秸稈水平環(huán)模成型機設(shè)計

耿博文　高宇博　韓　蓉　葉東旭　房　寧（哈爾濱石油學院機械工程學院，黑龍江　哈爾濱　150027）

?

秸稈水平環(huán)模成型機設(shè)計

耿博文高宇博韓蓉葉東旭房寧
（哈爾濱石油學院機械工程學院，黑龍江哈爾濱150027）

［摘要］以秸稈環(huán)模成型機為研究對象，介紹研究秸稈成型機的目的和意義，擬定秸稈成型機的傳動方案，確定秸稈成型機所需電動機型號及減速器型號，并對秸稈成型機壓輥和環(huán)模的材料、結(jié)構(gòu)分別進行選擇和設(shè)計。

［關(guān)鍵詞］秸稈成型機；環(huán)模；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1　研發(fā)生物質(zhì)成型機的目的和意義

生物質(zhì)能源是一種清潔能源，具有可再生性和環(huán)境友好的雙重屬性［1］。農(nóng)作物秸稈在農(nóng)村是非常豐富的生物質(zhì)資源之一，是一種寶貴的可再在生資源［2］。利用秸稈資源生產(chǎn)出環(huán)保燃料，既緩解了我國能源緊張的局面，同時也減少了溫室氣體的排放，保護生態(tài)環(huán)境，又有利于改善農(nóng)村居民生產(chǎn)生活條件，增加農(nóng)民收入［3］。生物質(zhì)成型機的研制可有效解決我國能源短缺、廢棄物污染和“三農(nóng)”問題。

2　水平環(huán)摸成型機總體設(shè)計

2.1傳動方案的擬定

本設(shè)計突破傳統(tǒng)的設(shè)計理念，采用環(huán)模水平放置的結(jié)構(gòu)，電動機和減速器的連接采用聯(lián)軸器，環(huán)模水平放置，工作時秸稈物料帶動壓輥轉(zhuǎn)動，環(huán)模和壓輥彼此產(chǎn)生相對運動從而擠壓出物料，這種簡單的傳動方式可使傳動路線較短，功率損耗較低，如圖1所示。

圖1　傳動方案圖

2.2電機及減速裝置的選擇

生物質(zhì)燃料成型機對動力設(shè)備沒有特殊的要求，在我國普遍使用三相交流電源。因此，選用市面上常見的Y系列三相異步電動機［4］，型號為Y180L-4。

2.3壓輥的設(shè)計

壓輥是成型機中的重要部件，也是易磨損件之一。為了達到提高壓輥使用壽命應(yīng)選用合金結(jié)構(gòu)鋼如40Cr，并對其進行調(diào)質(zhì)處理，使其表面硬度達到HB360以上，根據(jù)受力分布合理性，以三只壓輥為最佳。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4環(huán)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.1環(huán)模材料的選擇。環(huán)模材料的選擇能夠直接影響環(huán)模的強度，耐磨性和抗腐蝕性。目前，環(huán)模常用的材料有3種：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼［5］。本設(shè)計選用不銹鋼材料4Cr13。

2.4.2環(huán)模速度的確定。本設(shè)計中環(huán)模轉(zhuǎn)速與減速機輸出轉(zhuǎn)速相同，通過查閱減速機的性能參數(shù)即可得到環(huán)模轉(zhuǎn)速，經(jīng)查得減速機能夠得到的輸出轉(zhuǎn)速為36 r/min，從而算得環(huán)模的速度為1.88 m/s。

2.4.3環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。環(huán)模的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠?qū)ζ鋲勖⒊尚皖w粒的單位時間產(chǎn)量以及成型燃料的燃燒性能都有重要的影響。

2.4.3.1環(huán)模孔的有效長度（L）。環(huán)模孔的有效長度是指物料固化成型的模孔長度。模孔有效長度直接影響物料成型時間，有效長度長的環(huán)模所得到的成型顆粒更緊實，強度更高。本設(shè)計模孔的有效長度L=40 mm。

2.4.3.2模孔長徑比（L/d）。模孔的長徑比即模孔的有效長度L與模孔直徑d之比［6］。本設(shè)計中環(huán)模的有效長度為40 mm，模孔的直徑d=8 mm，因此長徑比為5。

2.4.3.3模孔的孔型。環(huán)模模孔的孔型主要有外錐孔、內(nèi)錐孔、直孔和階梯孔，如圖3所示。本設(shè)計的物料主要是秸稈，屬于高纖維物料，因此選擇外錐形孔。

2.4.3.4環(huán)模厚度（T）。環(huán)模厚度與固話過程中的壓力、物料特性、能耗、模孔有效長度、環(huán)模強度以及減壓孔深度等因素有關(guān)；環(huán)模厚度大，孔徑越小，孔壁阻力越大，強度和剛性大，成型燃料密度也大。本設(shè)計的環(huán)模厚度T=60 mm。

2.4.3.5模孔的排列和開孔率。模孔的排布分為整齊陣列排布和錯位排布，如圖4所示。環(huán)模大多選擇錯位排布，這種排布方式能夠使物料均勻進入模孔。比較合理的環(huán)模模孔開孔率應(yīng)在20%～30%。本設(shè)計的環(huán)模開孔率經(jīng)過理論計算約24%。

圖2　壓輥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　模孔孔型結(jié)構(gòu)

圖4　模孔的排列方式

3　結(jié)論

目前，國內(nèi)外對成型機的研究很多，大多成型機多用于生產(chǎn)飼料，隨著成型機技術(shù)的日趨成熟，全世界各國也對環(huán)保節(jié)能提出了自己的要求，越來越多以農(nóng)作物秸稈為原料的燃料成型機逐漸研發(fā)出來。

參考文獻

［1］歐陽雙平，侯書林，趙立欣，等.生物固體成形燃料環(huán)模成型技術(shù)研究進展［J］.可再生能源，2011，29（1）：14-18.

［2］劉向東，常同立，王述洋.北方秸稈燃料高效應(yīng)用分析及固化成型技術(shù)［J］.能源研究與信息，2010，26（1）：21-27.

［3］崔明，趙立欣，田宜水，等.中國主要農(nóng)作物秸稈資源能源化利用分析評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24 （12）：291-296.

［4］朱海濤.生物質(zhì)燃料顆粒成型機的研究與試驗［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2008：9-10.

［5］景果仙，王述洋，王妍瑋，等.生物質(zhì)燃料成型機環(huán)模設(shè)計［J］.林業(yè)機械與木工設(shè)備，2009，37（1）：25-36.

［6］谷志新，楊迪，徐凱宏.生物質(zhì)燃料固化成型環(huán)模參數(shù)化設(shè)計［J］.能源研究信息，2012，28（2）：101-105.

［中圖分類號］TK6

［文獻標識碼］A

［文章編號］1674-7909-（2016）03-77-2

作者簡介：耿博文（1995-），男，本科，研究方向：機械電子工程。