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生物质能源颗粒平模成型机压辊优化设计

来源: 发布时间:2019-04-16 1096 次浏览

  摘要:通过对生物质平模成型机工作原理介绍以及压辊运动分析,得出压辊产生滑动的 原因,并提出压辊改进设计;通过对锥辊的 特性(characteristic])分析,得出使压辊产生更大挤压力应满足的 条件。生物质锅炉燃料生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可;与传统的燃料相比,不仅具有经济优势也具有环保效益,完全符合了可持续发展的要求。认为直压辊的 滑动作用可以增加生物质的 压缩行程,有利于物料的 成型。锥辊数学模型的 建立,有助于平模成型机相关尺寸的 确定,提高其性能和效率(efficiency)。该研究为今后平模成型机的 优化设计提供了理论支持。
  随着全球石油、煤炭等一次性能源(解释:向自然界提供能量转化的物质)的 枯竭,人们居住环境污染问题日益突出,能源、环保等问题得到人们的 强烈关注。生物质锅炉燃料生物质颗粒作为一种新型的颗粒燃料以其特有的优势赢得了广泛的认可;与传统的燃料相比,不仅具有经济优势也具有环保效益,完全符合了可持续发展的要求。近年来,发展低碳型、环境友好型、可持续型经济已经势在必行。
  作为传统农业大国,我国有丰富的 生物质资源。截至2010年底,农村剩余秸秆量每年达到7.26×109t,相当于3×109t标准煤,减去工业生产、还田、颗粒饲料加工以及生活燃烧部分,还有2.5×109t左右。林业废弃物每年可达到3700万hm2。
  为了避免资源的 浪费,更好地保护环境以及缓解能源危机,生物质成型颗粒燃料得到了广泛的 应用(application)。生物质颗粒燃料平模成型机以其结构简单,制造(zhì zào)、安装和维护方便且造价低廉,同时对物料粉碎粒度及其含水率范围要求大等优点,在农村个人等小规模生产(Produce)中得到广泛的 应用。作为生产颗粒燃料的 关键设备,对生物质成型机的 研究、分析(Analyse)和优化必不可少。
  1生物质颗粒燃料(fuel)平模成型机的 关键结构与工作原理
  生物质(Biomass)能源颗粒平模成型机结构(Structure)如
  (1)所示,由电机、减速器(差速器)、传动主轴、物料室、压辊、压辊架、平模盘、成型模具等关键部件组成。
  正常工作时,成型机的 平模盘固定在机架上,电机通过皮带连接减速器的 带轮进行减速变向,使传动主轴得到相应的 转速;传动主轴将动力传给压辊架,带动压辊架转动。由于生产过程中压辊和平模盘之间充满生物质物料,在压辊架转动的 过程中,压辊和物料以及物料和平模盘之间产生摩擦力,压辊在此摩擦力的 作用下实现自传,同时不断将物料挤压到成型模具中。在压辊与平模盘强烈的 挤压作用下,物料逐渐被压实,并随着后续挤入物料的 压力而脱离模具。成型颗粒燃料脱离模孔后,由切刀切割成一定长度的 颗粒后从出料口滚落收集。
  为生产不同直径的 生物质能源颗粒,根据具体尺寸更换相应模孔直径的 平模盘和成型模具。同时为更好地满足生产要求,平模盘周围要配备相应的 加热装置,适时调节生物质原料的 含水率,以保证平模成型机的 生产要求。
  2生物质颗粒燃料平模成型机压辊特性(characteristic])

  2.2压辊受力特性 由3可知,在实际生产中,压辊与平模盘问将有一条纯滚动圆周线日。在日线内侧,压辊相对转速(Rotational Speed)较快,这种超前性滑动称作滑转滚动;在H线外侧,压辊相对转速较慢,这种滞后性滑动称为滑移滚动。
  2.3压辊对生物质原料挤压的 力学分析(Analyse) 4为压辊对生物质原料挤压的 力学分析,选取挤压物料的 任一点B点进行受力分析,物料受到压辊对其施加的 挤压力N'和摩擦力F';其大小和压辊所受力相同,方向相反。同时在生产过程中,平模盘给物料一个水平的 摩擦力Fx和竖直的 支撑力Fy,整理得:
  由式
  (5)~式
  (8)得,相较与纯滚动,压辊的 滑转、滑移滚动的 产生就是把原有作用力重新分配,不仅使物料水平方向上受力增大,增长了物料的 预压行程,同时也增强了在竖直方向上的 挤压力,使得生物质(material)颗粒燃料平模成型机的 平模盘厚度变薄,远小于环模盘的 厚度。因此,直压辊所产生的 滑动效应并不完全是消极的 。
  由于压辊同时存在滑移滚动和滑转滚动,这就加快了压辊和平模盘的 磨损(零部件失效的一种基本类型)速度。生物质颗粒燃料生物质颗粒的直径一般为6~8毫米,长度为其直径的4~5倍,破碎率小于1.5%~2.0%,干基含水量小于10%~15%,灰分含量小于1.5%,硫含量和氯含量均小于0.07%,氮含量小于0.5%。为了节约成本,设计加工时将平模加工成对称结构,正反使用;同时将压辊的 形状重新进行设计,改换成锥形压辊,使压辊在宽度范围内线速度一致,消除滑动产生的 磨损。
  3生物质颗粒燃料平模成型机压辊改进设计及特性分析

  4结论
  通过对生物(Organism)质能源颗粒平模成型机的 工作(job)原理以及压辊的 特性分析(压辊受力分析、压辊对生物质的 挤压力学分析),建立了压辊受力模型(model)。通过对压辊的 运动分析、以及改进设计和动力分析,获知锥辊能显著改善现有平模成型机的 性能,降低压辊与平模盘的 磨损,极大地提高其寿命与效益。
  (1)由于压辊和生物质问产生滑动,产生摩擦力,使两者间产生剪切作用,能够对粗纤维(Fiber)含量较大物料进行更好地揉搓、压缩成型,极大地提高了成型产品(Product)的 质量。
  (2)由于滑转滚动区和滑移滚动区的 引入,使得锥辊对物料在竖直和水平方向的 压缩行程增加,大大减少了平模盘的 厚度,节约制造、加工成本。
  (3)忽略压辊与平模盘间的 静摩擦力和滚动摩擦阻力矩的 影响,当0满足公式
  (16)和公式
  (18)时,此时的 锥辊产生的 挤压力更大,这就为不同参数的 锥辊平模成型机提供了设计理论,以便更好地进行优化设计。