耿博文　高宇博　韓　蓉　葉東旭　房　寧（哈爾濱石油學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江　哈爾濱　150027）

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秸稈水平環(huán)模成型機(jī)設(shè)計(jì)

耿博文高宇博韓蓉葉東旭房寧
（哈爾濱石油學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027）

［摘要］以秸稈環(huán)模成型機(jī)為研究對(duì)象，介紹研究秸稈成型機(jī)的目的和意義，擬定秸稈成型機(jī)的傳動(dòng)方案，確定秸稈成型機(jī)所需電動(dòng)機(jī)型號(hào)及減速器型號(hào)，并對(duì)秸稈成型機(jī)壓輥和環(huán)模的材料、結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

［關(guān)鍵詞］秸稈成型機(jī)；環(huán)模；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1　研發(fā)生物質(zhì)成型機(jī)的目的和意義

生物質(zhì)能源是一種清潔能源，具有可再生性和環(huán)境友好的雙重屬性［1］。農(nóng)作物秸稈在農(nóng)村是非常豐富的生物質(zhì)資源之一，是一種寶貴的可再在生資源［2］。利用秸稈資源生產(chǎn)出環(huán)保燃料，既緩解了我國(guó)能源緊張的局面，同時(shí)也減少了溫室氣體的排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又有利于改善農(nóng)村居民生產(chǎn)生活條件，增加農(nóng)民收入［3］。生物質(zhì)成型機(jī)的研制可有效解決我國(guó)能源短缺、廢棄物污染和“三農(nóng)”問(wèn)題。

2　水平環(huán)摸成型機(jī)總體設(shè)計(jì)

2.1傳動(dòng)方案的擬定

本設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，采用環(huán)模水平放置的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)和減速器的連接采用聯(lián)軸器，環(huán)模水平放置，工作時(shí)秸稈物料帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)模和壓輥彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而擠壓出物料，這種簡(jiǎn)單的傳動(dòng)方式可使傳動(dòng)路線(xiàn)較短，功率損耗較低，如圖1所示。

圖1　傳動(dòng)方案圖

2.2電機(jī)及減速裝置的選擇

生物質(zhì)燃料成型機(jī)對(duì)動(dòng)力設(shè)備沒(méi)有特殊的要求，在我國(guó)普遍使用三相交流電源。因此，選用市面上常見(jiàn)的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)［4］，型號(hào)為Y180L-4。

2.3壓輥的設(shè)計(jì)

壓輥是成型機(jī)中的重要部件，也是易磨損件之一。為了達(dá)到提高壓輥使用壽命應(yīng)選用合金結(jié)構(gòu)鋼如40Cr，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使其表面硬度達(dá)到HB360以上，根據(jù)受力分布合理性，以三只壓輥為最佳。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4環(huán)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1環(huán)模材料的選擇。環(huán)模材料的選擇能夠直接影響環(huán)模的強(qiáng)度，耐磨性和抗腐蝕性。目前，環(huán)模常用的材料有3種：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼［5］。本設(shè)計(jì)選用不銹鋼材料4Cr13。

2.4.2環(huán)模速度的確定。本設(shè)計(jì)中環(huán)模轉(zhuǎn)速與減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相同，通過(guò)查閱減速機(jī)的性能參數(shù)即可得到環(huán)模轉(zhuǎn)速，經(jīng)查得減速機(jī)能夠得到的輸出轉(zhuǎn)速為36 r/min，從而算得環(huán)模的速度為1.88 m/s。

2.4.3環(huán)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。環(huán)模的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠?qū)ζ鋲勖⒊尚皖w粒的單位時(shí)間產(chǎn)量以及成型燃料的燃燒性能都有重要的影響。

2.4.3.1環(huán)模孔的有效長(zhǎng)度（L）。環(huán)模孔的有效長(zhǎng)度是指物料固化成型的?？组L(zhǎng)度。?？子行чL(zhǎng)度直接影響物料成型時(shí)間，有效長(zhǎng)度長(zhǎng)的環(huán)模所得到的成型顆粒更緊實(shí)，強(qiáng)度更高。本設(shè)計(jì)?？椎挠行чL(zhǎng)度L=40 mm。

2.4.3.2?？组L(zhǎng)徑比（L/d）。模孔的長(zhǎng)徑比即?？椎挠行чL(zhǎng)度L與?？字睆絛之比［6］。本設(shè)計(jì)中環(huán)模的有效長(zhǎng)度為40 mm，模孔的直徑d=8 mm，因此長(zhǎng)徑比為5。

2.4.3.3?？椎目仔?。環(huán)模?？椎目仔椭饕型忮F孔、內(nèi)錐孔、直孔和階梯孔，如圖3所示。本設(shè)計(jì)的物料主要是秸稈，屬于高纖維物料，因此選擇外錐形孔。

2.4.3.4環(huán)模厚度（T）。環(huán)模厚度與固話(huà)過(guò)程中的壓力、物料特性、能耗、模孔有效長(zhǎng)度、環(huán)模強(qiáng)度以及減壓孔深度等因素有關(guān)；環(huán)模厚度大，孔徑越小，孔壁阻力越大，強(qiáng)度和剛性大，成型燃料密度也大。本設(shè)計(jì)的環(huán)模厚度T=60 mm。

2.4.3.5?？椎呐帕泻烷_(kāi)孔率。?？椎呐挪挤譃檎R陣列排布和錯(cuò)位排布，如圖4所示。環(huán)模大多選擇錯(cuò)位排布，這種排布方式能夠使物料均勻進(jìn)入模孔。比較合理的環(huán)模?？组_(kāi)孔率應(yīng)在20%～30%。本設(shè)計(jì)的環(huán)模開(kāi)孔率經(jīng)過(guò)理論計(jì)算約24%。

圖2　壓輥結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　模孔孔型結(jié)構(gòu)

圖4　?？椎呐帕蟹绞?/p>

3　結(jié)論

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)成型機(jī)的研究很多，大多成型機(jī)多用于生產(chǎn)飼料，隨著成型機(jī)技術(shù)的日趨成熟，全世界各國(guó)也對(duì)環(huán)保節(jié)能提出了自己的要求，越來(lái)越多以農(nóng)作物秸稈為原料的燃料成型機(jī)逐漸研發(fā)出來(lái)。

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［中圖分類(lèi)號(hào)］TK6

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1674-7909-（2016）03-77-2

作者簡(jiǎn)介：耿博文（1995-），男，本科，研究方向：機(jī)械電子工程。