秸秆燃料挤压成型机设计（全套毕业设计图纸+说明书）
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黑龙江八一农垦大学毕业设计 I 摘 要 能源危机日益严重，秸秆能源作为新能源的一种，其被大规模开发利用势在必行。在这种情况下，秸秆致密成型技术便显得尤为重要。但由于成型原料密度小，体积大的特点，为加工带来了极大的不便，因此为节省秸秆原材料的储运费用，便于推广，本设计在对国内外已有的成型机做了大量的调查后，完成了秸秆挤压成型机的设计。挤压成型部分包括螺杆、套筒、 模头。主成型系统是利用电动机驱动的，采用闭式成型方式将秸秆原料在常温下压缩成型的 一套设备，其特点是：无需粘合剂与加热，节省了加工成本，且对秸秆的成型效果尤其好。挤压系统采用螺旋压缩方式，可同时实现进料和挤压。指导思想：在满足技术要求及结构合理的条件下，减少附属件，降低生产成本，使其结构简单，使用方便。 关键词： 秸秆；挤压成型；设计 黑龙江八一农垦大学毕业设计 he as a In to be to of in to of in of at a he a of is to by of at of a of of of at in 龙江八一农垦大学毕业设计 录 1 绪论 . 1 计的目的与意义 . 1 内外生物质成型机的发展现状 . 3 外发展现状 . 3 内发展现状 . 3 前主要的成型机类型及其成型方法 . 6 塞式成型机 . 6 旋式成型机 . 7 压颗粒成型机 . 7 秆燃料成型加工技术与装备发展趋势 . 7 秆成型技术存在的问题 . 8 型机的问题 . 8 型原料问题 . 9 套设备问题 . 9 2 秸秆燃料挤压成型机的结构及成型原理 . 10 秆燃料挤压成型机的结构设计 . 10 秆燃料挤压成型机的成型原理 . 11 3 主要部件的设计 . 13 动机的选择 . 13 筒的设计 . 13 筒结构设计 . 13 筒基本参数的确定 . 14 头的设计 . 14 头设计的基本原则 . 14 头材料要求 . 15 杆的设计 . 15 杆结构的设计 . 15 杆基本参数的确定 . 15 杆的强度校核 . 16 动装置的设计 . 18 计功率 . 18 黑龙江八一农垦大学毕业设计 选取 V 带型号 . 18 定带轮基准直径 . 18 定中心距 a 和带的基准长度 . 19 算包角 . 19 定带的根数 . 20 初拉力 . 20 算轴 压力 . 20 的设计 . 20 材料的选择 . 20 径的确定 . 21 承的选择 . 23 4 结论 . 24 参考文献 . 25 致谢 . 27 黑龙江八一农垦大学毕业设计 1 1 绪论 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，而且这些资源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 1 。 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 2 ： 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 22而 2 2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、太阳能和生物质能 3 。其中生物质能 是指利用生物质产生的能源， 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 由于生物质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，所以生物质能分布最广， 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质存在，也就可以利用生物质能。因此，可以说生物质是地球上一个巨大的能源库 。 生物质的种类很多，通常包括以下几个方面 4 ：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 物质能 。 生物质能储量大，燃烧容易、污染少，有害成分低，更具特色的是黑龙江八一农垦大学毕业设计 2 生物质能燃料燃烧所释放出的 2体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的 2所以燃用生物质能时 2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 23，这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。因此，生物质能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，生物质能的应用仍占有很大的比例 5 。 目前，欧盟 许多国家已经把发展生物质能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 。 然而作为生物质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：我国每年生产秸秆 6 亿多 t， 其中大约 t 用于造纸， t 用作饲料， t 还田， 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秸秆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质能源白白浪费，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，秸秆成型燃料技术的研究就是为适应这种需求而开展的。但是，生物质能也有其缺点 热值及热效率低，体积大，不易运输，直接燃烧生物质的热效率仅为10 30，因此作为高效洁净燃料必须加工成型。 生物质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质原料（主要是农作物秸秆、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（ 的成型燃料 成型后的原料的 热性能 要 优于 木材 ,热值为 1417 MJ/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 , 2 2微量排放 。 6 生物质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 。对生物质能源资源丰富的贫油、贫煤国家来 说，生物质能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，开发利用生物质资源，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秸秆，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 成为碳元素的汇（ 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，秸秆所占黑龙江八一农垦大学毕业设计 3 的比重正逐步下降。燃烧秸秆成为被替代的对象，田间地头或田间焚烧的秸秆量 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秸秆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。 开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国 80人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村 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，但生物质能仍占有重要地位。 1998年农村生活用能总量 中秸秆和薪柴为 吨标煤，占 因此发展生物质能技术，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，生物质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。 内外生物质成型机的发展现状 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质成型技术的研究行列。 目前这些国家生物质成型燃 料技术己基本成熟，并进入了规模化生产及应用阶段 7 。并且一些机型极具代表性，如：比利时研制成功的 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 686块的移动速 度 17002500mm/能量 45 55t，压块燃料 的低位热值 18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 列压粒机可生产直径为 3 40压缩粒，所用电 机的功率为 20 400耗为 15 40t。 泰国、印度、菲律宾等国 80年代研制成 的 加粘 结剂的生物质压缩成型机等。 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质成型机 后开始参与 生物质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质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 ，环境黑龙江八一农垦大学毕业设计 4 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质成型理论、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 。 表 1国生物质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 t 江苏省连云港市东海粮食机械厂 50 120 西省武功县轻功机构厂 1 200 85150 100 广西林市安无机械炭机械厂 150 120 100 河北正定厂宏木炭设备制造厂 50 120 100 西北农业大学能源研究室 80 苏林产化学工业研究室 120 100 辽宁省能源研究所产业基地 200 100 110130 中国农机院能源动力所 50100 苏盯治国营九三 O 五厂 100 110130 南农业大学 100 6080 ） 螺旋挤压技术 螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常用的技术，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 条生物质压缩成型生产线，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 50右、长 度 450截面为圆形或六角形，每根重约 1于蒸发量 1000kg/ 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 11003m . (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 寿命不超过黑龙江八一农垦大学毕业设计 5 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C 280220 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%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 100 次，有的含 200h。 2003 年，通过实施科技部“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了液压驱动式秸秆成型机，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 生物质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%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，国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业 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。在生物质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 ，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 6长 8颗 粒 密 度 1000kg/m, 其 热 值 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质成型燃料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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 6 （ 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 ，通过实施农业部引进国际先进农业科学 技术项目“秸秆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 平模制粒机的主要技术参数为：颗粒直径12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 3/平模直径： 780与其他生物质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 平模制粒机生产的颗粒燃料来发电，（配套电机为 75机）进行了以棉杆为原料的制粒试验，当成型颗粒密度在 11003m 时，产量达到 13003m 但总体来看，目前，我国的生物质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。 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 。 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 14 。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，压块形成后再开启黑龙江八一农垦大学毕业设计 7 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 。 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 15 。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。 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 1h。卧式环模成型机的压模和 压辊的轴线都为垂直设置，生产率可达500h。平板模颗粒机的工作原理是平板上 有 4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。 秆燃料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，“生物质经济” 已浮出水面。以生物能源和化工产品为主的生物质产业正在兴起，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质成型燃料开发在内的生物质技术 领域的竞争进入一个白热化时代。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 8 虽说生物质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 ，成为生物质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。 在生物质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质能提供必要的技术储备。 (1)秸秆成型燃料加工技术向实用、高效、低成本方向发展 秸秆成型燃料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，今后秸秆成型燃料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)秸秆成型燃料加工设备向可移动、自动化方向发展 我国农作物秸秆资源丰富，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 作物秸秆成型燃料加工技术的推广和应用。因此，秸秆成型燃料加工设备必须具有可移动性，以方便千家万户使用。同时，由于秸秆成型燃料加工设备使用对象的文化水平参差不齐，这就要求秸秆成型燃料加工设备应能 实现自动化，使用者只需完成简单的原料供给工作，就能完成秸秆成型燃料加工。总之，今后秸秆成型燃料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，实现秸秆成型燃料加工过程的连续化、自动化，为推动我国农作物秸秆资源化利用，商品化生产，提供技术和装本支撑。 秆 成型技术存在的问题 虽然， 秸秆 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。 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黑龙江八一农垦大学毕业设计 9 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。 型原料问题 秸秆 原料的特点是具有季节性、分散性，因此严重的影响了 秸秆 致密成型燃料的工业化生产，根据中国特色，必须考虑生物质的收集半径。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， 秸秆 致密成型设备的生产率不宜过大。 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质致密成型设备的同时， 要配套相应的粉碎和干燥设备。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 10 2 秸秆燃料挤压成型机的结构及成型原理 秆燃料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示。 图 2秆燃料挤压成型机 （ 1） 螺杆 螺杆是秸秆燃料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 套筒是秸秆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，黑龙江八一农垦大学毕业设计 11 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，以使挤压过的秸秆通过模头来成型。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。以使秸秆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。 秆燃料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绝干原料），禾草类中含量为14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、结构并黑龙江八一农垦大学毕业设计 12 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）会软化，此时加以一定压力使之与纤维素紧密黏结 ，并与相邻秸秆颗粒相互胶接，冷却后即可固化成型。因此，采 用热压法成型秸秆燃料可不用任何添加剂、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，秸秆挤压加工就是：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 ，压力可达 1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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 13 3 主要部件的设计 动机的选择 设计秸秆燃料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 电机： 额定功率 P= 转速 n=970r/ 效率 %86 筒的设计 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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 14 图 3体式套筒 筒基本参数的确定 （ 1）套筒内径 D 552 （ 2） 套筒壁厚 d b 30)102 3 ( 68 83 头的设计 3示 秸秆燃料的形状取决于模头的形状，本次设计的模头如图 图 3头的结构 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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计 15 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。 杆的设计 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示： 图 3杆与套筒基本结构示意图 杆基本参数的确定 （ 1）螺杆转速 本次设计采用 300r/（ 2） 螺杆外径 s 50 16 式中：螺杆外径 Q 秸秆燃料挤压成型机的产量 经验系数，取 标准值 3）螺杆各段长度确定 长径比6,则 L=6 6 55=310料段长度 1L =(10%L=25% 310=化段长度 2L =(50%L=50% 310=165压段长度3L=(10%L=25% 310= 4）螺槽深度 )(43221 = )355( = 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=30 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。 0t 1 取整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 25 8） 螺道长度 Z 因为采用等螺距变深螺杆，所以 7310s （ 9）螺纹的轴向厚度 b:在螺杆直径处测得的螺纹厚度。 B=0 10）螺纹厚度 e:垂直于螺纹面测得的螺纹厚度。 10c o o s （ 11）螺杆直径间隙 2 ：套筒内径和螺杆直径之差。 查参考文献表取 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黑龙江八一农垦大学毕业设计 17 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 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杆的受力分析 (1)轴向力的压缩应力 c可由下式求出： 233622m a x)1045(4)1055( 式中m (2)由扭矩产生的剪切力 2336 045(3 0 0%式中 抗扭截面模量， 3m 挤
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