SWZ-110固体成型机的设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 I 摘 要 能源危机日益严重的今天 生物质能作为重要的可再生能源资源 具有广阔 的开发利用前景 因此 将生物质原料压缩成型 使之成为密度大体积小的洁净 能源 便显得尤为重要 本设计是在对国内外已有的成型机做了大量的调查后 完成了生物质固体成型机 生产率是 110Kg h 的成型部分 包括螺旋预压系统 主成型系统及液压辅助系统 预压系统采用螺旋压缩成型方式 可同时实现进料 和预压 成型系统是利用液压驱动的 利用液压缸驱动活塞的往复运动 在闭式 成型腔内 使原料在常温下压缩成型 辅助液压系统包括主液压缸参数的设计计 算 助液压缸的设计计算 投出装置 辅助提升液压缸的设计等 其结构简单 新颖实用 另外 本设计涉及到个传动装置的设计计算 包括带传动 链传动等 关键词 关键词 生物质 固体成型机 液压系统 传动装置 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 II Abstract With the increasingly serious energy crisis biomass energy which is an important renewable resources is of broad prospects for development and utilization Therefore it seems particularly important to compress the biological raw material in order to make clean energy of high density and small size After abundant investigation for the machine at home and abroad the design has completed its forming part of the molding machine productivity is 110Kg h including the spiral preloading system the main forming system the main hydraulic system and auxiliary system Pre pressure molding system adopt spiral preloading way the main forming system is of hydraulic driven taking the advantage of hydraulic driven piston cylinder reciprocating motion in the closed molding cavity so that raw materials are compressing formed at room temperature auxiliary hydraulic system includes the design of the main hydraulic cylinders the help of hydraulic cylinder design the cast devices aids to enhance the design of hydraulic cylinder of which the structure is simple innovative and practical In addition the design involves the design of computing gear including belt drive chain drive and so on KeyKey words words biomass solid molding machine hydraulic system gear 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 III 目 录 1 绪论 1 1 1 设计的目的与意义 1 1 2 国内外生物质成型机的发展现状 2 1 2 1 国外发展现状 2 1 2 2 国内发展现状 3 1 3 生物质致密成型技术分类及特点 5 1 3 1 冷压致密成型 5 1 3 2 热压致密成型 6 1 3 3 碳化致密成型 6 1 4 目前主要成型机及性能介绍 6 1 4 1 活塞冲压式成型机 6 1 4 2 螺旋挤压式成型机 7 1 4 3 压辊式颗粒成型机 7 1 4 4 环模挤压成型 7 1 4 5 平模挤压成型 8 1 5 生物质成型技术存在的问题 8 1 5 1 成型机的问题 8 1 5 2 成型原料的问题 8 1 5 3 配套设备的问题 8 1 6 本设计的主要内容及技术路线 9 1 6 1 主要内容如下 9 1 6 2 技术路线如下 9 2 成型工艺路线及总体结构设计 11 2 1 成型机成型工艺路线 11 2 2 成型机总体结构设计 11 3 液压系统的设计 13 3 1 设计要求 13 3 2 液压系统的动力和运动分析 13 3 2 1 配置执行器并作出动作周期顺序图 13 3 2 2 计算外负载 14 3 2 3 绘制液压缸的负载循环图和运动循环图 15 3 3 确定液压缸参数编制工况图 15 3 4 拟定液压系统图 17 3 5 液压元件的选择 17 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 IV 3 6 主液压缸的结构设计 18 3 6 1 液压缸筒壁的计算 18 3 6 2 缸底厚度的计算 19 3 6 3 缸头厚度计算 19 3 6 4 活塞及活塞杆的设计 20 3 7 主液压缸的连接计算 21 3 8 辅助液压缸的设计 21 3 9 邮箱及输油管的设计计算 22 3 9 1 系统发热功率的计算 22 3 9 2 系统需散热面积计算 22 3 9 3 油箱具体结构尺寸的计算 23 3 9 4 邮箱附件的选择 23 3 9 5 油管的选择计算 23 4 螺旋预压系统的设计计算 24 4 1 计算螺旋耐磨性 24 4 2 验算自锁性 25 4 3 螺杆强度计算 25 4 4 螺旋牙强度计算 26 4 4 1 计算螺杆的抗剪强度 26 4 4 2 计算螺杆的抗弯强度 26 4 5 计算螺杆的稳定性 26 4 6 确定螺旋的转速 27 4 6 1 确定每转输送量 Q 27 4 6 2 确定螺旋转速 27 4 7 确定预压腔的体积 27 4 8 确定成型腔的体积 28 4 9 轴承的选择 28 4 10 计算螺旋预压效率及所需驱动功率 28 4 11 螺旋系统的生产率 28 5 链传动设计 30 5 1 选择链轮齿数为 30 5 2 计算功率 30 5 3 确定链条链节数 30 5 4 确定链条链条的节距 30 5 5 确定链长 L 及中心距 31 5 6 验算链速 31 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 V 5 7 验算小链轮轮毂孔 31 5 8 链轮结构设计 32 6 减速器的选择 33 7 带传动设计 34 7 1 确定计算功率 34 7 2 选取普通 V 带型 34 7 3 确定带轮直径 34 7 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 34 7 5 验算主动轮上的包角 35 7 6 计算 V 带的根数 35 7 7 计算预紧力 35 7 8 计算作用在轴上的压轴力 36 7 9 带轮结构选择 36 8 总结 37 参考文献 38 致 谢 40 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 1 1 绪论 1 1 设计的目的与意义 中国是一个人口大国 又是一个经济迅速发展的国家 21 世纪将面临着经济 增长和环境保护的双重压力 因此改变能源生产和消费方式 开发利用生物质能 等可再生的清洁能源资源对建立可持续 的能源系统 促进国民经济发展和环境保护具有重大意义 1 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 2 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 3 65 亿吨 标煤 其中秸秆和薪柴为 2 07 亿吨标煤 占 56 7 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 生物质能的特点 3 1 可再生性 生物质属可再生资源 生物质能由于通过植物的光合作用可以再 生 与风能 太阳能等同属可再生能源 资源丰富 可保证能源的永续利用 2 低污染性 生物质的硫含量 氮含量低 燃烧过程中生成的 SOX NOX 较少 生物质作为燃料时 由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的 量 因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零 可有效地减轻温室效应 3 广泛分布性 缺乏煤炭的地域 可充分利用生物质能 4 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源 仅次于煤炭 石 油和天然气 根据生物学家估算 地球陆地每年生产 1000 1250 亿吨生物质 海洋 年生产 500 亿吨生物质 生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量 相 当于目前世界总能耗的 10 倍 我国可开发为能源的生物质资源到 2010 年可达 3 亿吨 随着农林业的发展 特别是炭薪林的推广 生物质资源还将越来越多 1991 年至 1998 年 农村能源消费总量从 5 68 亿吨标准煤发展到 6 72 亿吨 标准煤 增加了 18 3 年均增长 2 4 而同期农村使用液化石油气和电炊的农 户由 1578 万户发展到 4937 万户 增加了 2 倍多 年增长达 17 7 增长率是总 量增长率的 6 倍多 可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高 农村对于优 质燃料的需求日益迫切 传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求 生物 质能优质化转换利用势在必行 生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程 4 满足农民富裕后对优质能源的迫切需求 同时也可在乡镇企业等生产领域中得到 应用 由于中国地广人多 常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求 而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约 限制二氧化碳等温室气体排 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 2 放 这对以煤炭为主的我国是很不利的 因此 立足于农村现有的生物质资源 研究新型转换技术 开发新型装备既是农村发展的迫切需要 又是减少排放 保 护环境 实施可持续发展战略的需要 5 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 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 3 为 14 17 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 2SO2NO 6 而生物质固化成型燃料 4 指生物质如农作物秸秆等经专门设备加工 压缩 成型而成的固体燃料 储存 运输 使用方便 清洁环保 燃烧效率高 既用于 农村居民的炊事 取暖 也可用于城市分散供热 它具有加工简单 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 由上述可知 生物质固体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 国内外生物质成型机的发展现状 1 2 1 国外发展现状 早在 20 世纪 30 年代 美国就开始研究固化成型燃料技术并研制了螺旋式成 型机 在 1976 年 开发出了生物质颗粒燃烧设备 日本于 20 世纪 50 年代引进了 固化成型技术后进行了改进 发展成了日本固化成型燃料工业体系 研制出了棒 状燃料成型机及相关的燃料设备 20 世纪 70 年代后期 由于出现了世界能源危 机 是有价格上涨 欧洲许多国家如芬兰 比利时 法国 德国 意大利等也开 始重视固化成型燃料技术的研究 当前 日本 美国及欧洲一些国家生物质固化 成型燃料设备已经定型并形成了产业 在加热 供暖 干燥 发电等领域普遍推 广应用 在亚洲 太过 印度 菲律宾等国家从 20 世纪 80 年代开始先后研制成 了加粘结剂和不加粘结剂的生物质固化成型机 目前 国外生物质固化成型燃料 技术的成型设备主要有死种 即环模颗粒成型机 螺旋挤压成型机 机械驱动冲 压成型机和液压驱动成型机 原料以木屑等林业废弃物为主 欧美国家一般不利 用秸秆作原料生产成型燃料 国外成型燃料的发展大体分为三个阶段 20 世纪 30 年代至 50 年代为研究 示范 交叉引进阶段 研究的着眼点以代替化石能源为目标 20 世纪 70 年代至 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 3 90 年代为第二阶段 各国普遍重视了化石能源对环境的影响 对数量较大的 可 再生的守望者能源产生了兴趣 开展生物质固化成型燃料的研究 到 90 年代 欧 洲 美洲 亚洲的一些国家在生活领域中比较大量地应用生物质固化成型燃料 20 世纪 90 年代后期至今为第三阶段 首先以丹麦为首开展了规模化利用的研究 工作 丹麦煮面那个的能源投资公司 BWE 率先研制成功了第一座生物质固化成型 燃料发电厂 随后瑞典 德国 奥地利等国先后开展了利用生物质固化成型燃料 发电和作为锅炉燃料研究 丹麦已经建立了 130 座发电厂 目前 美国已经在 25 个州兴建了树皮成型燃料加工厂 每天生产燃料超过 300 吨 但生物质固化成型燃料以欧洲的一些国家如丹麦 瑞典 奥地利发展最 快 例如 瑞典人均生物质固化成型燃料消耗量达到 160 千克 年 欧洲现有近百 家生物质固化成型燃料加工厂 农场以秸秆为原料 靠近城市的加工厂以木屑为 原料 南非在 2003 年建成了 4 座以木柴加工废弃物为原料 年产量达到 20 万吨 的成型燃料加工厂 总之 国外生物质固化成型燃料技术发展有如下特点 原料以木屑等林业废 弃物为主 一般不利用农作物秸秆 生产技术大部分已经成熟 并达到规模化和 商品化 成型燃料的用途已经由烧壁炉等生活用能为主转向了生产应用 设备制 造比较规范 但能耗高 价格高 7 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 8 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 2 9 表 1 2 我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 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 1120085 150100 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 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 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200100110 130 中国农机院能源动力所SYJ 3550 10083 3 江苏盯治国营九三 O 五厂HD 型100110 130102 9 河南农业大学HPB 型10060 8039 78 47 9 图 1 3 HPB 生物质成型机简图 国内个研究单位中河南农大的研究成果也是相当客观的 河南农业大学农业 部可再生能源重点开放实验室于 1995 年开始立项研究液压驱动活塞式成型机 并 在 1995 年生产出第一台小型样机 经过几次改进 于 2002 年研制 HPB 型液压 活塞式双向成型机 见图 1 3 其主要工作部件有活塞冲杆 保型筒 锥形筒 10 夹紧套 活塞套筒 加热圈 液压装置 电控柜等 它的工作原理是油泵在电机 的带动下 将油通过换向阀泵入油缸的一腔 把电能转化成液体的压力能 驱动 活塞 活塞杆 冲杆向一端运动 冲杆将进料斗加入的生物质压入成型套内的锥 形套中 秸秆在机械压力和温度的作用下发生塑性变形 秸秆被挤压成成型棒 块 后 经保型筒稳型后挤出 在换向阀的作用下 油被泵入油缸的另一腔 则活塞 活塞杆 冲杆向另一端运动 完成另一端成型 HPB 型活塞式生物质成型机的 工作路线如图 1 4 11 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 5 图 1 4 成型机工作路线与控制系统方框图 该套设备采用了活塞冲压成型 避免了生物质原料与成型部件连续的相对运 动摩擦 解决了螺旋推进成型机螺旋杆头部磨损严重的问题 使易损件的寿命由 5h0 延长到 20h0 以上 并且该系统是在不加任何粘结剂的条件下对生物质进行热 压成型的 成型主要是由于生物质中木质素的存在 所以可以节约成本 该系统 与螺旋式成型机相比 具有上述特点外 还具有成型机构能投比低 效率高 工 作平稳 结构新颖 可有效降低单位产品能耗 延长易损件的使用寿命等优点 1 3 生物质致密成型技术分类及特点 生物质致密成型工艺有多种 根据工艺特性的差别 可划分为冷压致密成型 热压致密成型和碳化致密成型 12 1 3 1 冷压致密成型 冷压致密成型一般是辊压成型 有水平轴式环模挤压成型 垂直轴式环模挤 压成型和平面辊压成型 冷压致密成型工艺常用于含水量较高的原料 原料进入 成型室后 在压辊或压模的转动作用下 进入压模与压辊之间 然后挤入成型孔 从成型孔挤出的原料被挤压成型 再用切刀切割成一定长度的颗粒状或块状燃料 该机型主要用于木材加工厂的木屑和秸秆碎料 成型设备一般比较简单 价格较 低 但由于死角较大 引起无用能耗大 成型部件磨损较快 工作中易出现辊轮 和成型孔堵塞现象 且由于燃料湿度较大 不含黏结剂 易吸湿变形 不利于长 期保存 运输和使用 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 6 1 3 2 热压致密成型 热压致密成型有螺杆致密成型 活塞致密成型和冲压致密成型 热压致密成 型工艺过程一般分为原料粉碎 干燥 挤压 加热 保型等几个环节 螺杆致密 成型机是开发应用较早的生物质热压成型设备 主要包括驱动机 传动部件 进 料机构 压缩螺杆 成型套筒和电加热等几部分 工作过程是将粉碎后的生物质 经干燥后 从料斗中加入 螺旋推挤进入成型套筒中 并经螺杆压成带孔的棒状 成品 连续从成型套筒中挤出 制约螺杆成型机发展的主要技术问题是螺杆和成 型套筒磨损严重 使用寿命短 活塞和冲压式致密成型机改变了成型部件与原料 之间的作用方式 在大幅提高成型部件使用寿命的同时 也降低了单位产品的能 耗 原料经粉碎后 通过机械或风力形式送入压缩间 活塞或冲头前进时 把原 材料压紧成型 并送入保型筒 活塞和冲压成型机一般造价较高 且振动噪声大 由于间断挤压 成型块质量有时有高低反差 特别是要求原料含水率较小 否则 会使成型燃料膨胀 松散 甚至出现危险的 放炮 现象 1 3 3 碳化致密成型 炭化成型工艺的基本特征是 首先将生物质原料炭化或部分炭化 然后再加 入一定量的黏结剂挤压成型 由于原料纤维素结构在炭化过程中受到破坏 高分 子组分受热裂解转换成炭 并放出挥发分 使成型部件的磨损和能耗都明显降低 但炭化后的原料维持既定形状的能力较差 所以一般要加入黏结剂 13 1 4 目前主要成型机及性能介绍 目前主要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 活塞冲压式成型机 螺旋挤压式成型机 压辊式颗粒成型机 环模挤压成型 平模挤压成型 1 4 1 活塞冲压式成型机 该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制 河南农业大学率 14 先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究 所设计的往复式活塞双向挤压 成型机具有创新性 生产试验和分析结果表明 该成型机可显著提高易受损件的 使用寿命 降低单位产品能耗 工作平稳 成型可靠 成本低 投入回收期短 经济效益和环保效益明显 生产以秸秆为主的生物质原料 推广前景广阔 但该 类型设备所生产的燃料密度比较小 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 7 1 4 2 螺旋挤压式成型机 中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式棒状燃料 成型机 主要由加热装置 螺旋挤压装置和控制装置组成 但这些设备存在着一 些诸如成型筒及螺旋轴磨损严重 寿命较短 电耗大灯缺点 1999 年辽宁省能 15 源研究所成功研制开发生物质固化成型机组 该机组包括干燥 成型 碳化灯设 备 2005 年又眼摘开发了 BIO 37 型生物质固化成型机 该机产量可达到 500 千 克 时 式目前国内产量最大的固化成型设备 使用该设备可以大大减少人工成本 提高经济效益 1 4 3 压辊式颗粒成型机 北京老万生物质能科技有限公司从 2000 年开始研发农作物秸秆类生物质颗粒 燃料 其固化成型技术主要从瑞典引进 但是在生物质颗粒燃料加热成型过程中 能量消耗大 为了降低颗粒燃料成型的能耗 辽宁省能源研究所研制开发了 7 BIO C55 型颗粒然老生产设备 这是一种在常温下生产颗粒燃料的成型机 采用 环模压辊式结构 由一台 55 千瓦的主电机驱动环模和压辊执行颗粒成型的挤压 通过调整上料电机的转速而实现供料量的控制 颗粒燃料的生产效率可达到 700 800 千克 时 另外通过对不同物料成型机理的研究 总结出了不同物料不同含水 率情况下最佳的成型条件 该成果已通过了省级科技成果鉴定 1 4 4 环模挤压成型 主要有两种 一种采用内环模压辊成型 一种采用双环模对辊挤压成型 这 两种都是由饲料成型设备改进而来 前者以北京盛昌绿能科技有限公司改进美 7 国技术为代表 式目前欧美国家的主流技术 设备采用常温成型 适用原料为秸 秆 木屑等各种农林废弃物 产品为颗粒状及方块状 设备生产能力 1 4 吨 环 模工作寿命约 600 小时 根据配置其售价 30 万 60 万元 套 1 4 5 平模挤压成型 由饲料成型设备改进而成 以吉林华光研究所为代表 设备采用常温成型 7 主要适用原料为木屑等 产品颗粒状 设备生产能力 50 300 千克 时 平模工作 寿命约 400 小时 售价 5 15 万元 套 在国内有少量应用 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 8 1 5 生物质成型技术存在的问题 虽然 生物质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 另外 目前成型机的生产率一般在 90 100 之间 如何提高生产率也是亟待解 决的问题 1 5 2 成型原料的问题 生物质原料的特点是具有季节性 分散性 因此严重的影响了生物质致密成 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 生物质致密成型设备的生产率不宜过大 1 5 3 配套设备的问题 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 1 6 本设计的主要内容及技术路线 通过查阅资料及实地考察对现有有生物质成型机进行深入研究后 我们初步决 定要设计一台生产率为 110 千克 时的固体成型机 本设计决定完成生物质成型机 的液压系统 成型部分及传动装置部分 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 9 1 6 1 主要内容如下 本设计就是要根据上述情况结合目前的条件解决如下问题 1 成型机普遍运行不平稳的问题 2 成型机易损件使用寿命太短 更换不方便的问题 3 生产过程中能源损耗大 没有实现生物质成型技术根本目的的问题 4 成型机结构复杂 制造维护均不方便的问题 针对上述目标本设计拟采用的具体解决手段有 1 通过查阅资料及实地考察对现有有生物质成型机进行深入研究后 本设 计初步决定采用液压机构驱动 同时选用适当的材料来制作机架及其他部件 这 样才能真正保证成型机运行的稳定 2 根据目前掌握的资料初步决定采用切削式高速湿法粉碎技术 旋转闪蒸式 生物能气流烘干法和碾压中温成型技术 将成功解决生物质固体颗粒燃料成型难 效率低 能耗大等问题 3 所采用的机械结构和成型装置还应尽可能满足以下条件 降低单位产品能 耗 提高工作效率 安全可靠 这样新的生物质成型机才能在真正意义上实现节 约能源的目的 4 整体机械结构在能够满足以上要求的前提下尽量做到简单实用 以节约制 造及运输的成本 1 6 2 技术路线如下 查阅并仔细整理资料 1 实地考察详细记录见闻 2 对所整理资料进行分析进一步找出现现有成型机的不足 3 针对已知不足再次查阅资料以找出最合理的解决办法 4 根据找到的方法最终确定成型机的成型方式 机构类型 5 确定其他技术参数 6 液压系统设计计算 7 绘制液压系统图纸 8 成型机构的设计计算 9 绘制成型机构图纸 10 编写说明书 11 准备答辩 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 10 2 成型工艺路线及总体结构设计 2 1 成型机成型工艺路线 生物质成型工艺路线设计如下 生物质 粉碎 螺旋预压 成型腔压缩成型 成型块成型 成型模 成型块 该设计的成型机命名为 SWZ 110 固体成型机 其中 SWZ 是 生物质 开头三 个拼音字母的缩写 110 代表生产率是 110 千克 时 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 11 2 2 成型机总体结构设计 通过对资料的具体分析 并结生物质固体成型机的工作情况 现设计其总体 结构如下 图 2 1 本设计拟采用常温致密成型技术来加工生物质原料 这样可满足在原料产地 加工的需要 因为经粉碎的生物质的原料不方便加热 另外本设计采用液压驱动方 式进行压缩 又由于生物质原料有体积大 密度小的特点 所以在原料进入压缩腔 前要进行一次预压 为方便进料 精简机构预压系统采用螺旋压缩方式 根据 8 重的研究结果可知 生物质在常温下致密成型需压强为 160MPa 左右 又因为成型块 密度的增加速度与成型压力增加的速度之比越来越小 所以开始压缩时需要的压力 极小却能压缩非常大的空间 故初步确定螺旋预压系统可提供的最大压强为 2MPa 这样足以满足预压的需要 图 2 1 成型系统总体结构图 现确定要设计的固定式生物质固体成型机的工作过程如下 经粉碎的生物质原料从进料口 3 进入预压系统 预压系统中螺旋压缩器由带 轮 2 带动旋转将物料经预压腔 6 压入成型腔 当物料在成型腔积累到一定量时 成型滑块 7 由主液压缸驱动将进入的原料压入成型模 11 进行压缩成型 当成型滑 块移动到预定位置时行程控制阀 5 被触动 此时辅助液压缸启动上行将成型模向 上提起 同时带动投出装置 10 将成型模中的成型块投出 当辅助液压缸 9 行进到 上止点时 液压系统中压力不断升高 当压力达到一定时系统中的控制阀被触发 主液压缸开始收回 当主液压缸收回到左端时 行程控制阀换向辅助液压缸下行 辅助液压缸到下止点时系统压力增加到可触发压力控制阀的程度 主液压缸开始 伸出 有一点要注意 在工进构成中成型滑块通过预压腔与成型腔接口后 预压螺 旋依然在旋转成型腔中的原料密度继续增大 直到成型滑块回程通过接口 预压 腔压力减小 当成型腔被填满后预压腔压力再次增加 直到工进行程再次开始 滑块通过接口进入下以循环 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 12 为了不使机构过于庞大 初步确定预压腔与成型腔的直径均为 100mm 又由 于秸秆的压缩比取平均值为 8 且预压已经将原料的密度压至了原来的二倍 故 取从滑块接触物料开始至压缩完毕时间内滑块的行程为 500mm 压缩完成后成型 块存在于 90 mm 长的成型模内 等待当成型模被提起后投出 但为了有更多的时 间将预压后的物料充满成型腔 现让成型滑块在回程时多回一段距离 这段距离 初步确定为 100mm 3 液压系统的设计 3 1 设计要求 因为成型机的压缩腔水平布置 静摩擦系数 动摩擦系数 s 0 2 d 0 1 成型滑块有液压系统实现自动循环 要求为 工进 换向 快退 换向 由 8 中的研究结果可知秸秆成型块的压缩比在 6 73 10 92 之间 又因为拟 让螺旋预压系统将生物质原料压缩到密度增至原有的 2 倍后将其送如压缩腔 故 可确定成型滑块的部分参数如表 3 1 表 3 1 成型滑块已知参数 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 13 工况 行程 mm 速度 m s 运动工件重力 N 垂直运动方向受力 N 工进 600 0 03 200 7850 快退 600 0 12 200 表中垂直运动方向受力 主要来在预压腔中原料对滑块及其上挡板的作用力 本书第二章中已经初步确定了预压缸的压强为 P 2MPa 预压缸半径为 R 0 05m 且 预压缸与成型腔之间成 45 度角 故可知作用在成成型滑块及其上挡板上的正压力 即垂直于滑块运动方向的受力计算公式为 3 1 2 1 2 FPR 根据式 3 1 计算得 F 7580N 3 2 液压系统的动力和运动分析 3 2 1 配置执行器并作出动作周期顺序图 根据成型机的技术要求工进时进给力大而速度慢 而返回时 快退时 速度 快而最用力小 因此选择缸体固定的双作用单出杆液压缸作为液压执行器驱动成型 滑块进行运动 计算各工况的运动时间表 3 2 并据此做出液压动作周期图 3 1 表 3 2 动作时间表 工况 计算式 动作时间 s 工进 20 111 tL V 快退 5 222 tLV 图 3 1 成型机成型滑块主液压缸动作周期图 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 14 3 2 2 计算外负载 显然 液压缸的工作负载来自成型块的压力 根据总体设计中提出的常温致 密成型压力 160MPa 成型腔截面积 可确定成型腔的 max p22 1 0 00785 4 Sdm 最大工作负载为 maxmax 1256000FpSN 根据 16 中表 5 3 至表 5 5 公式计算摩擦负载 惯性负载及各工况下的外负 载 计算结果一并列入表 3 3 表 3 3 成型机液压缸外负载计算结果 工况计算公式结果 启动 1fs F 40 初压 12max 5 fdfd FFF 63578 工进 终压 12maxfdfd FFF 1256778 反向启动 2fs F 1556 快退 2fd F 778 3 2 3 绘制液压缸的负载循环图和运动循环图 根据表 3 1 3 3 即可绘制出图 3 2 所示的液压缸的 L t 图 V t 图和 F t 图 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 15 3 3 确定液压缸参数编制工况图 根据 16 中表 5 6 预选主液压缸的设计压力为 25MPa 将液压缸的无杆腔 1 p 作为工作腔 取液压缸的机械效率 0 90 无杆腔有效面积的公式为 cm 3 2 1 1cm F A p 终 由式 3 2 可算得 2 1 0 558mA 液压缸内径公式为 3 3 1 2 A D 由式 3 3 可算得 26 7Dcm 按 17 中表 43 6 26 取标准值 D 280mm 快退速度与工进速度比为 3 4 2 1 280 280 vD vDdd 根据 3 4 可确定活塞杆外径 210dmm 由 17 中表 43 6 27 取标准值 d 220mm 由以上计算结果 根据公式 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 16 3 5 2 1 4 AD 和公式 3 6 22 2 4 ADd 可计算出 无杆腔面积 2 1 0 062Am 有杆腔有效面积 2 2 0 024Am 现在可确定液压缸在工作循环中各阶段的压力和流量见表 3 4 表 3 4 液压缸工作循环中各阶段的压力和流量 根据以上分析与计算数据可绘制出液压缸的工况图 如图 3 3 工况计算公式 负载 F N 工作 腔压力 P MPa 输入 流量 L min 功率 P w 启动 1cm F p A 1 1 qAV 11 1 Pp q 40 0 000716111 6 1 33 初 压 1cm F p A 1 1 qAV 222 Pp q 635781 14111 6 2120 工 进终 压 1cm F p A 1 1 qAV 333 Pp q 125677822 5111 6 41850 反向 启动 2cm F p A 22 qAV 444 Pp q 15560 07172 8202 快退 2cm F p A 22 qAV 555 Pp q 7780 04172 8115 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 17 图 3 3 主液压缸的工况图 3 4 拟定液压系统图 由于成型机工作中需辅助液压缸将成型模提起 故需设计辅助液压缸 但因 为辅助液压缸是工作在主液压缸停止的时候 并且由于辅助液压缸的工作压力非 常小 不影响主液压缸的设计计算结果 故可将其并入到本液压系统中 所以不 影响主液压缸的工作 只是在主液压缸行至最大行程处需停顿一定时间 该时间 初步确定为 3s 考虑到成型机工作需要功率较大 故采用溶剂调速方式 为满足速度变化有 级化 采用压力补偿变量液压泵供油 即在工进时流量较小在块退时用全流量 本机采用行程控制 利用行程开关切换二位四通手动换向阀实现自动循环 综上 拟定成型机液压系统原理图 见附图 3 5 液压元件的选择 由液压缸的工况图 3 3 可看出液压缸的最大压力出现在压缩结束阶段 此时输入的流量极小 且进油路元件较少故泵与液压缸间的压力 1 22 5pMPa 损失估取 根据 16 中式 5 3 算得液压泵的最大工作压力 0 5PMPa 1 23 p pppMPa 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 18 液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量 172 8L min 进行估算 根 p q 据 16 中式 5 4 取泄露系数 K 1 1 则 1 1 172 8190 min p qL 根据上式由 17 中表 43 5 36 选取规格相近的 250YCY14 1B 压力补偿变量型 斜盘式轴向柱塞泵 其额定压力 31 5MPa 排量 250ml r 额定转速 1000r min 容积效率92 驱动效率 148Kw 重量 255Kg 由功框图 3 3 可以看出最大功率出现在终压阶段 由此时液压缸的工作功率 为 41850w 取泵的总效率则液压泵的实际功率 即所需发动机的功 3 P0 85 R 率为 3 P 49 R PKw 按所选的液压泵规格及系统工作情况容易选择系统的其他液压原件 一并列 入表 3 5 3 5 成型机液压元件型号规格表 序 号 元件名称 额定压力 MPa 额定流 量 L min 型号 规格说明 1 变量泵 31 5250250YCY14 1B 2 过滤器 0 02 压力 损失 160XV B160100 通径 为 40 3 溢流阀 31 5330DBD10 通径 为 20 4 压力表 40400YN 100 通径 为 20 5 单向阀 31 5175S25A 通径 为 25 6 二位四通 手动换向阀 31 53004WMM16 通径 为 16 7 液压缸自行设计 3 6 主液压缸的结构设计 3 6 1 液压缸筒壁的计算 根据 17 中表 43 6 90 可知工作压力为 31 5MPa 时缸筒的内径与壁厚之比为 200 245 200 4 44 且 3 2 4 44 16 所以壁厚按中等壁厚计算 计算公 式参照 17 中式 43 6 23 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 19 3 7 2 3 y y p D C p 其中 强度系数 对于无缝钢管 材料为 45 钢 1 C 计入壁厚公差及服饰的附加厚度 通常圆整到标准厚度值 为 45 钢取 110MPa 为实际压力试验压力 p 16MPa 时取 1 25p y p y p 按式 3 7 可计算出 0 04m 缸体外径为 D 2 0 36m 1 D 3 6 2 缸底厚度的计算 本设计你采用平型缸底 缸底无油孔根据 17 中公式 3 8 0 443 y p hD 计算后得 h 0 063 m 3 6 3 缸头厚度计算 由于缸头有活塞导向孔 因此其厚度的计算方法和缸底有所不同 故采用螺 栓连接法兰 厚度计算按 17 中公式进行 公式为 3 9 0 3 cp cp F Dd h d 其中 h 法兰厚度 m F 法兰受力总和 N 222 44 H Fd pddq d 密封圈内径 m 为 0 278 密封圈外径 m 为 0 298 H d p 系统工作压力 Pa q 附加密封力 Pa 若采用金属材料密封 q 取其屈服点 螺钉孔分布直径 m o D 密封圈的平均直径 m cp d 法兰材料的需用应力 Pa 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 20 其中各变量如图 3 5 图 3 5 缸头简图 按中的表 7 3 45 可知密封圈参数为 18 280mm 7 0mm 1 d 2 d 所以式中 mm 12 2294 H ddd 由中的表 30 2 35 知 D 440mm 19 3 10 0 2 H Dd DD 按式 3 10 可计算出 367mm 0 D 经计算 缸头厚度 h 0 057m 用 M20 的螺钉 但孔为 23 个数 n 12 个 3 6 4 活塞及活塞杆的设计 活塞宽度满足在最大压力工作时不损毁即可 故取活塞宽 B 50mm 活塞最 大直径与液压缸内径同取 280mm 小径与密封圈配合 密封圈为两个 O 型密 1 D 1 D 封圈 265 7 0 GGB T3452 1 92 所以 265 2 D 活塞杆由于直径较大 故选择空心结构 其壁厚以不被最大压力破坏为宜 活塞杆与活塞采用螺纹连接 活塞杆穿过活塞的部位用两个 O 型密封圈密封 其 型号为 280 5 3 GGB T3452 1 92 3 7 主液压缸的连接计算 液压缸缸盖采用对焊时焊缝的拉应力为 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 21 3 11 22 12 4 F DD 其中 F 1256778N 0 36 m 0 28m 1 D 2 D 为焊接效率 通常取 0 7 代入式 3 11 求得 61481992 Pa 螺纹处的切应力为 3 12 10 3 1 0 2 K KFd d z 其中 K 为螺纹拧紧系数静载荷 K 1 5 为螺纹摩擦系数一般取 0 12 1 K 1 K 为螺纹外径 为螺纹内径 一般普通螺纹 0 85 0 d 1 d 1 d 0 d Z 为螺栓数 本设计取 8 个 M20 螺栓连接 按式 3 12 计算出 15349960Pa 螺纹连接的合力 3 13 22 3 n 将前面的计算结果代入式 3 13 得 70 MPa n 所以所选螺栓连接合理 3 8 辅助液压缸的设计 根据辅助液压缸的设计要求 受力为 F 1000N 压力为 0 1MPa 速度下行 1 p 行程 0 075m s 上行行程 0 15 并参照主液压缸的设计原理进行辅助液压缸的 1 v 2 v 设计 具体如下 根据式 3 2 可计算出辅助液压缸无杆腔面积 0 011 1 1cm F A p 2 m 根据式 3 3 可计算出辅助液压缸无杆腔直径 0 037m 1 2 A D 按 GB T2348 1993 取 D 40mm 根据式 3 4 求得 20mm 其为标准值 故 d 20mm 2 1 vD vDd d 由 17 中表 43 6 90 查得辅助液压缸外径为 60mm 按式 3 8 可计算出缸盖厚 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 黑龙江八一农垦大学毕业设 计 22 15mm0 443 y p hD 按式 3 9 可计算出缸头厚 46mm 0 3 cp cp F Dd h d 密封圈 40mm 1 8mm 1 d 2 d 3 9 邮箱及输