9JZ-32型秸秆燃料成型机的设计.pdf

第5 3 卷第3 期 V 0 1 5 3N o 3 农业装备与车辆工程 A G R I C u 删R A LE Q U l P M E N T V E H I C L EE N G I N E E R I N G 2 0 1 5 年3 月 M a r c h2 0 1 5 d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 1 5 0 3 0 1 1 9 J Z 一3 2 型秸秆燃料成型机的设计 付华良 丁保江 2 5 2 0 0 0 山东省聊城市聊城市农业机械科学研究所 摘要 针对我国秸秆燃料成型机在应用过程中存在的生产率低 成型能耗高以及主要工作部件寿命短等方 面问题 设计了9 j z 一3 2 型秸秆燃料成型杌 该机采用平模挤压成型技术 把秸秆等生物质原料压缩裁成高 效 环保的秸秆燃料块 同时 对该机的关键零件进行了设计 对样机的工作性能进行了试验研究 生产试 验证明 该机设计先进 工作安全可靠 操作方便 并且生产效率高 耗电量减少 生产的秸秆燃料块燃烧值 高 能够满足生产使用要求 关键词 秸秆燃料 成型机 设计 中图分类号 s 2 1 6 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 1 5 0 3 一0 0 4 2 0 4 D 船珈D fM o d d9 J Z 3 2 S t r a wF u e lF o 珊in gM a 删n e F uH u a l i蛐g D in gB a o j ia I l g a o c h e n gI n s t it u t eo fA g 五c u l t u r a lM a c h in e r yS c ie n c e L ia o c h e n gC 时 S h a n d o n gP r o v in c e2 5 2 0 0 0 C h in a A 槭r a c t A im in ga tt h ep r o b I e I I l s0 fl o wp r o d u c t iV it y h ig he n e r g yc o n s u m p t io n 卸ds h o r tl 如o ft h em a inw o r k in gp a n sin t I l ep r o c e s so fu s in gs t r a wf u e lf o n l l in gm a c h in einC h in a t l l e9 J Z 一3 2s t r a wf u e lf o 珊in gm a c h in eisd e s ig n e d 7 n l em a c h in e a d o p t sn a td iee x t m s io nm o l d in gt e c h n o l o g yt oc o m p r e s sb io l o 西c a Jm a t e r ia J ss u c h a ss t r a win t o e m c ie n t e n v ir o n m e n t a y 赫e n d 母s 砸1 wf h e lK o c k A t 出es 啪et im e t h ek e yp a so f 出em a c h in ea r ed e s ig n e d m ew o f k in gp e o 珊柚c e o fm e p r o t o 帅eiss t u d ie d P m d u c t io nt e s ts h o w st l l a tt l l em a c h in eisf e a t u r e dw it I la d v a n c e dd e s ig l l s a f e 柚dr e l ia b l ew o r k c o n v e n ie n to p e m t io n h ig hp m d u c t io ne f f ic ie n c y 粕dr e d u c e dp o w e rc o n s u m p t io n S 咖f u e lb l o c k sp r o d u c e db yt l em a e h in e h a V eh i曲c o m b u s t io nv a l u e c a nm e e t 出er e q u ir e m e n t p d u c t io n K e yw o r d l s s t m wf u e l f o m in gm a c h in e d e s i萨 0引言 我国是农业大国 农林废弃物资源十分丰富 据保守估计 全国农作物秸秆年产量为6 亿t 左 右 除去部分作为造纸原料和畜牧饲料外 大约3 亿t 可作为燃料利用 折合约1 5 亿t 标准煤 1 但 农作物秸秆具有资源分散 能量密度低 容重小和 储运不方便等缺点 严重地制约了其大规模应用 秸秆成型颗粒燃料是生物质能开发利用技术的发 展方向之一 农作物秸秆成型后作为燃料具有可 再生性及排放污染性小的特点 是化石燃料的重 要替代燃料之一 秸秆燃料成型技术可将各类 农作物秸秆原料经粉碎和高压成型等环节 使原 来分散的 没有一定形状的原料压缩成具有一定 几何形状和密度较大的成型燃料 该燃料可应用 于工农业生产和生活领域 市场需求量巨大 前景 广阔 目前 每到农忙季节 无法处置的秸秆被随 收稿日期 2 0 1 4 一1 1 一1 7修回日期 2 0 1 4 一1 1 2 8 意焚烧 不仅浪费资源而且严重污染环境 秸秆燃 料成型技术对于保护生态环境 减少一次性能源消 耗意义重大 具有明显的经济 环境和社会效益圈 自2 0 世纪8 0 年代中期 我国就开始了成型 燃料的开发研究 一方面组织科技攻关 另一方面 引进国外先进机型 经消化 吸收 研制出各种类 型的适合我国国情的生物质压缩成型机 用以生 产棒状 块状或颗粒状生物质成型燃料网 秸秆燃 料成型设备类型按成型原理主要有三大类 即 螺 旋挤压成型机 柱塞冲压式成型机和模辊挤压式 颗粒成型机 7 目前 农作物秸秆固化成型设备存 在有生产率低 成型能耗高 主要工作部件寿命 短 机器故障率多 费用高等方面问题 为此 在研 究其他类型秸秆燃料成型机结构特点的基础上 设计了9 J z 一3 2 型秸秆燃料成型机 该机采用平模 挤压成型技术 产量高 能耗相对螺旋挤压和活塞 冲压技术低 其能够适应的原料广 设备的系统结 构简单 体积小 质量轻 可移动性强 颗粒成型能 第5 3 卷第3 期 付华良等 9 J z 一3 2 型秸秆燃料成型机的设计 4 3 耗低 成本低 能够得到较好的应用和推广睁1 1 1整机结构及工作原理 1 1 整机结构 9 J z 一3 2 型秸秆燃料成型机是一种动辊平模 式秸秆燃料成型机 主要由加料斗 压辊部件 平 模部件 主轴部件 出料斗 机架 变速箱 电动机 等组成 其结构简图如图l 所示 该机把秸秆等生 物质原料粉碎压缩制成高效 环保的成型燃料 具 有产量高 耗电少 操作简单 环境无污染等优点 1 加料斗2 压辊部件3 平模部件4 主轴部件 5 出料斗6 机架7 变速箱8 电动机 图19 J Z 一3 2 型秸秆燃料成型机结构简图 F ig 1M O d e I9 J Z 3 2s l n a wf u e lm O I d in g m a c h in es t n J c t u 怕d ia g 旭m 1 2 工作原理 该机配置Y 2 5 0 M 一8 电动机 动力经联轴器传 递给变速箱 输出轴与9 J z 一3 2 型秸秆燃料成型机 的主轴部件直联 形成了一个结构紧凑 效率高的 传递动力系统 工作时 将准备压制的秸秆或牧草 粉碎成3 0m m 以内的小段 含水率控制在1 5 3 0 范围内 经加料斗将物料送人秸秆燃料成型 机内 主轴部件带动压辊部件转动 压辊轮紧贴在 多孔平模上 当压辊轮旋转时 即把秸秆物料从模 孔中强制挤出 形成柱状物料 经出料斗收集 回 凉后装袋包装 2主要工作部件选型与设计 2 1 机架的设计 机架是机器的基础框架 由中间筒和底座等 组成 底座采用优质国标槽钢焊接而成 在机架主 要结合部加以必要的支撑以保证机架的强度 底 座上主要安装有电动机 减速箱以及中间筒等部 件 中间筒用碳素钢板焊合 两端焊合法兰盘 其 上部支撑平模部件 下部与底座连接 整体结构设 计紧凑 可靠 2 2 平模部件设计 平模是秸秆燃料成型机的关键部件 又是主 要易损件 平模的材料及热处理与平模的使用寿 命密切相关 该机采用优质合金结构钢4 0 C r 锻造 毛坯经机加工后 进行渗碳淬火处理 使其表面硬 度达到H R C 5 8 6 2 具有足够的表面硬度和韧性 提高了使用寿命 平模的孔形 厚度 开孔率以及模孔的排列方 式 长径比对结构强度及使用寿命有很大影响 并 直接影响制粒质量 生产率及能耗 压模的孔径太 小 厚度太大会使生产效率降低 且增加其成本费 用 但如果孔径太大 厚度不够就会使成型颗粒密 度松散 影响成型燃料的质量 开孔率的选择要在 保证压模结构强度的条件下尽可能地增加开孔率 来提高生产率 模孔的有效长度k 的理论值按公式 1 计算 庐粤粤m 1 J 鑫p h h 根据试验结果 取L F 8 0m m 平模内表面总面积曼与模孔数目五与生产 率有关 其理论计算见公式 2 3 踣f j 骋 m 2 2 厅山 叩 磊 单 3 根据试验结果 取S O 2 3 8m 2 五 3 0 平模部件结构如图2 所示 卫 二 兰 图2 平模部件结构简图 F g 2F I a td ie m p o n e ms t r u c t u 伦d ia g 限m 2 3 压辊部件的设计 压辊部件是秸秆燃料成型机的主要部件 与 农业装备与车辆工程 2 0 1 5 年 平模部件共同作用将秸秆物料挤压入模孔 在模 孔中受压成型 成型压力是秸秆压缩成型最基本 的条件 原材料被施加足够的压力后才能够成型 压力不足时将不能成型 而压力到达一定值后继 续增加 成型燃料密度的增加会变得缓慢 该机压 辊部件采用三轴均布结构 受力均匀 运转平稳 在相同的出模时间内较二轴结构挤压次数增多 成型率高 并且增加了压制区 提高了生产效率 9 J Z 一3 2 型秸秆燃料成型机的压辊制成锥形 设计了1 0 0 锥角 使其两端与模盘内 外圈线速一 致 不出现轮与模的错位摩擦 减少了阻力 降低 了动能损耗 延长了模具的使用寿命 物料受力一 致 增加了成品的均匀性 另外采用大直径压辊 加大了轴承承受力 提高了设备的寿命 压力大 对原料的适应性广 增加了攫取角度使压制室空 间得到增加 从而提高了生产效率 该机压辊具有自动调节功能 利用推力轴承 双向旋转的原理自动调节压力角度 使物料不挤 团 不闷机 保证出料成型的稳定 采用带成型槽 模盘与压辊相配合结构 在物料被压缩前物料均 衡结构将多余物料驱走使物料在模盘成型孔上 面 保证压辊作用力直接传递给被压秸秆物料 提 高效率 降低成型电耗 压辊部件结构如图3 所示 压辊材料采用优 质合金结构钢4 0 c r 机加工后 进行渗碳淬火处 理 使其表面硬度达到H R C 5 2 5 6 具有足够的表 面硬度和韧性 其硬度略低于平模表面硬度 从而 使平模与压辊具有合理的匹配使用寿命 压辊的 表面设计为拉丝表面 使其表面粗糙 以增加摩擦 1 压辊2 轴承3 压辊轴焊合 图3 压辊部件结构简圈 F ig 3 R o e rc O m p o n e n ts t r u c t u 怕d ia g 限m 系数 提高防滑能力 并且沟槽做成封闭型 以减 少物料的滑移 2 4 主轴部件的设计 主轴部件连接变速箱与压辊部件 传递动能 主 轴转速对生产率 能耗影响较大 提高转速能够增大 生产率 降低能耗 根据试验结果 取肛1 0 8r m in 模辊间隙对成型率影响很大 间隙越大 成型率越 低 该机主轴部件上设计安装了模辊间隙调整垫 工作中能够将间隙调整到最优值O 2m m 主轴材 料采用优质合金结构钢4 0 c r 机加工后 进行调质 热处理 使具有足够的强度和表面硬度 从而提高 了使用寿命 2 5 电机及变速箱的设计选型 根据理论计算和实测 采用Y 2 5 0 M 一8 型电 机 主要参数为3 8 0V 3 0k W 7 3 5r m in 变速箱 设计为齿轮减速 速比为6 4 1 运行良好 39 J Z 一3 2 型秸秆燃料成型机的主要技术 指标 3 1 该机主要技术指标 产量 3t 1 1 功率 3 0k w 3 2 秸秆成型燃料主要技术参数 密度 8 0 0 1 4 0 0k g m 3 水分耋1 5 秸秆成型燃料燃烧后的灰分处理 燃尽率可 达9 6 剩余4 的部分可以回收做钾肥 实现了 秸秆 燃料 肥料 的有效循环 3 3 影响秸秆燃料成型的因素 秸秆原料的种类 含水率 粒度大小和均匀性 对秸秆燃料成型均有影响 秸秆应粉碎成3 0m m 以内的小段 利用干燥设备或系统将秸秆干燥到 合适的含水率 以1 5 一2 0 之间为最佳 另外 成 型后注意不要随即装袋 因热胀冷缩的原理 待冷 却后再装袋运输 5结语 9 J Z 一3 2 型秸秆燃料成型机设计完成后进行了 试验 并测试了相关技术数据 该机物料适应性 广 产量高 吨料耗电低 机械运行寿命长维修率 低 操作简单使用方便 秸秆经成型机加工后 方 便运输 保存 满足了商品化的要求 秸秆燃料可 替代煤炭用于炊事 取暖 发电等多种用途 生物 下转第4 7 页 第5 3 卷第3 期张伯韧等 液压式牛粪压块机液压部件的设计与分析4 7 2 5 3 确定液压泵的驱动功率 4 l 根据 鬻 式中 驱动功率 k w P 液压泵最大工 作压力 P a 卜液压泵的额定流量 m 3 s 0 8 则 掣 2 0 8k w 1 啦 电动机允许短时间超载2 5 则J 7 k 2 6k W 故选配套动力为3k W 电机型号Y 1 0 0 L 2 4 型 2 6 液压系统设计结果 见表2 表4 表2 液压缸参数 T a b 2P a 陋m e t e 噶o fh y d m u I cc y I n d e r 表3 液压泵参数 T a b 3P a 限m e t e 倦o fh y d m u I icp u m p 表4 电机参数 T a b 4P a r a m e t e 噶o ft h em o t O r 3结论 经过试验检验 该机的液压部件结构设计参 数选择合理 达到了生产率的要求 对提高产品质 量和性能具有积极的作用 也为该机后续的改进 和完善打下了坚实的基础 参考文献 1 张伯韧 对液压式牛粪压块机活塞元件的可靠性分析叨 当 代农机 2 0 1 4 3 7 7 7 8 2 李旭英 杨明韶 等 压捆机压缩特性测试方法的分析阴 实 用测试技术 1 9 9 7 1 1 8 2 1 3 宋中界 秸秆饲料压块机及相关配套部件的设计与试验研究 D 郑州 河南农业大学 2 0 0 9 4 李荣湘 闲式液压泵与原动机的匹配计算叨 矿业研究与开 发 2 0 0 5 3 5 1 5 2 作者简介张伯韧 1 9 8 男 工程师 研究方向 农牧与畜牧 机械 E m a il z l l 加a ir e n 1 6 3 c o m 上接第4 4 页 质燃料与矿物质燃料相比对环境污染小 易取 价 廉 资源丰富 随着煤 石油和天然气的存储日益 减少 其价格不断上涨 作为可再生能源的秸秆成 型燃料将成为化石燃料的有益补充和替代燃料之 一 其价格也将随之升高 我国是农业大国 农林 废弃物资源十分丰富 如转