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生物碳颗粒挤压成型机结构的设计【优秀机械毕业设计@word+10张CAD全套图纸】

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6轴径D=38齿轮.dwg---(点击预览)

5螺旋轴A2.dwg---(点击预览)

4搅龙A2.dwg---(点击预览)

3轴径D=38皮带轮.dwg---(点击预览)

2轴径D=22皮带轮.dwg---(点击预览)

1螺旋制粒机总体装配图A0.dwg---(点击预览)

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关键词：: 生物颗粒挤压成型结构设计优秀优良机械毕业设计 word 10 cad 全套图纸

资源描述：

摘要

　　　农作物秸秆成型燃料的发展在世界上。农作物秸秆压块粒状和棒状两大类农作物秸秆成型燃料加工技术和设备状态，以及农作物秸秆成型燃料加工技术分类。秸秆成型燃料加工设备设计的作物特性，作物秸秆压块成型燃料加工设备，原材料，适应国内农作物秸秆被树枝，树皮，秸秆等农林废弃物为原料，广泛的，这些原料来源，的分散性，许多种的质地是不均匀的。

关键词：秸秆成型;加工;设计

Abstract

　　The crop straw briquette development in the world. Crop straw briquette processing technology and equipment status, and crop straw briquette processing technical classification of crop straw briquette granular and rod-like two broad categories. Straw briquette processing equipment design features of the crop, crop straw briquette briquette processing equipment, raw materials, adaptive domestic crop stalks are twigs, bark, straw and other agricultural and forestry residues as raw materials, the wide range of sources of these raw materials, dispersion, many kinds of The texture is not uniform.

Key words: straw molding; processing; design

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1设计的目的与意义1

1.2国内外生物碳成型机的发展现状6

1.3目前主要的成型机类型及其成型方法12

1.4生物碳颗粒成型加工技术与装备发展趋势13

1.5生物碳成型技术存在的问题15

2 生物碳颗粒挤压成型机的结构及成型原理16

2.1生物碳颗粒挤压成型机的结构设计16

2.2生物碳颗粒挤压成型机的成型原理18

3主要部件的设计20

3.1电动机的选择20

3.2套筒的设计20

3.3模头的设计21

3.4螺杆的设计23

3.5传动装置的设计27

3.6轴的设计30

3.7轴承的选择33

4结论34

参考文献35

致谢37

总结38

1绪论

1.1设计的目的与意义

　　　伴随着人类社会的不断进步，在利用资源取得一个又一个的胜利的同时源人们惊异地发现：地球母亲能够提供给我们的资源已越来越少了，而且这些资也自然而然的包括了为我们的生活提供保障的那些能源。这绝对是我们应该重视起来的问题，否则能源问题将带来毁灭性的灾难。因此，为了人类社会持续发展，开发新能源已势在必行。

　　　目前，世界上能源消耗主要是以煤炭、石油和天然气为主的不可再生的化石能源。由于他们的不可再生性，其利用是以消耗地球资源为代价。据统计：目前占全球能源消耗总量近50％的石油和天然气在21世纪中叶将耗尽，而其他常规能源也将随着全球人口的迅速增加、经济的高速发展和人们生活水平的不断提高而逐渐要枯竭，中国的能源状况比起全球的能源状况来就更为严峻了。人类使用能源的无限性与常规能源储量的有限性形成一对尖锐矛盾，而解决这一矛盾的主要办法就是“开源节流”，开源即开辟新的能量源泉，节流即节约常规能源，两者缺一不可。

　　　另外，作为世界主要能源的化石能源在为人类作出巨大贡献的同时，也在严重地破坏人类的生存环境，其主要表现在：排放大量的和，而和等气体浓度的增加将会对人类的健康造成直接的危害，并产生“温室效应”。另外就是石化能源的燃烧产生大量的粉尘，这也是直接威胁人类健康的。

　　　所以，现在作为新能源出现的可再生能源将是人类社会未来能源的基石，它必将在不久的将来替代石化能源。

　　　可再生能源主要有风能、水能、太阳能和生物碳。其中生物碳是指利用生物碳产生的能源，是一种高效和廉价的太阳能浓缩储存方式，是唯一一种可储存和运输的可再生能源，而且由于生物碳是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动植物并能再生的物质，所以生物碳分布最广，不像风能、水能、太阳能，要受到天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物碳存在，也就可以利用生物碳。因此，可以说生物碳是地球上一个巨大的能源库。

　　　生物碳的种类很多，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。全世界约有25亿人生活能源的90％以上是生物碳。

　　　生物碳储量大，燃烧容易、污染少，有害成分低，更具特色的是生物碳燃料燃烧所释放出的大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的，所以燃用生物碳时的排放量可以认为是零，甚至有所减少（考虑到燃烧后草木灰中含有大量的），这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。因此，生物碳在世界能源结构中占有十分重要的地位，特别是在广大农村和经济不发达地区，生物碳的应用仍占有很大的比例。

　　　目前，欧盟许多国家已经把发展生物碳源作为解决本国就业、替代化石能源和减少大气污染等问题的战略措施来对待。

　　　然而作为生物碳的一部分秸杆和颖壳等农业废弃物在我国却仍在被极大的浪费着：我国每年生产生物碳6亿多t，其中大约0.28亿t用于造纸，1.13亿t用作饲料，1.08亿t还田，3.5亿t用作燃料或就地荒烧。当前收获、打捆、运输、储藏、干燥等环节的加工利用水平都比较低。人们虽然对某些环节进行了研究，但没有进行大面积的推广，尤其是在利用农作物生物碳作为煤的替代燃料方面基本上没有成功的模式，这样就导致了近几年出现的大面积荒烧现象，造成每年数亿吨的生物碳源白白浪费，还造成了大气的严重污染，大大加重了政府工作的负担。社会的需求把科学研究推向了研究的前沿，生物碳颗粒挤压成型机技术的研究就是为适应这种需求而开展的。但是，生物碳也有其缺点——热值及热效率低，体积大，不易运输，直接燃烧生物碳的热效率仅为10％～30％，因此作为高效洁净燃料必须加工成型。

　　　生物碳致密成型技术就是在这种情况下产生的，他是将各类松散的生物碳原料（主要是农作物生物碳、农产品加工废弃物、林木加工废弃物等）用机械加压(加热或不加热)的方法，使原来松散的、没有一定形状的原料压缩成具有一定形状的、密度较大（0.8～1.4g/cm）的成型燃料成型后的原料的热性能要优于木材,热值为伴随着人类社会的不断进步，在利用资源取得一个又一个的胜利的同时源人们惊异地发现：地球母亲能够提供给我们的资源已越来越少了，而且这些资也自然而然的包括了为我们的生活提供保障的那些能源。这绝对是我们应该重视起来的问题，否则能源问题将带来毁灭性的灾难。因此，为了人类社会持续发展，开发新能源已势在必行。

2轴径D=22皮带轮.jpg

3轴径D=38皮带轮.jpg

4搅龙A2.jpg

5螺旋轴A2.jpg

6轴径D=38齿轮.jpg

7联轴器.jpg

8箱体A2.jpg

9收集装置.jpg

10进料斗.jpg

360桌面截图20140603150812.jpg

螺旋制粒机总体装配图A0.jpg

内容简介：: 摘要农作物秸秆成型燃料的发展在世界上。农作物秸秆压块粒状和棒状两大类农作物秸秆成型燃料加工技术和设备状态，以及农作物秸秆成型燃料加工技术分类。秸秆成型燃料加工设备设计的作物特性，作物秸秆压块成型燃料加工设备，原材料，适应国内农作物秸秆被树枝，树皮，秸秆等农林废弃物为原料，广泛的，这些原料来源，的分散性，许多种的质地是不均匀的。关键词：秸秆成型;加工;设计AbstractThe crop straw briquette development in the world. Crop straw briquette processing technology and equipment status, and crop straw briquette processing technical classification of crop straw briquette granular and rod-like two broad categories. Straw briquette processing equipment design features of the crop, crop straw briquette briquette processing equipment, raw materials, adaptive domestic crop stalks are twigs, bark, straw and other agricultural and forestry residues as raw materials, the wide range of sources of these raw materials, dispersion, many kinds of The texture is not uniform.Key words: straw molding; processing; design目录摘要IAbstractII1绪论11.1设计的目的与意义11.2国内外生物碳成型机的发展现状61.3目前主要的成型机类型及其成型方法121.4生物碳颗粒成型加工技术与装备发展趋势131.5生物碳成型技术存在的问题152 生物碳颗粒挤压成型机的结构及成型原理162.1生物碳颗粒挤压成型机的结构设计162.2生物碳颗粒挤压成型机的成型原理183主要部件的设计203.1电动机的选择203.2套筒的设计203.3模头的设计213.4螺杆的设计233.5传动装置的设计273.6轴的设计303.7轴承的选择334结论34参考文献35致谢37总结3834黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）1绪论1.1设计的目的与意义伴随着人类社会的不断进步，在利用资源取得一个又一个的胜利的同时源人们惊异地发现：地球母亲能够提供给我们的资源已越来越少了，而且这些资也自然而然的包括了为我们的生活提供保障的那些能源。这绝对是我们应该重视起来的问题，否则能源问题将带来毁灭性的灾难。因此，为了人类社会持续发展，开发新能源已势在必行。目前，世界上能源消耗主要是以煤炭、石油和天然气为主的不可再生的化石能源。由于他们的不可再生性，其利用是以消耗地球资源为代价。据统计：目前占全球能源消耗总量近50的石油和天然气在21世纪中叶将耗尽，而其他常规能源也将随着全球人口的迅速增加、经济的高速发展和人们生活水平的不断提高而逐渐要枯竭，中国的能源状况比起全球的能源状况来就更为严峻了。人类使用能源的无限性与常规能源储量的有限性形成一对尖锐矛盾，而解决这一矛盾的主要办法就是“开源节流”，开源即开辟新的能量源泉，节流即节约常规能源，两者缺一不可。另外，作为世界主要能源的化石能源在为人类作出巨大贡献的同时，也在严重地破坏人类的生存环境，其主要表现在：排放大量的和，而和等气体浓度的增加将会对人类的健康造成直接的危害，并产生“温室效应”。另外就是石化能源的燃烧产生大量的粉尘，这也是直接威胁人类健康的。所以，现在作为新能源出现的可再生能源将是人类社会未来能源的基石，它必将在不久的将来替代石化能源。可再生能源主要有风能、水能、太阳能和生物碳。其中生物碳是指利用生物碳产生的能源，是一种高效和廉价的太阳能浓缩储存方式，是唯一一种可储存和运输的可再生能源，而且由于生物碳是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动植物并能再生的物质，所以生物碳分布最广，不像风能、水能、太阳能，要受到天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物碳存在，也就可以利用生物碳。因此，可以说生物碳是地球上一个巨大的能源库。生物碳的种类很多，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。全世界约有25亿人生活能源的90以上是生物碳。生物碳储量大，燃烧容易、污染少，有害成分低，更具特色的是生物碳燃料燃烧所释放出的大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的，所以燃用生物碳时的排放量可以认为是零，甚至有所减少（考虑到燃烧后草木灰中含有大量的），这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。因此，生物碳在世界能源结构中占有十分重要的地位，特别是在广大农村和经济不发达地区，生物碳的应用仍占有很大的比例。目前，欧盟许多国家已经把发展生物碳源作为解决本国就业、替代化石能源和减少大气污染等问题的战略措施来对待。然而作为生物碳的一部分秸杆和颖壳等农业废弃物在我国却仍在被极大的浪费着：我国每年生产生物碳6亿多t，其中大约0.28亿t用于造纸，1.13亿t用作饲料，1.08亿t还田，3.5亿t用作燃料或就地荒烧。当前收获、打捆、运输、储藏、干燥等环节的加工利用水平都比较低。人们虽然对某些环节进行了研究，但没有进行大面积的推广，尤其是在利用农作物生物碳作为煤的替代燃料方面基本上没有成功的模式，这样就导致了近几年出现的大面积荒烧现象，造成每年数亿吨的生物碳源白白浪费，还造成了大气的严重污染，大大加重了政府工作的负担。社会的需求把科学研究推向了研究的前沿，生物碳颗粒挤压成型机技术的研究就是为适应这种需求而开展的。但是，生物碳也有其缺点热值及热效率低，体积大，不易运输，直接燃烧生物碳的热效率仅为1030，因此作为高效洁净燃料必须加工成型。生物碳致密成型技术就是在这种情况下产生的，他是将各类松散的生物碳原料（主要是农作物生物碳、农产品加工废弃物、林木加工废弃物等）用机械加压(加热或不加热)的方法，使原来松散的、没有一定形状的原料压缩成具有一定形状的、密度较大（0.81.4g/cm）的成型燃料成型后的原料的热性能要优于木材,热值为伴随着人类社会的不断进步，在利用资源取得一个又一个的胜利的同时源人们惊异地发现：地球母亲能够提供给我们的资源已越来越少了，而且这些资也自然而然的包括了为我们的生活提供保障的那些能源。这绝对是我们应该重视起来的问题，否则能源问题将带来毁灭性的灾难。因此，为了人类社会持续发展，开发新能源已势在必行。目前，世界上能源消耗主要是以煤炭、石油和天然气为主的不可再生的化石能源。由于他们的不可再生性，其利用是以消耗地球资源为代价。据统计：目前占全球能源消耗总量近50的石油和天然气在21世纪中叶将耗尽，而其他常规能源也将随着全球人口的迅速增加、经济的高速发展和人们生活水平的不断提高而逐渐要枯竭，中国的能源状况比起全球的能源状况来就更为严峻了。人类使用能源的无限性与常规能源储量的有限性形成一对尖锐矛盾，而解决这一矛盾的主要办法就是“开源节流”，开源即开辟新的能量源泉，节流即节约常规能源，两者缺一不可。另外，作为世界主要能源的化石能源在为人类作出巨大贡献的同时，也在严重地破坏人类的生存环境，其主要表现在：排放大量的和，而和等气体浓度的增加将会对人类的健康造成直接的危害，并产生“温室效应”。另外就是石化能源的燃烧产生大量的粉尘，这也是直接威胁人类健康的。所以，现在作为新能源出现的可再生能源将是人类社会未来能源的基石，它必将在不久的将来替代石化能源。可再生能源主要有风能、水能、太阳能和生物碳能。其中生物碳能是指利用生物碳产生的能源，是一种高效和廉价的太阳能浓缩储存方式，是唯一一种可储存和运输的可再生能源，而且由于生物碳是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动植物并能再生的物质，所以生物碳分布最广，不像风能、水能、太阳能，要受到天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物碳存在，也就可以利用生物碳。因此，可以说生物碳是地球上一个巨大的能源库。生物碳的种类很多，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。全世界约有25亿人生活能源的90以上是生物碳。生物碳储量大，燃烧容易、污染少，有害成分低，更具特色的是生物碳燃料燃烧所释放出的大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的，所以燃用生物碳时的排放量可以认为是零，甚至有所减少（考虑到燃烧后草木灰中含有大量的），这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。1417 MJ/kg,相当于中质烟煤,可直接燃烧,同时具有黑烟少,火力旺、燃烧充分,不飞灰、干净卫生等优点, 和极微量排放。生物碳固化成型燃料具有加工简单、成本较低、便于储存和运输、易着火、燃烧性能好、热效率高的优点，可作为炊事、取暖的燃料，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料。对生物碳源资源丰富的贫油、贫煤国家来说，生物碳源必将成为一种发展前景非常可观的替代能源。中国作为一个迅速崛起的发展中农业大国，在保护环境的前提下，要实现国民经济的持续增长，必须改变传统的能源利用和能源生产方式，开发利用生物碳资源，生产清洁能源是一项必然的选择。作为人类传统燃料的农作物生物碳，是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的而成为碳元素的汇（Sink）而被称为清洁能源。近年来随着农业生产经济水平的不断提高，农村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，生物碳所占的比重正逐步下降。燃烧生物碳成为被替代的对象，田间地头或田间焚烧的生物碳量逐年增加，这种污染在收获季节集中排放，使得短时间内大气质量严重恶化，成为一个严重的社会问题。本课题主要研究了废弃的农作物生物碳转化为高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，来提高农民的收入，缓解农村能源紧张的局面，从而实现农村能源的可持续发展。开发利用生物碳对中国农村更具特殊意义。中国80人口生活在农村，生物碳和薪柴等生物碳是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物碳仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中生物碳和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7。因此发展生物碳技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。由上述可知，生物碳成型技术是我们目前必须加紧研究的重大课题，而且需要我们去努力解决的问题还非常多。 1.2国内外生物碳成型机的发展现状1.2.1国外发展现状从20世纪30年代美国开始了压缩成型燃料技术的研究，并研制了螺旋压缩机至今共有包括：日本、西德、意大利、丹麦、法国、德国、瑞典、瑞士、比利时，泰国、印度、越南、菲律宾、南非等国家先后加入了生物碳成型技术的研究行列。目前这些国家生物碳颗粒挤压成型机技术己基本成熟，并进入了规模化生产及应用阶段。并且一些机型极具代表性，如：比利时研制成功的T117型螺旋压块机，其主要性能为：压块燃料的出模温度180，轴向压缩力大于686kN，压块的移动速度17002500mm/min，耗能量4555kWh/t，压块燃料的低位热值为19.7MJ/kg，燃料外表面有一层自然纤维保护膜。还有就是联邦德国研制的KAHI系列压粒机可生产直径为340mm的压缩粒，所用电机的功率为20400kW，能耗为1540kWh/t。泰国、印度、菲律宾等国80年代研制成的加粘结剂的生物碳压缩成型机等。 1.2.2国内发展现状而我国是在20世纪80年代引进螺旋挤压式生物碳成型机后开始参与生物碳压缩成型技术的研究开发的，至今已有二十多年的历史，并且取得了明显成果，如：清华大学清洁能源研究与教育中心已开发出生物碳颗粒燃料冷成型技术和设备，并在北京怀柔区组织了示范项目，环境科学与工程系也有相关研究。浙江大学生物机电工程研究所能源清洁利用国家重点实验室也在生物碳成型理论、成型燃料燃烧技术等方面进行了研究。国内部分厂家生产的成型机信息见表1-2。表1-2我国生物碳致密成型设备的主要性能指标研究单位与生产单位产品型号规格台/年生产率kg/h电耗kwh/t江苏省连云港市东海粮食机械厂OBM-88150120120.5陕西省武功县轻功机构厂SX-7.5,1120085150100广西林市安无机械炭机械厂150120100河北正定厂宏木炭设备制造厂JD-A150120100西北农业大学能源研究室SZJ-8A8071.4江苏林产化学工业研究室HD120100辽宁省能源研究所产业基地200100110130中国农机院能源动力所SYJ-355010083.3江苏盯治国营九三O五厂HD型100110130102.9河南农业大学HPB-型100608039.747.91）螺旋挤压技术螺旋挤压成型技术是目前生产生物碳颗粒挤压成型机最常用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。1990年，通过实施国家“七五”公关项目“木质棒状（螺旋挤压）成型机的的开发研究”工作，国内建立了第一条年产1000吨棒状成型燃料生产线；1993年前后，国内一部分企业和有关省的农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物碳压缩成型生产线，这些生产线基本上都是采用螺旋挤压式，大多数是以木屑为原料，生产“炭化”燃料棒状成型燃料的形状为直径50mm左右、长度450mm左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1kg,用于蒸发量1000kg/h工业锅炉或民用炉灶。螺旋挤压成型技术的优点：(1)成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压式成型机加工的成型棒料的密度1100-1400kg/.(2)成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料、螺旋挤压成型技术的缺点是：(1)产量低。目前国产设备的最高台时产量不到150kg/h，距离规模化生产的产量要求相差较大。(2)能耗高。粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90kw*h/t以上。(3)易损件寿命短。国产设备主要工作部件螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的距离。(4)原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常在之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象的发生，一般要将原料含水率控制在8%-12%之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因此与螺旋挤压成型工艺相衔接还需要配套的烘干机。2）活塞冲压技术这种技术的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20%左右。但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修1次，有的含少的生物碳材料可维持300h。2003年，通过实施科技部“生物碳压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了液压驱动式生物碳成型机，该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h;吨料电耗为60kw*h/t左右。3）辊模挤压技术生物碳颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒饲料生产技术基础上发展起来的，两者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽，一般在10%-40%之间均能成型。其成型最佳水分为18%左右，相比于螺旋挤压和活塞冲压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此，国内一些生产生物碳颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。目前国内一些知名的饲料机械企业，在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物碳颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。（1）环模挤压成型技术。1994年-1998年，通过实施国家林业局“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”项目，成功开发了以木屑和刨花为主要原料的颗粒燃料成型机，当时产量在250kg/h,成型燃料产品的规格为直径6mm，长8-15mm,颗粒密度1000kg/m,其热值为20096.7Kj/kg左右。产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时暴露出了使用寿命短的缺陷。使用成本高成为环模式制粒机难以在生物碳颗粒挤压成型机领域大面积推广的重要原因。但是，该项目的开展，为我国辊模挤压成型燃料技术的发展打下了良好的基础。（2）平模挤压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差距等原因，以前国内在对平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400mm.2000年，通过实施农业部引进国际先进农业科学技术项目“生物碳颗粒饲料加工技术与设备引进”，在引进国际上著名的德国卡尔公司的38-780型大型平模制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。研制的具有自主知识产权的SZLP-780型平模制粒机的主要技术参数为：颗粒直径12mm;生产能力：2100kg/h;吨粒耗电量：31Kw*h/t;颗粒成型率：94%；颗粒成型密度：920；平模直径：780mm.与其他生物碳成型颗粒加工技术相比，大型平模式制粒机的优点在于：(1)原料适应性广。(2)产量大。(3)吨粒耗电低。(4)辊模寿命长。(5)成型密度可调。2004年，一些发电企业利用SZLP-780型平模制粒机生产的颗粒燃料来发电，（配套电机为75KW电机）进行了以棉杆为原料的制粒试验，当成型颗粒密度在1100kg/时，产量达到1300kg/但总体来看，目前，我国的生物碳固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还是不足，距估计先进水平还有不小的差距。这一问题以成型机最为突出，表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。1.3目前主要的成型机类型及其成型方法目前世界各地的成型机主要有两种:压块和颗粒成型机。根据成型原理的不同可分为:活塞成型机、螺旋式成型机和模压颗粒成型机。1.3.1活塞式成型机按驱动动力的不同可分为两类:一类是用发动机或电动机通过机械传动驱动的称为机械驱动活塞式成型机;另一类是用液压机构驱动的称为液压驱动活塞成型机。这两类成型机的成型过程是靠活塞的往复运动实现的。其进料、压缩和出料都是间歇进行的，即活塞往复运动一次可以形成一个压块，在成型套内压块之间被紧密挤在一起，但其端面之间的连接不牢固。因此，当压块从成型机的出口被挤出时，一般在重力的作用下自行分离。根据压缩室末端有无挡板又分为开式和闭式两种。闭式柱塞压块依靠压缩室末端的挡板形成挤压阻力，压块形成后再开启挡板排出，这种机构不需要很大的挤压力，消耗能量较少;开式成型机依靠被压缩物与压缩室壁之间的摩擦力和锥形压模形成挤压阻力实现原料的压缩成型，这种形式的成型机出料方便，不需要特殊的挤出成型块机构和动作。1.3.2螺旋式成型机根据成型过程中粘结机理的不同可分为加热和不加热两种形式。一种是先在物料中加入粘结剂，然后在锥型螺旋输送器的压送下，压在原料上的压力逐渐增大，到达压缩喉口时物料所受的压力最大。物料在高压下体积密度增大，并在粘结剂的作用下成型，然后从成型机的出口处被连续挤出。另一种是在成型套筒上设置加热装置，利用物料中的木质素受热塑化的粘结性，使物料成型。此类成型机最早被研制开发，也是目前各地推广应用较为普遍的一种机型。1.3.3模压颗粒成型机根据压模型形状的不同可分为:平板模颗粒成型机和环板模颗粒成型机，其中环模成型机根据其结构布置方式又可分为立式和卧式两种形式。由于立式环模成型机具有压模易更换、保养方便、易进行系列化设计等优点而成为现有颗粒成型机的主流机型，其生产率可达1-3t/h。卧式环模成型机的压模和压辊的轴线都为垂直设置。平板模颗粒机的工作原理是平板上有4-6个辊子，辊子随轴作圆周运动，并与平模板间有相对运动，原料在辊子和模板间受挤压，多数原料被挤入模板孔中，切割机将挤出的成型条按一定的长度切割成粒。1.4生物碳颗粒成型加工技术与装备发展趋势进入二十一世纪以来，人们愈加感觉到石化能源渐趋枯竭，在对可持续发展、保护环境和循环经济的追求中，世界开始将目光聚焦到了可再生能源与材料，“生物碳经济”已浮出水面。以生物能源和化工产品为主的生物碳产业正在兴起，引起了世界各国政府和科学家的关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳关计划”，美国的“能源农场”，印度的“国家战略行动”等、2005年“可再生能源法”在我国正式颁布实施，所有这些，也预示着各国在包括生物碳颗粒挤压成型机开发在内的生物碳技术领域的竞争进入一个白热化时代。虽说生物碳产业是世界发展之大势和新兴的朝阳产业，但其当前成本与价格尚难与石油基本产品竞争，这一点对于成型燃料来说，表现得尤其明显。因此，以降低生产成本为目的，寻找技术上的创新、突破，成为生物碳燃料领域最大的命题。降低颗粒燃料的吨料能耗、降低设备的使用成本，也成为目前所追求的最大目标。在生物碳固化成型技术装备研究、开发方面，国内外发展总的趋势是：装备生产专业化、产品生产批量扩大化、生产装备系列化和标准化。尤其国内则在设备实用性、系列化上下功夫，不断降低成本并提高技术水平，为21世纪大规模开发利用生物碳提供必要的技术储备。(1)生物碳颗粒挤压成型机加工技术向实用、高效、低成本方向发展生物碳颗粒挤压成型机加工技术能否在生产中得以广泛应用，与技术本身的实用性、效率的高低、使用成本的多少有着密不可分的关系。因此，今后生物碳颗粒挤压成型机加工技术的发展将以实用、高效、低使用成本为方向。在实用性方面将以冷成型压缩技术为主，在高效和低使用成本方面将以平模式压制技术为主。(2)生物碳颗粒挤压成型机加工设备向可移动、自动化方向发展我国农作物生物碳资源丰富，分布分散，集中在固定场地加工，运输成本过高，经济性较差，不利于农作物生物碳颗粒挤压成型机加工技术的推广和应用。因此，生物碳颗粒挤压成型机加工设备必须具有可移动性，以方便千家万户使用。同时，由于生物碳颗粒挤压成型机加工设备使用对象的文化水平参差不齐，这就要求生物碳颗粒挤压成型机加工设备应能实现自动化，使用者只需完成简单的原料供给工作，就能完成生物碳颗粒挤压成型机加工。总之，今后生物碳颗粒挤压成型机加工设备的发展将以产品规格系列化、产品质量优质化、性能价比合理化、生产加工标准化为方向，实现生物碳颗粒挤压成型机加工过程的连续化、自动化，为推动我国农作物生物碳资源化利用，商品化生产，提供技术和装本支撑。1.5生物碳成型技术存在的问题虽然，生物碳成型机的研制目前已初具规模，但要真正实现产业化，还有一些技术障碍亟待解决。1.5.1成型机的问题目前大部分机组可靠性能差，运行不平稳，易损件使用寿命太短，维修和更换不方便。技术较成熟的螺旋挤压式成型机的螺杆寿命极其有限，由于物料的压缩是靠螺杆和出料套筒配合完成的，螺杆的几何尺寸和出料筒的几何尺寸必须在一定的范围内，才能在较快的挤出速度下获得较大密度的成型燃料。螺杆是在较高温度和压力下工作的，与物料始终处于干摩擦状态，导致螺杆的磨损非常快。螺杆磨损到一定程度时，会与出料套筒失去尺寸配合，使成型无法进行。1.5.2成型原料问题生物碳原料的特点是具有季节性、分散性，因此严重的影响了生物碳致密成型燃料的工业化生产，根据中国特色，必须考虑生物碳的收集半径。建议采取分散设点加工及就地使用和集中调配使用的方法。解决上述问题。考虑到收集范围问题，生物碳致密成型设备的生产率不宜过大。1.5.3配套设备问题由于成型机对原料的粒度和含水率要求较高，而成型设备自动化低、粉碎、干燥、进料和包装设备没有形成配套的生产线，工作时原料往往达不到生产要求。建议在研制和生产生物碳致密成型设备的同时，要配套相应的粉碎和干燥设备。2 生物碳颗粒挤压成型机的结构及成型原理2.1生物碳颗粒挤压成型机的结构设计本次设计的机器主要有驱动装置、进料装置、螺杆、机筒、成型装置等几个部分组成，如图2-1所示。图2-1生物碳颗粒挤压成型机1. 螺杆螺杆是生物碳颗粒挤压成型机的最重要的工作部件。是用来产生必须的压力，使物料挤出模头。螺杆通常设计矩形、梯形或三角形的阿基米德螺线，可以是单头或多头。有的是为了提高产品的混炼效果，可将螺纹中断或将其做成若干个缺口，成为缺断式螺纹。2. 套筒套筒是生物碳料成型机的另一个重要部件。在挤压机套筒内壁，刻有连续的倒槽，可以是直的，也可以是带螺旋形，其螺旋方向与螺杆旋向相反。倒槽使物料避免随螺杆作轴向旋转，这样，如果螺杆十分光滑，物料易与螺杆发生滑动，而不与套筒发生轴向滑动则物料的推进速度与螺杆速度大致成正比。3. 成型装置挤压机的成型装置是最终决定产品形状和结构的主要部件，它的主要部件挤压成型机前端的模头。模头借助螺钉固定在机筒出料端的法兰上，模头上有不同形状的孔，以使挤压过的生物碳通过模头来成型。模头是一个很精确的零件，必须有足够的强度来承受挤压机机筒内的高压。模孔由极耐磨的材料组成，常用的材料有铬钢、青铜合金，有时在模孔内镶嵌聚四氟乙烯材料。模头的构造对产品结构影响颇大，不同模头的设计对产品结构的影响不同。作为圆锥形模孔，它将降低螺腔内的压力要求，使产品获得光滑的表面。具有突变截面，模孔长度短的模头，它会对压出的产品造成较大的机械损伤从而导致产品组织细粒化、柔软化和产生髓化结构。4. 加热与冷却装置加热与冷却是挤压加工过程顺利进行的必要条件。伴随螺杆的转速、挤出压力、外加热功率以及挤压系统周围介质的温度变化，机筒中的温度也会相应的发生变化。以使生物碳物料始终能在其加工工艺所要求的温度范围挤压，通常采用电阻或电感应加热和水冷却装置来不断调节机筒温度5. 切割装置挤压加工系统中常用的切割装置为端面切割器，切割刀具旋转平面与模板端面平行。通过调整切割刀具的旋转速度和挤压产品的线速度来获得所需挤压产品的长度。根据切割器驱动电机位置和割刀长度的不同，可分为飞速和中心两种切割器。飞速切割器的电机装在模板中心轴线外面，割刀臂较长，以很高的线速度旋转。中心切割器的刀片较短，并绕模板装置的中心轴线旋转。6. 控制装置挤压加工系统控制主要有微电脑、电器、传感器、显示器、仪表和执行机构等组成，其主要作用是：控制电机，使其满足所需的转速，并保证各部分协调的运行；控制温度、压力、位置和产品质量；实现整个挤压加工系统的自动控制。2.2生物碳颗粒挤压成型机的成型原理植物细胞中除了含有纤维素、半纤维素外，还含有木质素（木素），在阔叶木、针叶木中木素含量为27-32%（绝干原料），禾草类中含量为14-25%。现在知道，木素是具有芳香特性的结构单体为苯丙烷铣型的立体结构高分子化合物。虽然各种植物都含水素，但它们的组成、结构并不完全一样。在常温下木素主要部分不溶于任何有机溶剂，木素属非晶体，没有熔点但有软化点，当70-100时，粘合力开始增加。木素在植物组织中有增加细胞壁、粘合纤维的作用，不能被动物消化，在土壤中能转化成腐殖质。用化学方法分离木素可制成木质塑料，如苯酚木素树脂，其物理机械性能类似热塑性酚醛压塑粉，用途也相仿，但熔融时粘度高，成品脆性大、耐水性差、木素在适应温度下（200-300）会软化，此时加以一定压力使之与纤维素紧密黏结，并与相邻生物碳颗粒相互胶接，冷却后即可固化成型。因此，采用热压法成型生物碳颗粒可不用任何添加剂、粘结剂，大大降低了加工成本，而且利用木质素软化的特点适当提高热压成型时的温度有利于减小挤压动力。因此，生物碳挤压加工就是：将粉碎的小块状物料置于挤压机的高温高压状态下，突然释放到常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。挤压加工方法是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌、摩擦以及高剪切力作用，使木素粒解体，同时机腔内温度压力升高（温度可达到150-200，压力可达1MP以上），然后从一定形状的模孔瞬间挤出，其中游离水分在此压差下急剧汽化，水的体积可膨胀大约2000倍，有高温高压突然降至常温常压，从而使产品定型。3主要部件的设计3.1电动机的选择设计生物碳颗粒挤压成型机的要求产量Q=250kg/h,度电量为40kg/kw*h,则工作机所需功率为：比较选的型号为Y160M-6型电机：额定功率P=7.5kw 转速n=970r/min 效率3.2套筒的设计3.2.1套筒结构设计套筒和螺杆共同组成了挤压机的挤压系统，完成对物料的固体输送、熔融和定压定量输送作用。套筒的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性。并且对于一些新型的挤压系统来说，套筒在加料段上的结构形式也影响道固体输送效率。套筒的机械加工和使用寿命也影响到固体输送效率。套筒的机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统的工作性能。因此，套筒在挤压系统中是仅次于螺杆的重要零部件之一。在本次设计中，选择整体式结构，如图3-1所示。其特点是长度大，加工要求比较高，在加工精度和装配上容易得到保证（特别是螺杆和套筒的同轴度要求），也可简化装配工作，在套筒上设置外加热不易受到限制，套筒受热均匀。一般专业制造厂用的比较多。图3-1整体式套筒3.2.2套筒基本参数的确定（1）套筒内径D （2）套筒壁厚d3.3模头的设计3-2所示生物碳颗粒的形状取决于模头的形状，本次设计的模头如图:图3-2 模头的结构3.3.1模头设计的基本原则（1）熔融料的流道呈十分光滑的流线型，不得有突变区，更不能有死角和滞留区。物料的粘度愈大，流道变化的角度反应愈光锐。（2）保证模头内有足够的压缩比，使物料能在模头内形成必要的压力。（3）在强度足够的条件下，结构紧凑，易加工制造和装拆维修。同时结构应尽量对称。以使传热均匀。3.3.2模头材料要求（1）耐腐蚀和耐磨损。（2）在模头的内压力作用下有足够的强度和刚度。（3）在高温下不变形。3.4螺杆的设计3.4.1螺杆结构的设计单螺杆挤压机的螺杆按其螺纹升程和螺槽深度的变化可分为三种形式：等螺距变深螺杆，等深变距螺杆，变深变距螺杆。本次采用等螺距变深螺杆，也就是通过改变螺杆直径来获得压缩比，实现对物料的输送和挤压功能。螺杆与套筒基本结构示意图，如图3-3所示：图3-3螺杆基本结构示意图3.4.2螺杆基本参数的确定（1）螺杆转速本次设计采用300r/min.（2）螺杆外径式中： - 螺杆外径 Q - 生物碳颗粒挤压成型机的产量 - 经验系数，取0.005 取标准值55mm（3）螺杆各段长度确定长径比=6,则L=6=655=310mm进料段长度=(10%-25%)L=25%310=82.5mm均化段长度=(50%-60%)L=50%310=165mm挤压段长度=(10%-25%)L=25%310=82.5mm（4）螺槽深度= =15.5mm（5）导程I:从一个螺纹的前沿道同一个螺纹向前旋转一周后的前沿在它们的外径处轴向距离。因为本机采用等螺距变深螺杆，因此选取导程I=30mm（6）螺旋角：螺纹和垂直于螺杆轴线的平面之间所形成的夹角。（7）螺道的轴向宽度B：从一个螺纹的前沿道同一螺纹旋转一周后的后沿在螺杆直径处的轴向距离。本次设计B取25mm（8）螺道长度Z 因为采用等螺距变深螺杆，所以（9）螺纹的轴向厚度b:在螺杆直径处测得的螺纹厚度。 B=I-B=30-25=5mm（10）螺纹厚度e:垂直于螺纹面测得的螺纹厚度。（11）螺杆直径间隙：套筒内径和螺杆直径之差。查参考文献表取 3.4.2螺杆的强度校核在挤压过程中，螺杆和套筒由于大量的机械能被耗散，在正常工作状态下，磨损随时都在发生，是不可避免的，同时由于所加工物料种类的不同，还可能发生化学磨损，使得螺杆和套筒之间磨损机理更加复杂化。在挤压时其螺杆端部在套筒内浮动，因而其自重引起的弯曲应力可忽略。所以，在实际计算时都可近似的视为一端固定的悬臂梁。螺杆的受力状态如图3-4所示。在螺杆的全长上主要受物料的压力P、克服物料的阻力所需的扭矩和自重G的作用。由于螺杆径向所受的压力P大小相等，方向相反而相互抵消。故计算时对P的影响只考虑轴向压力P对螺杆的作用（即螺杆所受的轴向力），并且螺杆的纵向弯曲问题也忽略。因此，对螺杆的强度计算，可归结为压、扭、弯联合作用下的复合计算。由于在一般情况下螺杆根茎处的承载能力最差，所以，对螺杆的强度计算，可进一步归结为在上述复合应力作用下螺杆根茎特别是加料段端面的强度计算。图3-4螺杆的受力分析(1)轴向力的压缩应力可由下式求出： = 式中-螺杆轴向最大压力， -螺杆最小断面的根茎m(2)由扭矩产生的剪切力式中Ws抗扭截面模量， Nmax挤压机主电机最大传动功率，kw -螺杆最高转速，r/min -挤压机的传动效率（3）有螺杆自重产生的弯应力 = =0.4式中- 螺杆自重产生的弯矩，N*m- 抗弯截面模量，L 螺杆有效螺纹长度，m -螺杆材料密度，这里取（4）螺杆的合成应力 = 故螺杆强度符合要求。3.5传动装置的设计3.5.1设计功率工作工况系数Ka=1.2 3.5.2选取V带型号根据Pc和电机转速查参考文献选取型号为A型3.5.3确定带轮基准直径（1）由于占用空间限制不严，取对传动有利，查机械设计P-118表6-9取（2）验算带速V 在之间，故合乎要求（3）确定从动轮基准直径取标准值（4）实际从动轮转速和实际传动比I 不计影响，若算与预订转速相差为允许故合乎要求3.5.4确定中心距a和带的基准长度（1）初定中心距由上式可得：取（2）确定带的计算基准长度 = =2166（3）查参考文献得（4）确定中心距a a的调整范围 3.5.5验算包角故符合要求3.5.6确定带的根数式中：- 实际工作条件下单根V带额定功率的增量，由传动 i可查得 - 小带轮包角修正系数，有小带轮包角查得 - 带长修正系数，由A型带和，查得所以取3.5.7定初拉力 = =4903.5.8计算轴压力 3.6轴的设计3.6.1轴材料的选择由于合金重量轻，耐高温，耐腐蚀性能好，故选40调质处理，其，3.6.2轴径的确定由故取轴的最小直径为35加上轴上皮带拉力传动轴扭矩根据轴上零件的布置，轴的受力如图3-5：图3-5 轴的受力图则轴的弯矩图如图3-63-6 轴的弯矩图轴的扭矩图如图3-7所示3-7 轴的扭矩图从图中可以看出B截面为危险截面当量弯矩式中为根据转矩所产生应力的性质而定的应力校正系数故取截面B取直径为50mm故设计的轴如图3-8所示：图3-8轴的整体结构3.7轴承的选择（1）距轴的直径靠近螺杆一侧轴承型号为6208（2）靠近带轮一侧轴

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