秸稈燃料成型機(jī)平模失效機(jī)理及改進(jìn)方案探討

邢蕾 楊美玲 李永春 周爽 郭思佳 程雨生 王海祥 王慧

摘 要 隨著社會的不斷發(fā)展，人類消耗資源的速度逐漸加快。目前，我國還普遍存在以不可再生能源作為生產(chǎn)燃料的工業(yè)企業(yè)，但我國身為農(nóng)業(yè)大國，在對待許多農(nóng)業(yè)廢棄物極為不重視，導(dǎo)致大量綠色、廉價和高效的資源被浪費。秸稈燃料成型機(jī)便能有效利用這種資源，但在它在實際生產(chǎn)的效用上往往不盡人意。基于此，結(jié)合實際加工生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，針對平模失效機(jī)理，分析原因并提出改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞 秸稈燃料;成型機(jī);平模;失效機(jī)理;改進(jìn)方案

中圖分類號：TK6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.33.083

在世界能源結(jié)構(gòu)中，不可再生資源雖占據(jù)了70%以上，但隨著世界人口的增加、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人們對生活的提質(zhì)要求等，資源消耗總量在逐漸上升，一些不可再生能源瀕臨枯竭，需求的無限性和資源的有限性這一矛盾日趨尖銳。為了解決這一世界性難題，筆者提倡“節(jié)源開流”這一觀點，利用好生物質(zhì)能源是關(guān)鍵。相比于石化能源，生物質(zhì)能是唯一一種可以儲存和搬運的可再生能源，它分布廣泛，是一種不可多得的能源寶庫。19世紀(jì)末，秸稈燃料成型機(jī)誕生，作為生物質(zhì)能的典型代表——秸稈，得到了有效的利用[1]。為了改善人類利用資源結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)民生活水平，解決平模成型技術(shù)刻不容緩。

1 秸稈燃料平模成型機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

秸稈燃料平模成型機(jī)由壓輥和平模兩個核心部件組成。壓輥具有壓貼作用，并按規(guī)定方向隨主軸轉(zhuǎn)動，能帶動其與秸稈物料產(chǎn)生相互摩擦的作用，生產(chǎn)出所需的生物質(zhì)燃料。平模類似于一個帶孔的平面，模孔的作用就是秸稈物料經(jīng)壓輥的延壓下壓實到孔中，為生物質(zhì)燃料塑型，使其有一定的形狀。塑形好的生物質(zhì)燃料掉入出料口，最后儲存在收集裝置以供使用。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

平模成型機(jī)的組成結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，且操作簡便，由電動機(jī)作為主要工作動力，物料通過進(jìn)料口，途中利用傳動裝置、主軸、壓輥、平模、切口等主要部件進(jìn)行加工操作，以農(nóng)業(yè)物料轉(zhuǎn)變成生物質(zhì)燃料并最終落入出料口為結(jié)點。經(jīng)過人們的智慧改裝已經(jīng)能達(dá)到相當(dāng)高的生產(chǎn)水平，適用于農(nóng)村個體戶以及小型企業(yè)，非常具有實用意義[2]。

2 平模失效機(jī)理探究

雖然秸稈燃料成型機(jī)現(xiàn)已有大體雛形，但要實現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化，使產(chǎn)業(yè)鏈條更加完善，出現(xiàn)技術(shù)瓶頸不可避免，要做的就是盡所能地具體問題具體解決。平模作為眾多模具中的一種，即便如此，其失效形式也萬變不離其宗，與其他的模具相似，失效形式主要有磨損、斷裂、塑性變形三種，其中磨損占據(jù)了65%以上。結(jié)合筆者對秸稈燃料成型機(jī)的實際操作的經(jīng)歷，記錄了成型機(jī)的工作情況并做出略析，分別從機(jī)器部件本身和加工條件兩個方面進(jìn)行平模失效的原由分析。

2.1 部件本身

2.1.1 材料

材料的選擇對機(jī)器有一定的影響，不同的材料應(yīng)該相應(yīng)的用合適的秸稈平模成型機(jī)類別，若采用不恰當(dāng)會加速設(shè)備的老化和使用修復(fù)周期，從而縮短設(shè)備的使用壽命[3]。選材的時候應(yīng)該考慮到用材的特點，如耐磨性、韌度、可塑性和抗強(qiáng)度等，因材施“工”才能發(fā)揮出成型機(jī)的高效，避免平模失效。

2.1.2 模具表面加工的質(zhì)量

要減少加工的預(yù)期效果和實際操作狀況的差距，提高加工成品的精確度，模具表面加工質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用。如若平模表面不平整且有刀痕的話，容易造成模具的斷裂;超過模具的承受能力范圍內(nèi)的長時間工作容易導(dǎo)致模具扛疲勞的強(qiáng)度;在設(shè)備進(jìn)行金工操作中，電火花和數(shù)控加工時在模具表面易留下的“亮白層”會使模具的表面逐漸被削薄，抗壓性降低。

2.1.3 壓輥及平模結(jié)構(gòu)

除了模具表面加工質(zhì)量，設(shè)備部件即模具本身也對秸稈燃料成型機(jī)平模產(chǎn)生較大影響。就模具里面最為重要的壓輥和平模兩個部件來說，不同的型號壓輥和平模對應(yīng)著不同類型的成型機(jī)，因此在設(shè)計壓輥和平模時應(yīng)中和考慮各個要素，從而最大程度地降低對成型機(jī)平模損耗。據(jù)有關(guān)專業(yè)研究人士表明，秸稈物料在經(jīng)過壓輥一定方向壓力的作用下，成型物進(jìn)入模孔受力逐漸增大最終被擠出孔外，這一研究為平模模孔設(shè)計有著借鑒意義。

2.1.4 部件的熱加工工藝

設(shè)備的運作離不開熱量的產(chǎn)生和散確，熱加工工藝環(huán)節(jié)是秸稈物料加工的基本必經(jīng)環(huán)節(jié)。部件的加熱需要進(jìn)行預(yù)熱處理，隨后在完成后續(xù)的加熱工作。在預(yù)熱時，最先考慮的是溫度，調(diào)選加熱的溫度一定程度上也決定了成型物的品質(zhì)，然后是冷卻的速度，冷卻速度的快慢影響著整個流程的速率，質(zhì)量和速度的兩者結(jié)合提高了生產(chǎn)的效率[4]。經(jīng)過一系列的處理之后，進(jìn)行淬火加工工藝，結(jié)束整個加工過程。在這熱加工過程中，設(shè)備的操作并不都能做到十全十美，在某些環(huán)節(jié)尚存在不正確的加工的處理，如淬火的硬度不夠、淬硬層的深度不夠、韌性偏高等，以上都會使得秸稈成型機(jī)平模失效。

2.2 加工條件

加工條件主要包括物料、模具間隙及潤滑3個方面。1）物料的挑選。用于成型機(jī)加工的物料應(yīng)遵循不宜過粗、含水率不宜過多和盡可能減少雜質(zhì)的原則，否則會導(dǎo)致平模磨損、腐蝕和斷裂。2）模具間隙和速度的調(diào)整，間隙的調(diào)整主要體現(xiàn)在壓輥和平模上，不宜過大或過小，否則不利于物料最終成型和加大了兩者的磨損面積，這對剛投入使用的機(jī)器尤其出顯。3）潤滑，不當(dāng)潤滑會非但不會起到潤滑作用，反倒會增加了設(shè)備各零件間的摩擦，所以使用正確的潤滑劑能減少兩個面的之間的摩擦力。

3 改進(jìn)方案

3.1 材料改進(jìn)

對于材料改進(jìn)，打造模具本身有著嚴(yán)謹(jǐn)而細(xì)致的選材環(huán)節(jié)，需要在開發(fā)和利用材料上做足準(zhǔn)備工作。故而，筆者認(rèn)為應(yīng)該更多地致力于發(fā)掘和借鑒國內(nèi)外的新型材料打造淬透性和韌性強(qiáng)大的平模成型機(jī)，同時也要努力研制出新的材料來延長設(shè)備的使用壽命。同時，采用新的加工方法，如西歐等國家為提高鋼坯的硬度和抗壓度對鋼進(jìn)行二次精煉[5]。新材料和新方法在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，這將是一個能為成型機(jī)提高平模機(jī)理上有重要的借鑒意義的走向。

選取模具表面強(qiáng)化材料也能提高該設(shè)備的使用壽命，耐疲勞性越佳。模具表面的材料經(jīng)過強(qiáng)化之后，模具內(nèi)外性都能有所改善，其中在表面硬度和耐磨性方面的改善尤為突出。

3.2 工藝改進(jìn)

3.2.1 平模的失效

對平模提出了改進(jìn)的建議，如利用加工物料的自身重量，去恰當(dāng)調(diào)整平模的工作面角度，有利于物料利用自身重力下滑，減少燃料和電力的花費。再如模孔的設(shè)計要考慮到是否方便物料的進(jìn)入，在設(shè)備實踐操作中應(yīng)該仔細(xì)觀察模孔部位的受力程度作為依據(jù)進(jìn)行孔壁薄厚設(shè)計，以至于不會出現(xiàn)模孔過小物料堵塞和模孔過大物料加工不均及難以定型的尷尬。另外是對壓輥的改進(jìn)，傳統(tǒng)的壓輥已經(jīng)不再適用，為了節(jié)約維修成本、減少磨損，壓輥技術(shù)的未來發(fā)展方向是組合式設(shè)計，不再是單一的直式設(shè)計。

3.2.2 熱處理工藝的改進(jìn)

成型機(jī)工作時對部件加工中經(jīng)常會出現(xiàn)表面氧化脫碳的問題，為了提高部件硬度和抗磨性，采用真空淬火設(shè)備進(jìn)行熱處理和二次精煉能有效解決此類問題。不同材質(zhì)的熱處理應(yīng)該對應(yīng)著不同材料，因為熱處理在控溫和火力大小等方面都十分講究，以上都關(guān)聯(lián)著秸稈燃料成型機(jī)平模的機(jī)理。

4 結(jié)語

秸稈燃料成型機(jī)平模失效不可避免，人們能做的就是盡可能地減少失效率，進(jìn)行全方位的科學(xué)改良和管理。主要從部件自身和加工條件兩大方向著手，分析了平模失效的原因，并提出了其改進(jìn)方案，從原因找到解決方案，具體問題具體分析才是延長設(shè)備使用年限，增強(qiáng)耐磨性，最大程度上接近理論生產(chǎn)總值。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 朱亞杰，孫興文.能源世界之窗[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

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[5] 德雪紅.基于分形理論的柱塞式生物質(zhì)環(huán)模成型模具磨損機(jī)理研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2016.