秸秆压块成型机压轮的设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

生物质秸秆是-种来源广泛、可以再生的生物质资源，包括稻秸秆 、麦秸秆 、玉米秸秆、棉花秸秆等 但在全国而言 .大多数生物质秸秆在收获季节被焚烧在田问地头.既污染环境.又浪费能源。为了加快生物质秸秆综合利用步伐.推进节能减排.国务院出台了 《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，对农作物秸秆进行综合利用指明了方向.其主要利用方法为还 田和固化成型将生物质秸秆切碎、挤压后∩以压制成新型生物质燃料 ，称为 固化成型。生物质秸秆的可再生性 、资源的广泛性和实用性.决定了以其为原料的固化成型新燃料具有重大开发价值研究开发生物质固化成型设备 .将秸秆加工成燃料 .已成为生物质能源开发的主要发展方向之- 平模型秸秆压块成型机是-种将秸秆粉碎压缩成型的设备 .必须在-定耗电量的基础上 ，有较高 的生产效 率 .否则 .就 是用 -种 能源 换取 另-种能源 .这是不可取的。我们的研究和生产实际表明.其中的压轮设计是秸秆压块成型机的关键技术之-[1 平模型秸秆成型机的结构及工作原理平模型秸秆压块成型机主要由主轴、压轮、平模、成型套等组成3I，如图 1所示≌秆在压轮的强力剪切作用下被粉碎。同时被挤出成型套，成为-种具有-定燃烧值的固体燃料.可以取代煤炭直接用于新型或经改造后的燃烧炉。

压轮主轴成型套图 1 秸秆成型机的结构Fig.1 Structure of the machine2 压轮特性分析压轮在工作时.在主轴的带动下.围绕主轴做公转运动，同时，在摩擦力的作用下，围绕压轮轴做自转运动。

2.1 压轮的运动分析相对 于物料而 言 .压轮并 非整体 在做纯 滚动 。

压轮的内侧与外侧都会发生滑动 压轮上存在-条纯滚动的圆周线 C.在纯滚动线 C内侧 .压轮相对 于物料产生 向后 的滑动 ：在 纯滚动线 C外侧 ，压轮相对于物料产生向前的滑动 其分析如图 2所示收稿日期：2013年 5月 6日 修回日期：2013年 5月 29 13作者简介：鄂宏，男，1964年生，江苏南通人，硕士，研究员级高级工程师；研究方向为机电-体化技术。E-mail：djhnt###126.con第 5期 鄂宏：秸秆压块成型机压轮的设计压轮自转 压轮轴转动图 2 压 轮 运 动 分析Fig.2 Press roller motion analyse2.2 压轮的受力分析在压轮与物料接触的任意点A.因挤压物料而受到物料施加给压轮的反作用力 Ⅳ.其方向沿半径指向圆心；压轮与物料之间还存在摩擦力 F，F必定沿切线方向。其受力如图3所示。

压轮转向图 3 压 轮 受 力 分 析Fig.3 Force analyse on press roler当机器进入稳态时，压轮处于平衡状态.建立如图 3所示的柱坐标系.以压轮轴心为 Z轴 .压轮最外截面圆心为 Z轴 0点 .以竖直方向半径为角坐标 0点。压轮受到A点的力 f如上所述1和压轮轴给予压轮的力 f过中心，力矩为零1。因平模压轮受到的力矩之和为零，可得到力矩平衡方程： 。 ( ，z)dadz (1)假设纯滚 动线 C的 Z坐标值 为 则式 l可写作：，z)rdo- 。F ，z)rdadz (2)显然，式 2左侧表示纯滚动线内侧合力矩.右侧表示纯滚动线外侧的合力矩，其大小相等、方向相反。在纯滚动区内侧。压轮相对于物料产生向后滑动，因此力 F沿切线指向上，合力矩方向为逆时针：外侧所受摩擦力 ，应沿切线指向下方.所受合力矩必定为顺时针方 向明确 了压轮的受力情况 .就可以分析物料受力 ，物料受力情况如图 4所示 (左边为内侧、右边为外侧)。

图 4 物料受力图Fig.4 Mater force chart在 压 轮 挤 压 物 料 的 任 意 - 点 .物 料 受 压轮对 其施加的压力 Ⅳ 和摩擦力 ：在与平挠触 的平 面 ，物料受 到水平 方向上的摩擦力 和垂 直方 向上 的支撑力 N 。则物料受力 的平 衡方程 为 ：纯滚动区内侧任-截面：， ， x0 J。Ⅳ( )sinadaJ。F(oOCOSadar 。 fⅣl J o N(a)cosadaJ。 )sinada纯滚动线所在截面 ：J。N(a)sinada∞N1 J o N(a)cosa&x纯滚动区外侧任-截面：· r 0 J OⅣ( )sinadaJ。 )COSada，Ot0 r d0Ⅳ1 J o N(a)cosadaJ。F(o0sinada从 以上理论 上对压 轮 的运 动和受力 分析 可知 。

压轮 内外侧均存在滑动 ，加快 了压轮的磨损 但另- 个 方面 .纯 滚动 线外 侧 .物 料受 到 的垂 向压力增 大 .增 强 了压块 成 型机 的挤 出性 能 .外 侧 的垂 向挤 压性 能优 于 内侧 。 内侧 的垂 向挤 压效 果越低 ，但水平方向的挤压力增大。压轮越宽.消耗的功率越高 。因而 ，在设计秸秆压块成型机的压轮时。压轮宽度应大于等于挤压成型后的秸秆压块直径。在秸秆压块直径-定 的情况下 .应尽量降低压轮的宽度这-结论，为我们设计压轮提供了理论基础3 双排孔平模的压轮设计为 了 提 高 设 备 的生 产 效 率 .我 们 在 设 计中国农机化学报 2013钲9JYK-500秸 秆压 块 成 型机 时 .为 了增 加 物料 被挤出的孔数 .技术上设计 了双排孔结构的平模 ，同时简单地增加压轮的宽度 ♂果设备的生产效率提高了.但 由于滚轮 内外侧的非纯滚动区域较大 .压轮受到的摩擦阻力较大 .时常出现堵车的现象。

通过上述理论分析可知 .在设计压轮时 ，应尽量减少压轮的宽度 f但必须与成型套孔径相适应1。因而 。现将与双排孔对应的宽压轮改为两个压轮[31.进行改进设计 ，这样可以使每-压轮最大限度地减少 因非纯滚动区带来的工作阻力 .使设备在相同耗 电量的基础上 ，提高生产效率 。如图5所示套 成型套改进前 改进后图 5 改进设计示意 图Fig.5 Improved design chaa1.压轮 2.成型套9JYK-500秸秆压块成型机试制后，进行了生产试验 (图6)。与改进前相比，设备运转平稳，杜绝了堵车现象5 结束语从上述的压轮运动情况和物料受力情况可以得出以下分析 ：11与纯滚动区相 比，在纯滚动 区内侧 ，物料在水平方向上 受力增加 .因此水平方向的挤压作用增强 在纯滚动区外侧.物料在竖直方向上受力增加，竖直方向的挤压作用增强。

21在纯滚动区外侧 ，压轮产生超 向前 的滑动 ，在纯滚动区内侧.压轮产生滞后性滑动.滑移滚动和滑转滚动的存在会导致压轮平模等零件的磨损程度增加.同时增加功率的消耗。

31采用双排孑L的平尼构.在电机功率不变的情况下.应该使用两对压轮的设计方案，能有效提高秸秆挤压成型效率图 6 9JYK-500成型机工作情景Fig.6 9JYl -50o shaping machine working scene