生物質(zhì)秸稈是一種來源廣泛、可以再生的生物質(zhì)資源，包括稻秸稈、麥秸稈、玉米秸稈、棉花秸稈等。但在全國而言，大多數(shù)生物質(zhì)秸稈在收獲季節(jié)被焚燒在田間地頭，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)能源。為了加快生物質(zhì)秸稈綜合利用步伐，推進(jìn)節(jié)能減排，國務(wù)院出臺(tái)了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》，對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行綜合利用指明了方向，其主要利用方法為還田和固化成型。
將生物質(zhì)秸稈切碎、擠壓后，可以壓制成新型生物質(zhì)燃料，稱為固化成型。生物質(zhì)秸稈的可再生性、資源的廣泛性和實(shí)用性，決定了以其為原料的固化成型新燃料具有重大開發(fā)價(jià)值，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈壓塊機(jī)、秸稈顆粒機(jī)是壓制生物質(zhì)顆粒燃料不錯(cuò)的選擇。
研究開發(fā)生物質(zhì)固化成型設(shè)備，將秸稈加丁成燃料，已成為生物質(zhì)能源開發(fā)的主要發(fā)展方向之一。平模型秸稈壓塊成型機(jī)是一種將秸稈粉碎壓縮成型的設(shè)備，必須在一定耗電量的基礎(chǔ)上，有較高的生產(chǎn)效率，否則，就是用一種能源換取另一種能源，這是不可取的。我們的研究和生產(chǎn)實(shí)際表明，其中的壓輪設(shè)計(jì)是秸稈壓塊成型機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
1、平模型秸稈成型機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理平模型秸稈壓塊成型機(jī)主要由主軸、壓輪、平模、成型套等組成，如圖1所示。秸稈在壓輪的強(qiáng)力剪切作用下被粉碎，同時(shí)被擠出成型套，成為一種具有一定燃燒值的固體燃料，可以取代煤炭直接用于新型或經(jīng)改造后的燃燒爐。
2、壓輪特性分析
壓輪在工作時(shí)，在主軸的帶動(dòng)下，圍繞主軸做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，在摩擦力的作用下，圍繞壓輪軸做白轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.1壓輪的運(yùn)動(dòng)分析
相對(duì)于物料而言，壓輪并非整體在做純滾動(dòng)，壓輪的內(nèi)側(cè)與外側(cè)都會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。壓輪上存在一條純滾動(dòng)的網(wǎng)周線C,在純滾動(dòng)線C內(nèi)側(cè)，壓輪相對(duì)于物料產(chǎn)生向后的滑動(dòng)：在純滾動(dòng)線C外側(cè)，壓輪相對(duì)于物料產(chǎn)生向前的滑動(dòng)。
2.2壓輪的受力分析
在壓輪與物料接觸的任意點(diǎn)A,因擠壓物料而受到物料施加給壓輪的反作用力N,其方向沿半徑指向圓心：壓輪與物料之間還存在摩擦力F,F必定沿切線方向。
當(dāng)機(jī)器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，壓輪處于平衡狀態(tài)，建立如圖3所示的柱坐標(biāo)系，以壓輪軸心為Z軸，壓輪最外截面網(wǎng)心為Z軸0點(diǎn)，以豎直方向半徑為角坐標(biāo)0點(diǎn)。壓輪受到4點(diǎn)的力f如上所述1和壓輪軸給予壓輪的力（過中心，力矩為零）。因平模壓輪受到的力矩之和為零，可得到力矩平衡方程：
顯然，式2左側(cè)表示純滾動(dòng)線內(nèi)側(cè)合力矩，右側(cè)表示純滾動(dòng)線外側(cè)的合力矩，其大小相等、方向相反。在純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)，壓輪相對(duì)于物料產(chǎn)生向后滑動(dòng)，因此力F沿切線指向上，合力矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針：外側(cè)所受摩擦力F應(yīng)沿切線指向下方，所受合力矩必定為順時(shí)針方向。
明確了壓輪的受力情況，就可以分析物料受力，物料受力情況如圖4所示f左邊為內(nèi)側(cè)、右邊為外側(cè)）。
在壓輪擠壓物料的任意一點(diǎn)B,物料受壓輪對(duì)其施加的壓力N-和摩擦力P：在與平模接觸的平面，物料受到水平方向上的摩擦力F，和垂直方向上的支撐力N1。則物料受力的平衡方程為：
從以上理論上對(duì)壓輪的運(yùn)動(dòng)和受力分析可知．壓輪內(nèi)外側(cè)均存在滑動(dòng)．加快了壓輪的磨損。但另一個(gè)方面，純滾動(dòng)線外側(cè)，物料受到的垂向壓力增大，增強(qiáng)了壓塊成型機(jī)的擠出性能，外側(cè)的垂向擠壓性能優(yōu)于內(nèi)側(cè)．內(nèi)側(cè)的垂向擠壓效果越低，但水平方向的擠壓力增大。壓輪越寬，消耗的功率越高。因而，在設(shè)計(jì)秸稈壓塊成型機(jī)的壓輪時(shí)，壓輪寬度應(yīng)大于等于擠壓成型后的秸稈壓塊直徑。在秸稈壓塊直徑一定的情況下，應(yīng)盡量降低壓輪的寬度。
這一結(jié)論，為我們設(shè)計(jì)壓輪提供了理論基礎(chǔ)。
3、雙排孔平模的壓輪設(shè)計(jì)
為了提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，我們在設(shè)計(jì)9JYK 500秸稈壓塊成型機(jī)時(shí)，為了增加物料被擠出的孔數(shù)，技術(shù)上設(shè)計(jì)了雙排孔結(jié)構(gòu)的平模，同時(shí)簡單地增加壓輪的寬度。結(jié)果設(shè)備的生產(chǎn)效率提高了，但由于滾輪內(nèi)外側(cè)的非純滾動(dòng)區(qū)域較大，壓輪受到的摩擦阻力較大，時(shí)常出現(xiàn)堵車的現(xiàn)象。
通過上述理論分析可知，在設(shè)計(jì)壓輪時(shí)，應(yīng)盡量減少壓輪的寬度（但必須與成型套孔徑相適應(yīng)）。因而，現(xiàn)將與雙排孔對(duì)應(yīng)的寬壓輪改為兩個(gè)壓輪．進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，這樣可以使每一壓輪最大限度地減少因非純滾動(dòng)區(qū)帶來的工作阻力．使設(shè)備在相同耗電量的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效率。
9JYK-500秸稈壓塊成型機(jī)試制后，進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。與改進(jìn)前相比，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，杜絕了堵車現(xiàn)象。
5、結(jié)束語
從上述的壓輪運(yùn)動(dòng)情況和物料受力情況可以得出以下分析：
1）與純滾動(dòng)區(qū)相比，在純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)，物料在水平方向上受力增加，因此水平方向的擠壓作用增強(qiáng)。在純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)，物料在豎直方向上受力增加，豎直方向的擠壓作用增強(qiáng)。
2）在純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)，壓輪產(chǎn)生超向前的滑動(dòng)，在純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)，壓輪產(chǎn)生滯后性滑動(dòng)，滑移滾動(dòng)和滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)的存在會(huì)導(dǎo)致壓輪平模等零件的磨損程度增加，同時(shí)增加功率的消耗。
3）采用雙排孔的平模結(jié)構(gòu)．在電機(jī)功率不變的情況下，應(yīng)該使用兩對(duì)壓輪的設(shè)計(jì)方案，能有效提高秸稈擠壓成型效率。
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