[摘要]針對(duì)我國(guó)秸稈燃料成型機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中存在的生產(chǎn)率低、成型能耗高以及主要工作部件壽命短等方面問(wèn)題，設(shè)計(jì)了9JZ-32型秸稈燃料成型機(jī)。該機(jī)采用平模擠壓成型技術(shù)，把秸稈等生物質(zhì)原料壓縮制成高效、環(huán)保的秸稈燃料塊。同時(shí)，對(duì)該機(jī)的關(guān)鍵零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)樣機(jī)的工作性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。生產(chǎn)試驗(yàn)證明，該機(jī)設(shè)計(jì)先進(jìn)、工作安全可靠、操作方便，并且生產(chǎn)效率高，耗電量減少，生產(chǎn)的秸稈燃料塊燃燒值高，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)使用要求，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)專(zhuān)業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
0、引言
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)林廢棄物資源十分豐富。據(jù)保守估計(jì)，全國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量為6億t左右，除去部分作為造紙?jiān)虾托竽溜暳贤猓蠹s3億t可作為燃料利用，折合約1.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤。但農(nóng)作物秸稈具有資源分散、能量密度低、容重小和儲(chǔ)運(yùn)不方便等缺點(diǎn)，嚴(yán)重地制約了其大規(guī)模應(yīng)用。
秸稈成型顆粒燃料是生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展方向之一，農(nóng)作物秸稈成型后作為燃料具有可再生性及排放污染性小的特點(diǎn)，是化石燃料的重要替代燃料之一。秸稈燃料成型技術(shù)可將各類(lèi)農(nóng)作物秸稈原料經(jīng)粉碎和高壓成型等環(huán)節(jié)，使原來(lái)分散的、沒(méi)有一定形狀的原料壓縮成具有一定幾何形狀和密度較大的成型燃料．該燃料可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，市場(chǎng)需求量巨大，前景廣闊。目前，每到農(nóng)忙季節(jié)，無(wú)法處置的秸稈被隨意焚燒，不僅浪費(fèi)資源而且嚴(yán)重污染環(huán)境，秸稈燃料成型技術(shù)對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減少一次性能源消耗意義重大，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，秸稈顆粒機(jī)壓制的秸稈顆粒燃料如下所示：
自20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)就開(kāi)始了成型燃料的開(kāi)發(fā)研究，一方面組織科技攻關(guān)，另一方面引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)機(jī)型，經(jīng)消化、吸收，研制出各種類(lèi)型的適合我國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)，用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒狀生物質(zhì)成型燃料。秸稈燃料成型設(shè)備類(lèi)型按成型原理主要有三大類(lèi)，即：螺旋擠壓成型機(jī)、柱塞沖壓式成型機(jī)和模輥擠壓式顆粒成型機(jī)。富通新能源生產(chǎn)的是
環(huán)模式秸稈顆粒機(jī)。目前，農(nóng)作物秸稈固化成型設(shè)備存在有生產(chǎn)率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機(jī)器故障率多、費(fèi)用高等方面問(wèn)題。為此，在研究其他類(lèi)型秸稈燃料成型機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了9JZ-32型秸稈燃料成型機(jī)。該機(jī)采用平模擠壓成型技術(shù)，產(chǎn)量高、能耗相對(duì)螺旋擠壓和活塞沖壓技術(shù)低，其能夠適應(yīng)的原料廣，設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕，可移動(dòng)性強(qiáng)，顆粒成型能耗低、成本低，能夠得到較好的應(yīng)用和推廣。
1、整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)
9J2-32型秸稈燃料成型機(jī)是一種動(dòng)輥平模式秸稈燃料成型機(jī)。主要由加料斗、壓輥部件、平模部件、主軸部件、出料斗、機(jī)架、變速箱、電動(dòng)機(jī)等組成。該機(jī)把秸稈等生物質(zhì)原料粉碎壓縮制成高效、環(huán)保的成型燃料，具有產(chǎn)量高、耗電少、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
1.2工作原理
該機(jī)配置Y250M-8電動(dòng)機(jī)，動(dòng)力經(jīng)聯(lián)軸器傳遞給變速箱，輸出軸與9J2-32型秸稈燃料成型機(jī)的主軸部件直聯(lián)，形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的傳遞動(dòng)力系統(tǒng)。工作時(shí)，將準(zhǔn)備壓制的秸稈或牧草粉碎成30 mm以?xún)?nèi)的小段，含水率控制在15%～30%范圍內(nèi)，經(jīng)加料斗將物料送人秸稈燃料成型機(jī)內(nèi)：主軸部件帶動(dòng)壓輥部件轉(zhuǎn)動(dòng)，壓輥輪緊貼在多孔平模上，當(dāng)壓輥輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，即把秸稈物料從模孔中強(qiáng)制擠出，形成柱狀物料，經(jīng)出料斗收集，回涼后裝袋包裝。
2、主要工作部件選型與設(shè)計(jì)
2.1機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架是機(jī)器的基礎(chǔ)框架，由中間筒和底座等組成。底座采用優(yōu)質(zhì)國(guó)標(biāo)槽鋼焊接而成，在機(jī)架主要結(jié)合部加以必要的支撐以保證機(jī)架的強(qiáng)度，底座上主要安裝有電動(dòng)機(jī)、減速箱以及中間筒等部件。中間筒用碳素鋼板焊合，兩端焊合法蘭盤(pán)，其上部支撐平模部件，下部與底座連接。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，可靠。
2.2平模部件設(shè)計(jì)
平模是秸稈燃料成型機(jī)的關(guān)鍵部件，又是主要易損件，平模的材料及熱處理與平模的使用壽命密切相關(guān)。該機(jī)采用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，鍛造毛坯經(jīng)機(jī)加工后，進(jìn)行滲碳淬火處理，使其表面硬度達(dá)到HRC58-62，具有足夠的表面硬度和韌性，提高了使用壽命。
平模的孔形、厚度、開(kāi)孔率以及模孔的排列方式、長(zhǎng)徑比對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及使用壽命有很大影響，并直接影響制粒質(zhì)量、生產(chǎn)率及能耗。壓模的孔徑太小、厚度太大會(huì)使生產(chǎn)效率降低，且增加其成本費(fèi)用，但如果孔徑太大、厚度不夠就會(huì)使成型顆粒密度松散，影響成型燃料的質(zhì)量；開(kāi)孔率的選擇要在保證壓模結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下盡可能地增加開(kāi)孔率來(lái)提高生產(chǎn)率。
2.3壓輥部件的設(shè)計(jì)
壓輥部件是秸稈燃料成型機(jī)的主要部件，與平模部件共同作用將秸稈物料擠壓入模孔，在模孔中受壓成型。成型壓力是秸稈壓縮成型最基本的條件，原材料被施加足夠的壓力后才能夠成型，壓力不足時(shí)將不能成型，而壓力到達(dá)一定值后繼續(xù)增加，成型燃料密度的增加會(huì)變得緩慢。該機(jī)壓輥部件采用三軸均布結(jié)構(gòu)，受力均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；在相同的出模時(shí)間內(nèi)較二軸結(jié)構(gòu)擠壓次數(shù)增多，成型率高，并且增加了壓制區(qū)，提高了生產(chǎn)效率。
9J2-32型秸稈燃料成型機(jī)的壓輥制成錐形，設(shè)計(jì)了100錐角。使其兩端與模盤(pán)內(nèi)、外圈線(xiàn)速一致，不出現(xiàn)輪與模的錯(cuò)位摩擦，減少了阻力，降低了動(dòng)能損耗，延長(zhǎng)了模具的使用壽命；物料受力一致，增加了成品的均勻性。另外采用大直徑壓輥，加大了軸承承受力，提高了設(shè)備的壽命，壓力大，對(duì)原料的適應(yīng)性廣：增加了攫取角度使壓制室空間得到增加，從而提高了生產(chǎn)效率。
該機(jī)壓輥具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：利用推力軸承雙向旋轉(zhuǎn)的原理自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力角度，使物料不擠團(tuán)、不悶機(jī)，保證出料成型的穩(wěn)定。采用帶成型槽模盤(pán)與壓輥相配合結(jié)構(gòu)，在物料被壓縮前物料均衡結(jié)構(gòu)將多余物料驅(qū)走使物料在模盤(pán)成型孔上面，保證壓輥?zhàn)饔昧χ苯觽鬟f給被壓秸稈物料，提高效率，降低成型電耗。
壓輥部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。壓輥材料采用優(yōu)質(zhì)合全結(jié)構(gòu)鋼40Cr機(jī)加工后，進(jìn)行滲碳淬火處理，使其表面硬度達(dá)到HRC52-56，具有足夠的表面硬度和韌性，其硬度略低于平模表面硬度，從而使平模與壓輥具有合理的匹配使用壽命。壓輥的表面設(shè)計(jì)為拉絲表面，使其表面粗糙，以增加摩擦系數(shù)，提高防滑能力；并且溝槽做成封閉型，以減少物料的滑移。
2.4主軸部件的設(shè)計(jì)
主軸部件連接變速箱與壓輥部件，傳遞動(dòng)能。主軸轉(zhuǎn)速對(duì)生產(chǎn)率、能耗影響較大，提高轉(zhuǎn)速能夠增大生產(chǎn)率，降低能耗。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，取n=108r/min。模輥間隙對(duì)成型率影響很大，間隙越大，成型率越低，該機(jī)主軸部件上設(shè)計(jì)安裝了模輥間隙調(diào)整墊，工作中能夠?qū)㈤g隙調(diào)整到最優(yōu)值0.2 mm。主軸材料采用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr機(jī)加工后，進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使具有足夠的強(qiáng)度和表面硬度，從而提高了使用壽命。
2.5電機(jī)及變速箱的設(shè)計(jì)選型
根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)，采用Y250M-8型電機(jī)，主要參數(shù)為380V，30 kW，735 r/min。變速箱設(shè)計(jì)為齒輪減速，速比為6:41，運(yùn)行良好。
3、9J2-32型秸稈燃料成型機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)
3.1該機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)
產(chǎn)量：3t/h;功率：30kW。
3.2秸稈成型燃料主要技術(shù)參數(shù)
密度：800-1400 kg/m3；水分<15%。
秸稈成型燃料燃燒后的灰分處理：燃盡率可達(dá)96%．剩余40/0的部分可以回收做鉀肥，實(shí)現(xiàn)了“秸稈—燃料_+肥料”的有效循環(huán)。
3.3影響秸稈燃料成型的因素
秸稈原料的種類(lèi)、含水率、粒度大小和均勻性對(duì)秸稈燃料成型均有影響。秸稈應(yīng)粉碎成30 mm以?xún)?nèi)的小段，利用干燥設(shè)備或系統(tǒng)將秸稈干燥到合適的含水率，以15%-20%之間為最佳。另外，成型后注意不要隨即裝袋，因熱脹冷縮的原理，待冷卻后再裝袋運(yùn)輸。
4、結(jié)語(yǔ)
9J2-32型秸稈燃料成型機(jī)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了試驗(yàn)，并測(cè)試了相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。該機(jī)物料適應(yīng)性廣、產(chǎn)量高、噸料耗電低、機(jī)械運(yùn)行壽命長(zhǎng)維修率低、操作簡(jiǎn)單使用方便。秸稈經(jīng)成型機(jī)加工后，方便運(yùn)輸、保存，滿(mǎn)足了商品化的要求。秸稈燃料可替代煤炭用于炊事、取暖、發(fā)電等多種用途，生物質(zhì)燃料與礦物質(zhì)燃料相比對(duì)環(huán)境污染小，易取、價(jià)廉、資源豐富。隨著煤、石油和天然氣的存儲(chǔ)日益減少，其價(jià)格不斷上漲，作為可再生能源的秸稈成型燃料將成為化石燃料的有益補(bǔ)充和替代燃料之一，其價(jià)格也將隨之升高。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)林廢棄物資源十分豐富，如轉(zhuǎn)化為秸稈燃料，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分巨大的。
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