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郑州泰达关于秸秆成型机压轮的设计

导读:生物质秸秆是一种来源广泛、可以再生的生物质资源

  生物质秸秆是一种来源广泛、可以再生的生物质资源,包括稻秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆等。但在全国而言,大多数生物质秸秆在收获季节被焚烧在田间地头,既污染环境,又浪费能源。为了加快生物质秸秆综合利用步伐,推进节能减排,国务院出台了《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》,对农作物秸秆进行综合利用指明了方向,其主要利用方法为还田和固化成型。

  将生物质秸秆切碎、挤压后,可以压制成新型生物质燃料,称为固化成型。生物质秸秆的可再生性、资源的广泛性和实用性,决定了以其为原料的固化成型新燃料具有重大开发价值,秸秆压块机、秸秆颗粒机是压制生物质颗粒燃料不错的选择。

  研究开发生物质固化成型设备,将秸秆加丁成燃料,已成为生物质能源开发的主要发展方向之一。平模型秸秆压块成型机是一种将秸秆粉碎压缩成型的设备,必须在一定耗电量的基础上,有较高的生产效率,否则,就是用一种能源换取另一种能源,这是不可取的。我们的研究和生产实际表明,其中的压轮设计是秸秆压块成型机的关键技术之一。

秸秆成型机

  1、平模型的结构及工作原理

  平模型秸秆压块成型机主要由主轴、压轮、平模、成型套等组成,如图1所示。秸秆在压轮的强力剪切作用下被粉碎,同时被挤出成型套,成为一种具有一定燃烧值的固体燃料,可以取代煤炭直接用于新型或经改造后的燃烧炉。

  2、压轮特性分析

  压轮在工作时,在主轴的带动下,围绕主轴做公转运动,同时,在摩擦力的作用下,围绕压轮轴做白转运动。

  2.1压轮的运动分析

  相对于物料而言,压轮并非整体在做纯滚动,压轮的内侧与外侧都会发生滑动。压轮上存在一条纯滚动的网周线C,在纯滚动线C内侧,压轮相对于物料产生向后的滑动:在纯滚动线C外侧,压轮相对于物料产生向前的滑动。

  2。2压轮的受力分析

  在压轮与物料接触的任意点A,因挤压物料而受到物料施加给压轮的反作用力N,其方向沿半径指向圆心:压轮与物料之间还存在摩擦力F,F必定沿切线方向。

  当机器进入稳态时,压轮处于平衡状态,建立如图3所示的柱坐标系,以压轮轴心为Z轴,压轮最外截面网心为Z轴0点,以竖直方向半径为角坐标0点。压轮受到4点的力f如上所述1和压轮轴给予压轮的力(过中心,力矩为零)。因平模压轮受到的力矩之和为零,可得到力矩平衡方程:

  显然,式2左侧表示纯滚动线内侧合力矩,右侧表示纯滚动线外侧的合力矩,其大小相等、方向相反。在纯滚动区内侧,压轮相对于物料产生向后滑动,因此力F沿切线指向上,合力矩方向为逆时针:外侧所受摩擦力F应沿切线指向下方,所受合力矩必定为顺时针方向。

  明确了压轮的受力情况,就可以分析物料受力,物料受力情况如图4所示f左边为内侧、右边为外侧)。

  在压轮挤压物料的任意一点B,物料受压轮对其施加的压力N-和摩擦力P:在与平模接触的平面,物料受到水平方向上的摩擦力F,和垂直方向上的支撑力N1。则物料受力的平衡方程为:

  从以上理论上对压轮的运动和受力分析可知.压轮内外侧均存在滑动.加快了压轮的磨损。但另一个方面,纯滚动线外侧,物料受到的垂向压力增大,增强了压块成型机的挤出性能,外侧的垂向挤压性能优于内侧.内侧的垂向挤压效果越低,但水平方向的挤压力增大。压轮越宽,消耗的功率越高。因而,在设计秸秆压块成型机的压轮时,压轮宽度应大于等于挤压成型后的秸秆压块直径。在秸秆压块直径一定的情况下,应尽量降低压轮的宽度。

  这一结论,为我们设计压轮提供了理论基础。

  3、双排孔平模的压轮设计

  为了提高设备的生产效率,我们在设计9JYK 500秸秆压块成型机时,为了增加物料被挤出的孔数,技术上设计了双排孔结构的平模,同时简单地增加压轮的宽度。结果设备的生产效率提高了,但由于滚轮内外侧的非纯滚动区域较大,压轮受到的摩擦阻力较大,时常出现堵车的现象。

  通过上述理论分析可知,在设计压轮时,应尽量减少压轮的宽度(但必须与成型套孔径相适应)。因而,现将与双排孔对应的宽压轮改为两个压轮.进行改进设计,这样可以使每一压轮最大限度地减少因非纯滚动区带来的工作阻力.使设备在相同耗电量的基础上,提高生产效率。

  9JYK-500试制后,进行了生产试验。与改进前相比,设备运转平稳,杜绝了堵车现象。

  5、结束语

  从上述的压轮运动情况和物料受力情况可以得出以下分析:

  1)与纯滚动区相比,在纯滚动区内侧,物料在水平方向上受力增加,因此水平方向的挤压作用增强。在纯滚动区外侧,物料在竖直方向上受力增加,竖直方向的挤压作用增强。

  2)在纯滚动区外侧,压轮产生超向前的滑动,在纯滚动区内侧,压轮产生滞后性滑动,滑移滚动和滑转滚动的存在会导致压轮平模等零件的磨损程度增加,同时增加功率的消耗。

  3)采用双排孔的平模结构。在电机功率不变的情况下,应该使用两对压轮的设计方案,能有效提高秸秆挤压成型效率。

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