秸秆水平环模成型机设计

耿博文　高宇博　韩　蓉　叶东旭　房　宁（哈尔滨石油学院机械工程学院，黑龙江　哈尔滨　150027）



秸秆水平环模成型机设计

耿博文高宇博韩蓉叶东旭房宁
（哈尔滨石油学院机械工程学院，黑龙江哈尔滨150027）

［摘要］以秸秆环模成型机为研究对象，介绍研究秸秆成型机的目的和意义，拟定秸秆成型机的传动方案，确定秸秆成型机所需电动机型号及减速器型号，并对秸秆成型机压辊和环模的材料、结构分别进行选择和设计。

［关键词］秸秆成型机；环模；结构设计

1　研发生物质成型机的目的和意义

生物质能源是一种清洁能源，具有可再生性和环境友好的双重属性［1］。农作物秸秆在农村是非常丰富的生物质资源之一，是一种宝贵的可再在生资源［2］。利用秸秆资源生产出环保燃料，既缓解了我国能源紧张的局面，同时也减少了温室气体的排放，保护生态环境，又有利于改善农村居民生产生活条件，增加农民收入［3］。生物质成型机的研制可有效解决我国能源短缺、废弃物污染和“三农”问题。

2　水平环摸成型机总体设计

2.1传动方案的拟定

本设计突破传统的设计理念，采用环模水平放置的结构，电动机和减速器的连接采用联轴器，环模水平放置，工作时秸秆物料带动压辊转动，环模和压辊彼此产生相对运动从而挤压出物料，这种简单的传动方式可使传动路线较短，功率损耗较低，如图1所示。

图1　传动方案图

2.2电机及减速装置的选择

生物质燃料成型机对动力设备没有特殊的要求，在我国普遍使用三相交流电源。因此，选用市面上常见的Y系列三相异步电动机［4］，型号为Y180L-4。

2.3压辊的设计

压辊是成型机中的重要部件，也是易磨损件之一。为了达到提高压辊使用寿命应选用合金结构钢如40Cr，并对其进行调质处理，使其表面硬度达到HB360以上，根据受力分布合理性，以三只压辊为最佳。其结构如图2所示。

2.4环模的结构设计

2.4.1环模材料的选择。环模材料的选择能够直接影响环模的强度，耐磨性和抗腐蚀性。目前，环模常用的材料有3种：碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢［5］。本设计选用不锈钢材料4Cr13。

2.4.2环模速度的确定。本设计中环模转速与减速机输出转速相同，通过查阅减速机的性能参数即可得到环模转速，经查得减速机能够得到的输出转速为36 r/min，从而算得环模的速度为1.88 m/s。

2.4.3环模的结构参数的确定。环模的主要结构参数能够对其寿命、成型颗粒的单位时间产量以及成型燃料的燃烧性能都有重要的影响。

2.4.3.1环模孔的有效长度（L）。环模孔的有效长度是指物料固化成型的模孔长度。模孔有效长度直接影响物料成型时间，有效长度长的环模所得到的成型颗粒更紧实，强度更高。本设计模孔的有效长度L=40 mm。

2.4.3.2模孔长径比（L/d）。模孔的长径比即模孔的有效长度L与模孔直径d之比［6］。本设计中环模的有效长度为40 mm，模孔的直径d=8 mm，因此长径比为5。

2.4.3.3模孔的孔型。环模模孔的孔型主要有外锥孔、内锥孔、直孔和阶梯孔，如图3所示。本设计的物料主要是秸秆，属于高纤维物料，因此选择外锥形孔。

2.4.3.4环模厚度（T）。环模厚度与固话过程中的压力、物料特性、能耗、模孔有效长度、环模强度以及减压孔深度等因素有关；环模厚度大，孔径越小，孔壁阻力越大，强度和刚性大，成型燃料密度也大。本设计的环模厚度T=60 mm。

2.4.3.5模孔的排列和开孔率。模孔的排布分为整齐阵列排布和错位排布，如图4所示。环模大多选择错位排布，这种排布方式能够使物料均匀进入模孔。比较合理的环模模孔开孔率应在20%～30%。本设计的环模开孔率经过理论计算约24%。

图2　压辊结构示意图

图3　模孔孔型结构

图4　模孔的排列方式

3　结论

目前，国内外对成型机的研究很多，大多成型机多用于生产饲料，随着成型机技术的日趋成熟，全世界各国也对环保节能提出了自己的要求，越来越多以农作物秸秆为原料的燃料成型机逐渐研发出来。

参考文献

［1］欧阳双平，侯书林，赵立欣，等.生物固体成形燃料环模成型技术研究进展［J］.可再生能源，2011，29（1）：14-18.

［2］刘向东，常同立，王述洋.北方秸秆燃料高效应用分析及固化成型技术［J］.能源研究与信息，2010，26（1）：21-27.

［3］崔明，赵立欣，田宜水，等.中国主要农作物秸秆资源能源化利用分析评价［J］.农业工程学报，2008，24 （12）：291-296.

［4］朱海涛.生物质燃料颗粒成型机的研究与试验［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008：9-10.

［5］景果仙，王述洋，王妍玮，等.生物质燃料成型机环模设计［J］.林业机械与木工设备，2009，37（1）：25-36.

［6］谷志新，杨迪，徐凯宏.生物质燃料固化成型环模参数化设计［J］.能源研究信息，2012，28（2）：101-105.

［中图分类号］TK6

［文献标识码］A

［文章编号］1674-7909-（2016）03-77-2

作者简介：耿博文（1995-），男，本科，研究方向：机械电子工程。