一种渐进式方捆压缩机的设计与研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

随着经济的飞速发展，能源供需矛盾 日益尖锐。生物质能源具有清洁、安全、可持续等特点，是解决能源问题的有效途径l。我国农作物秸秆数量大、种类多、分布广，每年用于能源用途的约 3亿吨[21。生物质经过压缩后，体积缩小(6～8)倍，提高了运输和贮存能力；燃烧特性明显得到改善，利用率显著提高[31。

目前国内外针对生物质压缩进行了大量的研究和设计，已经出现了许多适用于不同生物质对象的打捆机，主要有国外的纽荷兰 BC5070大方捆打捆机141、中国农业机械化科学院研究的4YF-1300型大方捆打捆机、河北南皮机械制造有限责任公司生产的9YDF-90型大方捆打草机I5-61，这些打捆机都要进行生物质的切碎，而且使用的是开式压缩，虽然可以实现打捆作业，但其功率要求较高，不能形成较高的打捆密度。-般用于电厂，不能广泛的用于个人或家庭小规模使用。

提出-种渐进式树皮秸秆压缩打捆机，主要依靠曲柄滑块六杆机构实现压缩打捆。此类压缩机在无需粉碎生物质的前提下，经过三次压缩，不但具有较高的压缩密度，而且高效节能，可以最大限度的储存生物质，未来普遍适用于个人或者家庭。

2压缩机结构与原理渐进式树皮秸秆压缩机的整体结构图，如图 1所示。主要由驱动系统、预压缩系统、主压缩系统和手动压缩系统组成。

6 7 8 9 10 11 12 13 141.侧板 2.电动机 3.立柱4.底辊 5.料斗6.滚轮 7.滚轮带轮 8.横梁9.连杆 ln曲柄 1 1.支撑杆 12.传递齿轮 l3.摆杆 l4.变速器l5.变速器带轮 l6.压缩箱体 l7.出料槽 18.手动压缩底盘图 1压缩机结构图Fig.1 Structure Figure of Compressor来稿 日期：2012-07-01基金项目：科技部科技人员服务企业计划项目(2009GJE00030)；广东省重大科技专项(2010A080804003)作者简介：同新星，(1986-)，男，在读博士生，主要研究方向：柔性机构设计和生物质固化方面的研究；葛文杰，(1956-)，男，教授，博士研究生导师，主要研究方向：机械原理及机构学、机械动力学及仿生机器人方面的研究第5期 同新星等：-种渐进式方捆压缩机的设计与研究 53工作原理是秸秆、树皮等被添加到料斗中，电动机带动滚轮进行旋转，滚轮上装有-定顺序排列的短刺，这些短刺可以很容易把物料代入料斗中，随着物料的不断进入，底辊和滚轮之间的间距不断减少对物料产生挤压，同时-定结构料斗的四壁也在不断的为物料施加挤压力 ，在送入主压缩系统之前，整个料斗都是封闭的结构，达到预压缩物料的目的，随着物料不断涌入料斗中，物料之间的内力逐渐增大，在主压缩系统的活塞开启时，物料迅速进入待压缩区域，在压缩箱体和底盘之间形成-定规格的层状物料，这时主压缩系统中的活塞进行主压缩，同时在压力作用下，底盘往下移动-定的距离，这时物料口被活塞封住 ，当活塞回程时，层状物料再次进入待压缩区域，这样反复进行 1O次，触发机构使离合器与电动机分离，整个机构停止运动，手动压缩机构通过丝杠把人力增大对于 10层物料进行最后的压缩，使其达到预定的密度，人力通过机构预留的打结孑L，对成型的物料进行手动打捆，最后从出料槽中取出，整个过程结束。

3压缩机总体设计压缩机总体设计主要包括主压缩机构、手动压缩机构和传动装置的设计。

3.1成型要求压缩机构所能提供的压力决定最终的成型密度，根据生物质的成型特生和小型化生产需要，选取的最终的成型尺寸和密度为：500300x200mm p3-o.7g/cm (1)根据工作原理，主压缩系统压缩后的成型尺寸和密度分别是：500x3OOx3Omm p 0.47g/cm。 (2)它是设计压缩机构的关键。主要采用苏联学者普斯特金的研究结果 ，即被压缩物料的压缩量与压缩力的关系 ：P-Ae (3)式中：P-压缩力 MPa；s-物料的初始厚度； 物料的压缩量；，6-试验系数，取：A0.35，b-0.375。

根据预压缩和主压缩后的高度差，同时考虑物料反弹和送料时间因此活塞的行程为：h80mm (4)主压缩是主要的压缩阶段，也是克服物料之间变形阻力最大的阶段，物料在压缩过程中，变形很大，在活塞提起的时候 ，物料会发生回弹，为了使回弹减少，在设计机构时，充分利用机构的急回特性，在回程阶段 ，速度快，节省时间，在压缩阶段尽量缓慢，特别是到达最低点时，活塞可以保压-段时间，因此给定的行程速比系数 KI.1。

3-2主压缩机构设计主压缩机构是实现压缩任务的重要机构，他的设计决定到能否达到规定力和成型密度的要求。此种渐进式压缩机采用 2套完全相同曲柄六杆压缩机构实现压缩目的，机构的简图，如图2所示。根据基本设计要求，结合机构的运动简图，由机构的最大摆角和行程可得：f (1-COS(X) (5)式中： 角；惭 程；f1 摆杆。

由行程速比系数可得：8-180十1式中： -行程速比系数； 位夹角。

当机构处于两个极限位置时，由压缩机构几何关系可得1 - h2At-- 。 h～ f3sinf6： 丽 式中：f。-曲柄半径；f2-连杆长度；f6-机架长度。

(6)(7)图2压缩机构简图Fig.2 Schematic Diagram of Compression Mechanism由以上的设计要求和计算过程可以获得压缩机构各个杆件的设计参数，如表 1所示。利用表1中的数值计算机构的最小传动角为 55。，经验证 50。满足动力要求。

表 1压缩机构参数表Tab.1 Parameter List of Compression Mechanism3.3传动系统的设计秸秆压缩机主要由单项异步电动机提供动力，通过带传动送人变速器，经过变速以后通过传递齿轮驱动主压缩机构 ，根据家用和小规模生产需求，参考国外大方捆打捆机频率设置和动力减速装置合理设计值181，设计采用的活塞压缩频率为20/min，根据所需的压缩力，压缩机选用功率为2.2kW的单相异步电动机，转速为1400r/min，由以上可知，传动系统的传动比i72，这里选择带传动i12，齿轮传动 34，变速器 2：9。

3.4手动压缩机构的设计手动压缩机构在主压缩结束后经过手动压缩机构可以实现最终的成型效果 ，不但可以把主压缩逐次压缩的层状固化成-定的规格，而