62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间研究成果69-70
• 致谢70

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