2T-50多模面水平环模成型机设计

1、2T-50多模面水平环模成型机设计摘 要能源和环境问题已成为全球关注的焦点。随着能源消耗的迅速增长，传统化石燃的逐渐枯竭和严重的环境污染等问题。生物质能作为一种可再生能源，它具有可再生，无公害，污染小等优点，是传统化石能源的最佳替代品。对于我国现状，1.农作物秸秆资源非常丰富，但大部分没有得到合理有效的利用。2。经济的迅速发展导致矿物质急速枯竭与环境污染严重。生物质能源转换技术在使秸秆资源得到充分利用的同时，也增加了农民的收入，也为促进农业的可持续发展做出贡献。本成型机包括四面料壁，机架，电机，减速器，立轴，压轮，环型模具。与以往的成型机不同的是电机和减速器在环模上端环型模具与地面30-40厘

2、米。本论文是通过市场上的环模成型机出现的各种问题进行理论分析和通过前辈们的试验工艺参数优化的理论为基础，并在此基础上做出改进设计。能耗低，产量高，寿命长，成型燃料密度高，运输方便，不用附带进料设备，室外、山田、都能工作的生物质燃料成型机。关键词： 生物质；水平成型机；环模 2T-50 multi-mode surface level ring molding machine design AbstractEnergy and environmental issues have become the focus of global attention. With the rapid growth

3、 of energy consumption, the gradual depletion of conventional fossil fuel and serious environmental pollution problems. Biomass as a renewable energy source, it has the advantages of renewable, pollution-free, pollution is the best alternatives for traditional fossil energy. The situation of our cou

4、ntry, a crop straw resources are very rich, but most did not get a reasonable and efficient use.Two. Rapid economic development has led to rapid depletion of minerals and serious environmental pollution. Biomass energy conversion technology in the straw resources are fully utilized, but also increas

5、e farmers income, and also to contribute to the promotion of sustainable agricultural development.This molding machine including four fabric wall, rack, motor, reducer, vertical, roller, ring mold. Different to the previous molding machine is the motor and gear ring mold in the upper end of the ring

6、 die and 30-40 cm above the ground.This paper is the ring molding machine on the market a variety of issues of theoretical analysis and by predecessors test optimization of process parameters based on the theory, design and make improvements on this basis. Low energy consumption, high output, long l

7、ife, high density of the briquette, transportation not included with the feed equipment, outdoor, Yamada, can work on biomass fuels molding machine.Key words：biomass; horizontal molding machine; ring mold 20目 录摘要Abstract1 绪论 7 1.1 2T-50多模面水平环模成型机研究意义及背景7 1.2 生物质致密成型技术的重要性7 1.3 国内外成型机的现状8 1.3.1 国外的发展

8、现状8 1.3.2 国内的发展现状8 1.4 存在的缺点与不足9 1.5 设计的主要内容及意义92 2T50多模面水平环模成型机的总体方案设计 10 2.1 2T-50多模面水平环模成型机的主要结构及特点 10 2.1.1 2T-50多模面水平环模成型机的总体结构与工作原理11 2.1.2 2T-50多模面水平环模成型机的进料仓的设计11 2.1.3 2T-50多模面水平环模成型机的压缩室的设计11 2.2 2T-50多模面水平环模成型机的主要技术参数 123 2T50多模面水平环模成型机的主传动设计 133.1 环模的材料与直径的确定 133.2 环模压缩室的尺寸确定 143.3 电机与减速

9、器的选择 144 2T50多模面水平环模成型机 164.1 2T-50多模面水平环模成型机的结构尺寸 164.2 2T-50多模面水平环模成型机的结构及注意事项 164.3 2T-50多模面水平环模成型机的维护 175结论 18参考文献致谢2T-50多模面水平环模成型机设计1 绪论1. 1 2T-50多模面水平环模成型机研究意义随着经济的发展能源和环境问题已成为全球关注的焦点之一。人类社会经济的发展以能源为重要动力，经济发展越快，能源消耗越多。石油、天然气和煤炭仍然是主要能源，但是随着能源消耗的急剧增长，传统的化石燃料大量的枯竭和环境的恶劣。表1-1是化石能源的可使用年限及全球的消耗比例。种类

10、消耗比列可使用年限石油32.0%40年天然气17.0%60年煤25.0%220年核能4.0%260年合计78.0%表1-1由于过度消费化石燃料，导致排放了大量的有害气体，如果不及时遏制，将造成灾难性后果，例如全球气候变暖、海平面上升、酸雨等。在不开发出可再生、清洁能源，而继续大量使用传统的化石能源，则能源危机和环境危机必定将越来越严重。生物质能的诞生已变成自然界的第四大能源。是人类社会未来能源的基石，在不久的将来能很好的代替传统化石能源。生物质的资源分布广，开发潜力大，可循环利用，环境影响小，发展生物质能源是全球缓解能源危机、减少温室气体排放、解决生态环境问题和实现可持续发展的战略选择。1.2

11、 生物质致密成型技术的重要性我国是一个人口大国，也是消费大国，由于工业的迅速发展我国的能源需求不断的增长，普通的化石能源消耗量加剧造成了环境污染问题。所以我国不仅在经济增长方面面临压力，而且在环境方面也面临着严峻的考验。因此，大力开发利用生物质能等可再生能源，对环境保护、促进国家经济发展和建立可持续发展的能源系统具有重大意义。生物质能由于能量密度较低和具有分散性，高效利用和规模利用都比较困难，这是导致目前生物质能不能转化为商品能圆的主要原因。在生物质原料处理技术中，压缩致密成型技术是最重要的技术之一。生物质致密成型技术是将各类松散的生物质秸秆用机械加压的方法，使原来密度小、没有固定形状、质地松

12、散的原料压缩成密度较大的、具有一定形状的成型燃料，生物质秸秆致密成型技术目前是国内外利用生物质能比较普遍的技术之一。生物质秸秆的压缩致密成型，相对原料成型密度大幅提高，将生物质本身原有的密度从40200/m增大到600800/m，甚至更高，从而可以满足不同地区和国家所需密度值，有利于推广和使用。方便储存和运输，成型燃烧特性与煤炭接近，可完全替代日常生活中的液化气、煤等常规能源，在工业上可替代煤用于工业锅炉、生物质发电厂等。综上所述，无论是从环境保护，还是从解决能源短缺问题出发，大力发展生物质致密成型技术研究，具有极大的现实意义。1.3 国内外成型机的现状1.3.1 国外发展现状国外发达国家对生

13、物质成型燃料技术十分重视，并投入了大量的资金与技术力量研究和开发生物质致密成型设备。例如，德国RUF公司的RB110型成型机可以对一些木屑、秸秆、刨花等材料进行压缩；KAHI系列颗粒成型机可以生产直径为3-40的生物质颗粒燃料；意大利的阿基普公司开发出一种类似玉米联合收割机的大型秸秆收割、致密成型的大型机械，能够在田间将秸秆收割、切碎、榨汁、烘干、成型，生产出瓦棱状固体成型燃料。瑞典是应用生物质成型燃料最好的国家之一，年生产生物质固体成型燃料总量超过200万吨，人均生物质固化成型燃料消耗量达到160千克/年，瑞典目前冬季居民住宅取暖用能的四分之一来自生物质颗粒燃料，截止到2006年使用生物质能

14、源的总量已达到总能耗的25%；日本，尽管其生物质资源匮乏，但在生物质利用技术研究方面所取得的专利已占世界的52%，其中生物能源领域的专利占了81%。据世界自然基金会发表的最新报告，2020年工业发达国家15%的电力将来自生物能发电，而目前生物能发电只占整个电力生产的1%。届时，工业发达国家将有1亿个家庭使用的电力来自生物能，可同时为社会创造大约40万个就业岗位。总体而言，国外生物质成型设备有如下几个特点：（1） 原料以木屑等林业废弃物为主，一般不利用农作物秸秆;（2） 生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；（3） 成型燃料的用途已经由采暖等生活用能为主转向发电等生产用能；（4） 设备制

15、造比较规范。1.3.2 国内发展现状我国是农业大国，也是秸秆资源最丰富的国家之一，主要的秸秆有近20种，而且可利用生物质资源量理论上为50亿吨左右，目前，我国的总能耗仅是它的四分之一左右。主要来源于林业废弃物，如树枝、锯末、刨花费木材等：农业废弃物，如玉米秸秆、棉花秸秆、稻壳等：工业废弃物，如酿酒厂、食品厂、造纸厂等的废料：城市生活垃圾：有机废水，城市污水、工业有机废水等。我国可利用的五种主要生物质资源比例图如1-1所示： 图1-1由图可知，我国可利用的农作物秸秆在生物质资源中占据很重要的地位，其开发潜力非常大。虽然我国在这方面的研究起步较晚，但是国家对生物质利用的重视，尤其大幅度增加科研经费

16、的投入，生物质固化成型设备和技术取得显著的进步。1.4 存在的缺点与不足目前国内外对于成型机的研究比较多，市场上常见的产品主要有平模成型机和环模成型机，然而，无论是什么样的成型机，其产量都难以达到设计产量，其能耗特别大，其磨损严重，机器附带很多设备，特别是用于加工秸秆生物质燃料的成型机更是少见，相关的设计理论也少，许多重要的问题也没有做过深入的分析，这些都使得秸秆生物质燃料成型机所生产出来的成型密度、产品产量与理论值相差很大。1.5 设计的主要内容及意义生物质成型机技术发展到今天，已有各种各样的成型机问世，但仍有很多问题急需解决，针对国内外成型机设计研究中存在的缺点与不足，对以下方面进行改进：

17、（1） 鉴于现有成型机的进料斗比较高，所以必须带有进料传送装置。但是本成型机不需进料装置，人工方可放料。（2） 鉴于成型机是在室外或山田中工作而且原料的放置不规律性，所以本成型机可以四面进料（3） 鉴于成型产品的需求不一样，本成型机可以调换模块（圆形，菱形等）。（4） 由于环模高度较高，所产生成型块掉到地方变碎的现象，本成型机环模高度离地面300，不需考虑成型块的碎末现象。（5） 鉴于农村的原料分散，导致成型机的移动性强，所以本成型机把电机和减速器放在环模上端好移动。2 2T50多模面水平环模成型机的总体方案设计2.1 2T-50多模面水平环模成型机的结构组成2.1.1 2T-50多模面水平环

18、模成型机的总体结构与工作原理 2T-50多模面水平环模成型机的总体结构图如2-1所示。2341561.机架 2.减速器 3.电动机74.进料仓 5.环模 6.主轴87.压轮 8.物料打散机构图2-2 图2-2为放入环模内的打散压轮机构环模式成型机工作的挤压方式属于开放式压缩，利用环模、压轮和物料三者间的摩擦挤压作用下使短散状物料成型。其工作原理是电机3通过减速器2使主轴6降速。散装物料经进料仓4放进去，主轴6带动环模内的散压轮机构经环模物料打散机构8均匀地送入压缩范围。压轮7转动，由于压轮与物料之间的挤压摩擦，将物料压入环模成型孔，物料在压轮压力与孔壁摩擦作用下逐层成型。由于模块的数量和电机的

19、功率不同，环模式成型机的产量一般为2000/h，主轴转速为116r/min。环模式秸秆成型机有以下特点：（1） 无外部热源。环模式成型机不需加热。环模、压轮、物料三者之间的相互运动、摩擦产生的热量能使物料粘结在一起，完成致密成型这个过程，而且产品的效果比较好。（2） 环模式成型机对秸秆的含水率要求低，一般525%之间都能成型。（3） 成型块品质好，强度高，热值高，成型块表面光滑，密度为1/m。（4） 设备运转稳定，能耗低，产量大。2.1.2 2T-50多模面水平环模成型机的进料仓的设计环模式成型机工作的条件一般为室外、且穿梭于山田之中且才有更好的市场。本环模成型机转对这些要求改进了现市场上环模

20、成型机。（1） 现市场上展示的成型机进料斗高度太高，必须借助于输送装置。如借用输送装置会产出一系列不变。 A.输送装置固定之后进料的地方不变，所以把所有的散状物料只能堆积在一处，随着工作的进行物料离输送装置越远导致进料困难 B.农村物料的分布比较散，机械的移动性强，如环模成型机加上输送装置导致运输不便和安装比较复杂。 （2）现市场上的环模成型机环模高度较高，物料成型之后掉到地下之后会打散。综上所列出的问题本成型机改装有环模高度离地面30厘米左右，进料仓是四面通透，电机与减速器放置在环模上端。2.1.3 2T-50多模面水平环模成型机的压缩室设计压缩室结构如图2-3所示。秸秆原料的压缩是靠环模5

21、与压轮7间的相对运动实现的。环模5通过螺栓固定在机架上，环模内物料打散压轮机构是由后挡板8和主轴6固定连结。物料内物料打散压轮机构是由电机3带动旋转，压轮在公转的同时由于物料的摩擦而自转。压缩室采用双压轮机构，两个压轮以主轴为中心线成对称布置，物料打散机构也是一主轴为中心线对称布置。使压轮受力均匀，物料能均匀及时的进入环模沟槽，不仅是产量增加，且还可保证主轴和环模内物料打散压轮机构平衡度。压轮每完成一次公转将在环模沟槽内布满的物料压入模孔内，从而形成物料块的压层。随着物料的不断喂入，在压轮的作用下，物料被不断的挤入模孔中，通过模孔后便形成了成型物料。图2-32.2 2T-50多模面水平环模成型

22、机的主要技术参数现有的环模式秸秆成型机由于产量大、产品质量好、耗能低等优点，在实际生产中广泛的应用于生物质成型中，也受到大家的好评。低品位、密度小的秸秆经过环模式成型机压缩后变成高品位、密度大的成型燃料，成型燃料的热值比原来大大的提高，且储存和运输方便。成型块产品的质量很依赖于环模式秸秆成型机性能的好坏，要求设计环模成型机时主要注意的几项技术。（1） 主电机功率环模式成型机的产量与主电机功率有着直接关系。在设计成型机时，根据成型机的产能来选取主电机。若电机功率太小，虽然耗能低，但成型物料产量小,成型后物料的品质低；若电机功率大，产量增大，成型物料的品质也高，但是耗能大。因此，在设计时需要合理选

23、用电机，使产量与功率之比达到最大。（2） 环模长径比在选用优质环模的前提下，可根据生物质原料配方和产品要求选用合适的模孔形式及环模长径比。长径比大成型后物料结实，外观光滑且有光泽，但耗能大、生产成本高。反之，长径比小则增加成型物料产量，减轻压轮与环模的磨损，降低耗能，但成型后物料松散，有裂纹，品质低。因此要一句产品的品质要求调整长径比 （3）环模开孔率开孔率的大小影响环模强度和成型机的产量。开孔率小，产量低，环模强度高： 开孔率大，环模强度小，压块机产量高。（4）环模与压轮之间的工作间隙环模与压轮之间的工作间隙非常重要，太大或太小都可影响成型机的生产率。因此，正确选择环模与压轮之间的工作间隙很

24、重要。若间隙太大，物料则在压轮与环模之间打滑，物料很难挤入模孔之内，导致机器的工作效率低，且成型困难：若间隙太小，压轮与环模之间的摩擦力增大，环模容易损坏，维修成本太高。 3 2T50多模面水平环模成型机的主传动设计3.1 环模材料与直径的确定 1）环模材料选择环模材料的选择直接与生产效率有关。材料硬度的不够导致环模磨损严重，维修次数多，产量下降。因此我们借鉴山东大学硕士论文（申树云）老师环模材料属性的书。材料选用（40GrMo）硬度HB217，该材料调质后具有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。足以满足用于环模的摩擦大、易变性、冲击次数多等特点。 2）环模内直径的确定环模直径的

25、确定时要考虑相邻两个孔在内测的模孔壁厚度。若模孔厚壁宽则压轮与环模壁磨损大、耗能多：若模孔厚壁窄则压轮与环模壁磨损虽然小，但是冲击韧性差、易变性。因此我们把环模展开计算直径。在刘微（安徽农业大学工学院）老师的环模压块机压缩室结构设计论文中写道模孔的开孔率计算公式 d模孔直径（）： a相邻两个孔在内侧的孔壁厚度() l相邻两个孔的中心距（）。开孔率范围在0.250.35之间。因此我们选择0.3。在生物质常温开模致密成型机研究中阎文刚老师的论文中可找到成型模具参数的表格，根据具体的要求我们可选锥度为40、入口直径为60毫米、出口直径为50毫米的参数如图31图31根据数据代入1公式里可得厚度为26毫

26、米根据2000/h的机器比较45个孔为最合适，所以我们可算出环模内径的直径为1304。 3）环模外直径的确定环模的外径与环模的长径比有关。根据黎奥华老师的论文生物质固化成型有限元研究及平模成型机压辊特性分析力提到长径比在5.5时，作用在模具上的压应力最小，成型燃料密度增大，压缩成型效果好。所以模孔外径是1854。3.2 环模压缩室尺寸确定1）模内的物料打散压轮机构环模内的物料打散压轮机构我们设计为两个压轮，特点：1.工作效率高。2.由于压轮以主轴为中心对称的，所以旋转平稳。物料打散机构我们设计为棱形结构，特点是没有与压轮连接的部分对角线长，优点是更均匀的打散物料、又以主轴为中心对称，所以旋转更

27、平稳。2) 环模与压轮的工作间隙环模内的环模内壁与压轮间隙影响工作效率为考虑我们选择的间隙为2。3.3 电机与减速器的选择1）电机我们以河南国泰机械有限公司的9JYKP型平环式秸秆压块机为模板，但这个机器理论上可产出12002200/h，但根据秸秆的水分不同，往往达不到1800/h。针对这个问题我们可选电机为Y250M系列电机功率为55KW。2） 减速器根据2000/h的产量，秸秆的水分，秸秆的种类等考虑主轴转速我们可选定为116r/min。根据这个要求我们选则上海新冉减速机有限公司所产的K系列螺旋锥齿减速器。功率：0.12KW200KW，转 矩：10Nm58500Nm，输出转速：0.0826

28、3r/min。图为32所示图32图33有图32与33可知不需带传动，可直接利用联轴器与主轴连接。且安装尺寸也在工作台的范围之内。若安装在总装配图上则安装方面，运输方便等特点。3) 主轴的设计主轴是上下端固定，所以不需受拉应力，只受扭转。根据材料的主轴的剪切应力选取主轴的直径。依据兰州电机厂的数据45号钢的应力为70Mpa。 可得主轴的直径为100。4 2T50多模面水平环模成型机4.1 2T-50多模面水平环模成型机的结构尺寸1） 成型机总尺寸2T50多模面水平成型机（除减速器高度）高度为1460，宽度为2400，长度为2400毫米。2） 进料仓尺寸设计由于散装无聊是用铁锹进料的，所以我们充分

29、考虑铁锹的长度宽度。考虑了人机工程学原理进料仓口的地段离地面810，宽度为300，高度为400。3） 环模上端的倾斜壁散装物料进入环模之后由于环模内的物料打散压轮机构的旋转导致散装物料向上飞起，为防止散装物料无限制的飞起我们在环模上端设计成倾斜壁。倾角为30。4.2 2T-50多模面水平环模成型机的注意事项 （一）定期的检查电器元件是否接触良好、灵敏可靠，注意防潮、防尘，保持柜内的清洁。（二）本设备应根据用户的使用情况定期保养，检查各部位的磨损情况，磨损严重的零部件应进行修复或更换新零件，各部位轴承应清洗检查，并定期进行保养。（三）为防止轴承因为缺油而磨损，要定期注油。主轴每半个月用黄油枪注油

30、一次，压辊轴承每隔3天注油一次。各转动部位一定要保持足够的润滑油，保证润滑。（四）压轮和环模是成型机的主要部件，因此要经常检查压轮与环模之间的间隙是否合适，位置是否恰当，紧固螺栓是否紧固，润滑油是否加足，以保证正常使用。为延长环模的使用寿命，应注意环模的正确使用，尤其要保持环模内的清洁度，检查或拆卸时绝不能用重锤锤击，以免破坏环模表面光洁度。安装时注意模块与夹板的接触面保持清洁，接触面良好。要经常检查平模的紧固情况，不得有松动现象。如果有硬物、钢铁、石块等进入环模孔内，必须及时清除，以免损坏压轮与环模。（五）停机不用时，一定将平模内的物料清除干净，涂油防腐。（六）每天工作结束后，应检查各连接固

31、定部位有无松动现象，各个注油部位有无漏油。4.3 2T-50多模面水平环模成型机的维护序号故障现象故障原因排除方法1电机启动后，环模不出料停机时，物料没加水或停时间过长，造成死模将环模内的物料清理干净2开车后草料不成形水分不合适或压模内温度没有达到把草料水分含量调整到规定要求延长电加热时间3生产中突然发生有节奏的振动或发出有规律的声音硬质异物落入环模孔内或机件松动立即停机检查并排除孔内异物，紧固好松动的机件4生产率下降环模与压轮间隙过大把压轮与环模的间隙调整到最小范围5电机声音沉闷或尖叫物料过干或模腔内物料过多1、调整物料水分2、将环模内物料清理干净6压轮打滑压轮外圆花槽已磨平修复压轮或更换8

32、电动机不能启动物料卡死，电机超负荷或有漏电现象1、电机有过载保护装置，清理物料后再启动2、电机有漏电保护安全装置，检查是否有漏电现象5 结论产量高、耗能低、对物料的适应性强等优点是环模式成型机成为未来加工生物质颗粒燃料的主导机型，但现实的机械其核心部件环模使用周期短、结构特殊和性能要求高却成了推行环模式成型机的瓶颈。为了解决这一难题，本论文通过国内外有关成型机的技术结论为依据开发研究和优化设计的。希望尽快把成型机为产业化和商业化。同时对于解决能源匮乏和环境问题有着极为重要的作用本文总结如下：1） 减速器与电机放到环模的上端。2） 工作时不需要带辅助装置，如进料装置。3） 进料仓按照人机工程学原

33、理设计，四面通透。4） 环模的高度离地面高300，减少成型后的物料断裂。5） 针对环模的材料、尺寸的确定，根据国内外的论文为依据选出成本和效率最佳的数据。 参考文献1王述洋，黎粤华，生物质燃料平模固化成型机压辊特性分析，机电产品开发与创新，2009年11月2生物质燃料成型机环模设计，林业机械与木工设备，2009年1月3黎粤华，生物质固化成型有限元研究及平模成型机压辊特性分析，学位论文4景果仙，生物质燃料平模成型机设计理论及仿真研究，东北林业大学学位论文5孔雪辉，生物质固化成型环模磨损实验研究及数值模拟，东北林业大学学位论文6杨毅，环模的制造工艺研究。南大学专业硕士学位论文，2009年6月7模棍式生物质颗粒燃