秸稈平模致密機(jī)的設(shè)計(jì)與秸稈致密工藝

劉征明，梅林森，黃榕琳，吝祥根

(四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610066)

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秸稈平模致密機(jī)的設(shè)計(jì)與秸稈致密工藝

劉征明，梅林森，黃榕琳，吝祥根

(四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610066)

摘要：農(nóng)作物秸稈作為可再生能源，目前在四川利用率極低。對(duì)此，研制了價(jià)廉高校的秸稈平模致密機(jī)，并進(jìn)行致密試驗(yàn)得出秸稈含水率在18%～25%時(shí)較有利于致密成型，不同種類(lèi)的秸稈稍有差異。

關(guān)鍵詞：秸稈；平模致密機(jī)；工藝

農(nóng)作物秸稈是可再生能源，但因其單位容積質(zhì)量小，堆放較占場(chǎng)地,儲(chǔ)藏不易，直接燃燒迎風(fēng)面大，燃燒不充分，會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染[1]。秸稈致密后可提高單位容積質(zhì)量4～5倍(減少容積15～20倍)，改善燃燒性能，提高熱力強(qiáng)度[2]，可代替煤炭等化石能源作為生產(chǎn)、生活中的燃料；同時(shí)可避免焚燒秸稈造成大氣污染。秸稈致密的主要方式有柱塞沖壓、螺旋擠壓、環(huán)模擠壓和平模擠壓4種。平模擠壓靠秸稈自重進(jìn)料，無(wú)堵塞堆積，喂料輥的碾壓揉搓使秸稈柔軟細(xì)化有利于致密成型，該種方式還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單位功率產(chǎn)量高，模具壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定可靠，噪音小等優(yōu)點(diǎn)[3]。

1整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

秸稈平模致密機(jī)由臥式電機(jī)、變速動(dòng)力箱、主軸箱、致密室、平模、喂料輥組、電控制箱構(gòu)成，如圖1所示。電機(jī)選用同步轉(zhuǎn)速為760rpm的三相鼠龍式異步電機(jī)，功率大小根據(jù)產(chǎn)量確定，每1KW功率可生產(chǎn)60kg/h，電機(jī)采用變頻器進(jìn)行軟啟動(dòng)和調(diào)速，以便生產(chǎn)中根據(jù)不同的秸稈原料調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速，提高致密效率。動(dòng)力變速箱速比6～7∶1。

2喂料輥的設(shè)計(jì)

喂料輥?lái)毘蓪?duì)對(duì)稱(chēng)布置，喂料輥的外徑由致密模孔的大小及秸稈摩擦特性決定，必須保證喂料輥能將秸稈帶入模孔內(nèi)，即要求模孔進(jìn)入喂料輥?zhàn)畹忘c(diǎn)a(見(jiàn)圖2)時(shí)，該孔最遠(yuǎn)點(diǎn)b上方的秸稈必須在摩擦力的作用下進(jìn)入模孔，而不是推到孔外。喂料輥上與b 點(diǎn)垂直對(duì)應(yīng)c點(diǎn)處秸稈受到的力如圖3所示，來(lái)自喂料輥的壓力P和摩擦力F及秸稈自重,水平方向的分力分別是Px和Fx,成功將秸稈喂入模孔擠壓致密的前提是Fx大于Px，F(xiàn)=μP, Px=Psinβ, Fx=Fcosβ=μPcosβ，即tanβ<,秸稈對(duì)鋼的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ為0.3～0.7，取值0.3，查三角函數(shù)表，β<16.7°,R=,R>3.5125d。喂料輥的厚度B，模孔為單排時(shí)B=1.1d,模孔為n(n≥2)排時(shí)B=1.1d+(n-1)×(d+s),s為相鄰兩排模孔口之間的距離。

圖1　秸稈平模致密機(jī)

圖2　喂料輥工作示意圖

圖3　物料受力示意圖

3平模設(shè)計(jì)

平模是秸稈致密的關(guān)鍵部件之一，它關(guān)系到秸稈致密的效果和效率。為保證喂料輥對(duì)秸稈的碾壓揉搓效果，其外徑為喂料輥直徑的2倍，在保證有足夠剛度的前提下厚度為模孔直徑的2～2.5倍。模孔大小根據(jù)產(chǎn)品需要而定,但孔徑不能太大或太小，模孔過(guò)大則秸稈在孔內(nèi)不能堆積，模孔過(guò)小則秸稈不易壓入孔內(nèi)，致密效率降低，一般秸稈致密模孔直徑為15～40mm，模孔口倒角為45°，其大小為相臨孔間隙的一半。模孔應(yīng)布置在喂料輥碾壓區(qū)域環(huán)形帶內(nèi)靠外側(cè)，模孔間隙在保證強(qiáng)度的條件下越小越好，以減少喂料阻力，提高致密效率。

4秸稈致密工藝

秸稈平模致密機(jī)對(duì)原料含水率和切碎長(zhǎng)度有較嚴(yán)格的要求。秸稈含水率影響致密的成敗，秸稈含水率高時(shí)，模孔壁與秸稈之間模擦力小，秸稈在模孔內(nèi)不能堆積；秸稈含水率太低時(shí)，秸稈內(nèi)部摩擦力小，不能擠聚成團(tuán)，成型后易裂開(kāi)。經(jīng)試驗(yàn)研究，秸稈含水率在18%～25%時(shí)較有利于致密，不同種類(lèi)的秸稈稍有差異。新鮮秸稈可晾曬或烘干到要求的含水率后切碎，也可先切碎后晾曬。秸稈平模致密機(jī)對(duì)原料粉碎度要求低，秸稈切碎長(zhǎng)度低于50mm即可，無(wú)須將秸稈打成粉末，這樣既提高了效率又節(jié)約了成本。致密后的秸稈壓塊含水率降至15%以下后即可打包存放，或采取防潮措施后堆放，切忌受潮。

5結(jié)論

秸稈平模致密機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎，設(shè)計(jì)合理，工作平穩(wěn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，平模成型機(jī)滿(mǎn)載或空載時(shí)的最高噪聲均低于90dB。同時(shí)，該機(jī)投入成本低，效率高，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)開(kāi)發(fā)和利用以秸稈為主的生物質(zhì)能源提供了有效途徑。此外，該機(jī)的推廣使用既有利于增加農(nóng)民收入，又可減輕作物秸稈直接燃燒造成的環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]谷志新,鄭文超,趙林.秸稈燃料平模成型機(jī)平模模孔仿真研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2013,47(3):44-47.

[2] 錢(qián)海燕,季建華,支建沖.9JYK-500型秸稈壓塊成型機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2010,27:87-90.

[3] 睢利銘.平模式生物質(zhì)成型機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分析[D].河南:河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

收稿日期：2016-02-12

基金項(xiàng)目：四川省科研院所科技成果轉(zhuǎn)化資金(14010201)

作者簡(jiǎn)介：劉征明(1964-)，男，四川大邑人，高級(jí)工程師，E-mail：158661926@qq.com