紧凑型结构可调式秸秆压块机结构分析

河北省农业机械化研究所有限公司 焦海涛 吴海岩 杨志杰 李霄鹤 刘焕新

紧凑型结构可调式秸秆压块机结构分析

河北省农业机械化研究所有限公司 焦海涛 吴海岩 杨志杰 李霄鹤 刘焕新

随着人类社会工业化程度的提高，人们对能源的依赖和消耗也与日俱增，而与之相伴随的是化石能源资源的减少。目前主要靠农业种植、林业及其他可循环利用的废弃物作为生物质的主要来源。据统计，我国现在每年的秸秆产量约为7亿吨，扣除一部分用作饲料和其他原料，作为能源利用的达3.76亿吨。我国幅员辽阔，农业、林业资源丰富，每年秋收之后，会有数以万计的作物秸秆被遗留的田间，某些地域为了下一季作物的耕种，往往将作物秸秆焚烧，这不仅会造成污染，还造成能源浪费。生物质材料存在着质地松软、燃烧热量低、不便于异地运输和转存的缺点。利用秸秆压块机可以使原本松散的生物质原料变得质地坚硬。经过加工成型的秸秆成型燃料密度高，形状更规范，便于运输和储存，燃烧热值高，操作控制更方便快捷，可广泛用于家庭自用、取暖做饭，工业生产消耗和农园林的暖房供暖。对改善农民的生活水平、保护自然环境、减少化石原料能源消耗、降低环境污染、降低农园林业暖房的经济成本、实现国家可持续发展都具有重大意义。

目前，在日常生活中被广泛使用的秸秆压块机主要分为三种形式。第一种是螺旋挤压式成型机：该机在成型过程中对物料的尺寸大小、含水率以及螺杆的推进速度要求比较严格，成型工艺不好控制，生产率相对较低，单位产品能耗高，并且成型部件螺杆磨损严重，使用寿命短。第二种是液压式活塞冲压成型机：该机靠液压油缸提供动力使物料成型，它的优点是相对于螺旋挤压式成型机使用寿命更长、能耗更低，但存在机器噪音大、运行稳定性差、润滑油污染严重等缺点。第三种是轧辊式成型机：物料在轧辊的作用下，通过成型孔，在挤压作用下物料在模孔内被挤压成型，当挤出的棒料达到一定程度时，由于受自身重量的影响，挤压出的成型燃料自动断裂。由于轧辊式成型机相对于前两种成型机具具有能耗低、产量大、适应性强、产品质量高的优点，在实际生产中被大量采用，其中环模式成型机应用效果更明显。

针对现实应用中存在的一些实际问题，我们在现有技术的基础上，对环模式秸秆压块机的压缩室进行了改进调整，使调整齿套由原来的单个逐一调整，变成可以实现同步同时调整。在保证了机具的工作稳定性的前提下，使机具在调整时，更方便快捷。

1 环模式秸秆压块机整体结构

秸秆压块机主要由机架、驱动电机、上料机构、控制柜、保护罩、环模压缩室和成料输送装置组成，总体结构如图1所示。

图1

环模式秸秆压块机工作时利用外部的成型环模、内部的轧辊和生物质物料三者间的挤压作用使生物质原料成型。驱动电机带动皮带轮转动，从而使得主轴转动。生物质原料经上料机具连续均匀喂入环模压缩室内。环模和压轮的相对运动，将物料逐渐压入环模的成型孔，随着主轴的转动，挤入成型孔的物料越来越多，并且在与孔壁摩擦作用下逐渐挤压成型。挤出的成型的生物质棒料在自身重量达到一定程度的时候，会自行断裂，然后落入回收装置，通过输送带输送到指定的位置。

2 传动机构分析

环模秸秆压块机工作时，依靠电机提供动力，通过皮带传动带动秸秆压块机的主轴转动。采用电机带动皮带这样的传动模式可以对电机和压块机主轴起到保护作用。依靠皮带传动可以在入料量不均匀或过载的时候起到缓冲和吸振的作用，以减少载荷变化频率较大时对压块机的保护。将电机和压缩室都安装在机架上，保证了整个机具不会占据太大的空间，增加了机具工作时的稳定性。

3 压缩室结构分析

传统环模压缩室结构如图2所示。

图2

在充满生物质原料的压缩室，环模与轧辊保持相对运动将生物质原料连绵不断地挤压进入成型孔。在整个环模压缩室，成型孔通过一个个长螺栓被均匀排列固定在机体上形成环模，两个压轮则由上下固定板固定连结在主轴上，主轴则由电机带动旋转，两个压轮和环模之间存在一定的空隙，这样当压轮随着主轴公转的同时，又因为与物料的摩擦挤压，使得压轮也在自转。采用双压轮或者多压轮结构，使得工作压轮以主轴为中心均匀布置。当工作的时候，使压缩室主轴受力均匀，工作效率提高，产量增加。压轮每工作一周，就将压缩室沟槽内的生物质原料压入模孔内，形成一个物料块压层。随着主轴的转动，生物质原料被不断喂入，在压轮的重复挤压下，最终便形成了物料压块。物料压块形成过程如图3所示。

图3

环模与轧辊之间的间隙大小直接影响压块机的棒料质量、实际产量和工作性能。当这个间隙较小时，会加剧环模与压轮表面的磨损，尤其是在机具开启和停止时的空载运转期间，这种磨损作用更加强烈；当这个间隙较大时，由于摩擦作用的减小，会使得挤压出来的棒料质地松软，紧实度降低，棒料的品质达不到要求，而且会大大降低压块机的工作效率。由此可见，环模和压轮经常保持在合理的间隙范围，是提高压块机工作效率和质量的重要保证。现在普遍的是环模秸秆压块机通过手动调整齿套，转动偏心轴来改变压轮与环模间的距离，达到调整压轮和模块间距离的目的。但是对于采用双压轮或者多压轮结构的压缩室来说，在手动调动每一个压轮的时候，很难做到同间距的同步调节，多多少少会有误差，从而在主轴转动的时候，可能出现受力不均匀、主轴偏载的现象，影响成品棒料的品质和压块机的使用寿命。新研制的紧凑型结构可调式秸秆压块机就有其突出的优势，它可以实现对双压轮或者多压轮同时同步调节，如图4所示。

图4

压轮调节机构包括调节手轮、在环模内压轮下方与环模同轴设置的齿轮盘，调节手轮的一端与齿轮盘下端面啮合且另一端延伸到环模外侧，齿轮盘上端面与压轮相对应的位置设有弧形限位条，所有弧形限位条围绕齿轮盘的圆心形成旋涡状，压轮与位于其下方的滑块形成转动配合，齿轮盘借助调节手轮与环模形成转动配合使滑块借助其下端面设置的滑槽与弧形限位条形成滑动配合。可以实现所有压轮的同步调节，使得各个压轮与环模之间的挤压间隙都相等，压出来的料块密度均匀一致，提高了产品质量。压轮调节机构集成在环模上，不需要与外部设备连接，结构紧凑，占用空间小。

生物质压块基本工艺流程为：原料风干——原料切碎——堆积回性——输送上料——混合搅拌——压制成型——冷却——计量包装——成品。

原料风干

切揉粉碎

堆积回性

输送给料

混合搅拌

致密成型

输出计量

敞口冷却

封口储存

挤压成型的棒料是作为可再生资源的生物质资源，现在已经广泛应用于农园林业的生产生活中,应用前景十分广阔，它在有效缓解能源短缺、改善生态环境方面，具有良好的经济效益和社会效益，符合和适应我国现阶段利用和发展生物质的总趋势和国情，我们加大科研投入，积极研发生物质成型技术机先进设备，提高生物质的利用率，为我国的绿色发展提供有力的支持和保障。