平模生物质燃料成型机的结构改进

2012年12月农机化研究第12期平模生物质燃料成型机的结构改进梁昱,周立迎,黄昊旻,姚固文(贵阳学院机电系,贵阳550005)摘要:以玉米秸秆和稻秆为原料,进行了平模机制备生物质成型燃料的试验,发现了现有设备的缺点和不足提出了活动模具和新型料仓的结构设计。活动模具具有可延长平模使用寿命、节约成本、更换方便、省力省时以及通用性强,还可应用于试验研究;新型料仓便于人工控制喂入量和均匀喂料,减少料仓散发的粉尘量。结构改进为关键技术的进一步研究提供了可行的方法。关键词:生物质燃料;成型机;平模中图分类号:S2162文献标识码:A文章编号:1003-188X(2012)12-0206-040引言来了平模机制备生物质成型燃料的试验研究,发现了现有设备的缺点和不足,为结构改进和关键技术的进生物质成型燃料是将生物质原料经过粉碎和调步研究提出了相应的措施质等处理,在高压和一定的温度下压缩成颗粒状、棒状或柱状,且质地坚实的成型物。其特点是密度1设计原理及要求大、便于贮存和运输,与煤相比,挥发分和含氧量高,1.1原型机数据与工作基本原理灰分和含碳量小,热值略低,但却容易引燃,且燃烧时平模生物质燃料成型机结构简单,便于维护调需氧量少,燃烧性能好。生物质的含硫量小于0.2%,节物料靠重力下落喂入,机器制造成本较低,运行费燃烧时对环境的污染比煤小2用少,适合小规模生产,设备便于移动,可用电力或柴生物质成型燃料在广大的农村有很好的应用前油机带动。其基本参数为景。当前的主要农作物秸秆除还田外主要通过焚烧、外形尺寸/mm:2000×900×1800丢弃、沼气池利用等方式处理,但多为焚烧和丢弃,因电机功率/kW:30此对生物质能源的能量利用率很低且污染严重。将产量/t·h:0.5-1.2生物质能源加工为固体成型燃料,通过农户→物料回质量/kg:1500收→加工→运输→民用的方式,加工出的固体成型燃原料长度/mm:0~30料,可替代煤炭成为农户的主要燃料,也可供给城市含水率/%:15~30居民和小商贩作为燃料,取代块煤和蜂窝煤,减少煤成品规格/mm:Φ33圆柱体炭资源的消耗,改善空气质量。同时还可与秸秆还成品密度/g·cm3:0.9-1.4田、饲料生产等其他技术一起应用,既可以减少焚烧平模厚度90mm,模孔数30个,模孔直径33mm,生物质造成的污染,又能够提高农业产出,增加农民平模固定。辊轮表面有齿形防滑槽,为槽轮型,直径收入。l70mm,数量2个,对称布置,硬度低于平模。辊轮为当前市场上出现的小型平模生物质燃料成型机,旋转部件,辊轮与平模模孔的间隙为1~2mm,试验时适合小规模生产,设备便于移动,可用电力或柴油机调整为1mm。平模周向圆柱面配置一个电热圈,功率带动“,较为适合秸秆资源分散、收集与运输不便的2kW。丘陵和山地地区采用。但从市场调查和反馈的情况工作中,在辊轮的作用下,原料被分配到平模和看,其连续作业的效果并不太理想。项目组进行两个辊轮的工作表面上;立轴带动辊轮架和辊轮转动收稿日期:2011-12-13时,辊轮中国煤化工转,辊轮与平模的基金项目:贵阳市科学技术计划项目([2009筑科农合同字第3-032切点处产CNMHG压缩并被挤入模孔作者简介:梁昱(1977-),男,长沙人,副教授,博士,(E-mal)内,克服模扎壁的阻刀,逐渐丽进和压实;模孔中的物liangyun@163.com。料在转一周的过程中,要被挤压两次2012年12月农机化研究第12期12原设备的不足与改进设计的要求定,则更换的模具厚度发生变化,以至于辊轮架的试验以玉米秸秆和稻秆为原料,分析了含水率、安装高度变化,需相应更换主轴,还需考虑料仓空间原料粒度、喂入量对成型率、成型密度、生产率及能耗是否限制,并且拆换主轴耗时耗力。的影响,设备结构及加工关键技术有待改进和进一步模孔采用不同长度和角度的入口锥度,也需要更研究(具体试验过程和研究将另文讨论)。设备的不换模具。由于平模机最优加工工况受生物质原料的足及有待改进和深入研究的关键技术问题如下物性参数的影响很大,因此在每次更换模具后,很可1)该设备的可靠性不高,加工过程不稳定;未清能由于生物质原料物性参数变动的影响,而无法真实理的余料易造成下次加工时堵模;电机与减速器联接反映出结构改进的优劣。螺栓、成型机座与料仓的联接螺栓、调隙螺栓常有松2.1.3活动模具动;电热圈贴附不严;辊轮架与平模之间密封易损坏,活动模具一般采用的整体式平模分为固定支撑若大量粉料陷入,将卡死运动副,使得无法启动。模和活动孔模:固定支撑模上设有若干支撑孔,活动2)适合加工的含水率范围很窄,控制含水率是掌孔模可嵌人支撑孔中和支撑模一起构成整个模具,如握平模机使用的关键,而生产过程中含水率范围与均图1所示;活动模具支撑模周向上设有若干台阶状支匀程度很难控制。撑孔,如图2所示;活动模具的活动孔模示意图如图33)模孔长径比的研究,包括模孔直径、入口锥度所示;活动模具结构示意图如图4所示。的长度和角度。4)平模与辊轮之间间隙的研究。5)喂人量控制及均匀喂料的方法。6)原料预处理工艺。7)传动件受力分析与结构改进。8)操纵、维修的简便性措施与工作环境的改善。2主要结构改进2.1将平模改进为活动模具foOd活动模具可用于模孔长径比、平模与辊轮间隙的研究,且维修简便,可延长模具寿命。2.1.1模孔长径比应择优选取模孔长径比是指模孔的有效长度和模孔的最小1.平模2.平模模孔直径的比值,它是反映成型颗粒挤压强度的一个指图1原整体式平模示意图Fig 1 Sketch map of the original integral flat mold标。模孔长径比大,其形成的颗粒密度大,表面光洁,挤出的成型颗粒结实,物理品质高,但生产效率会有所下降,能耗增加。反之,会造成产品不够结实,外观松散,成型率低。但模孔长径比过大,会使得环模出料困难,甚至造成塞机。另外,选用稍低的模孔长径比,对于增加产量降低能耗和减轻磨损等有利模孔长径比的选择与生物质原料、目标成型率原料粒度、含水率、生产率和目标成型密度等有关,需进行大量的实验才能择优选取。2.1.2长径比大量试验研究存在的问题在模孔直径确定的情况下,改变长径比需改变模孔的长度,也就是平模的厚度;在平模厚度确定的情中国煤化工况下,改变长径比是改变模孔的直径。CNMHG选用不同的长径比,需更换模具。若是平模厚度2沽动模具支挥模示意图一定,则需更换不同模孔直径的平模;若是模孔直径Fig. 2 Sketch map of the support part of the movable flat mold2072012年12月农机化研究第12期活动孔模是设有台阶的圆柱体,外形直径固定中不能保证合适的喂入量,过少则降低了生产率,过多间可设置1个或若干个模孔,可采用不同的孔截面形则有可能造成堵机。状和尺寸;可采用不同的长度,其总长可小于支撑模高221.2空间上的不均匀度,也可大于支撑模高度;可以采用不同角度和长度的喂入的料在模辊的作用下不断被压人模孔成型,锥角;台阶以上的长度尺寸也可以不同,见图3和图4但喂入的物料不一定均分分配到模盘的各个位置,原所料落下的模孔得到的物料多,造成各个模孔的工作状态不一致,这也影响了成型质量。22.2改进料仓图5为新型料仓结构示意图,图6为分料盘结构示意图。1.模孔2.活动孔模图3活动模具活动孔模示意Fig 3 Sketch map of the movable part of the movable flat mold15161718191.连接螺栓孔2.加工仓下壁面3.加工仓上锥面4.加工仓上柱面5.加工仓固定孔6.添料仓敞口7.添料仓固定孔8.添料仓柱面9.减震垫10.添料仓下锥面11.添料仓入料口12.分料盘盘面13.条形磁铁14.下紧固螺母15.辊轮架16.分料盘连接杆17.上紧固螺母18.辊轮连杆19.辊轮1.活动孔模2.模孔3.支撑模孔4.支撑模图5改进后的料仓结构示意图图4活动模具结构示意图Fig 5 Sketch map of the improved hoppFig 4 Sketch map of the movable flat mo根据物料的性质或生产要求,采用不同模孔截面形状、直径、个数和总长等不同结构尺寸的活动孔模。22改进料仓设计,控制喂入量和均匀喂料22.1喂料在时间和空间上的不均匀对于小型生物质成型设备而言,采用人工喂料可以节省传输带能耗,即便采用传输带自动喂料,也是1.分料盘盘面2.条形磁铁3.下紧固螺母由加工人员将物料添加到传输带上,再由传输带送入4.分料盘连接杆5.上紧固螺母料仓,两种喂料方式都很难避免两个问题。图6分料盘结构图22.1.1时间上的不均匀Fig 6 Sketch map of material sharing plate上料时断时续不均匀,特别是人工喂料,如用铲针对料仓进行改进,将料仓分为加工仓和添料其的喂料如是传输带上料人员往伶输带上制成中国煤化工接添料仓采用数料子则是一铲子、一铲子的喂料,用簸箕,则是一簸箕、仓,加工CNMHG通过螺栓联接。分料的时候也会有这种现象。如此料仓中一会料多,料盘传动杆与辊轮架联接,随辊轮架一起转动从而会料少设备工况不稳定,对成型质量也有影响,如带动分料盘转动。分料盘上布置有条形磁铁。2012年12月农机化研究第12期加工过程中,将物料加入添料仓,在重力作用下,性参数的影响很大因此只要在支撑模上安装不同直物料经入料口落入加工仓内的分料盘上。随着分料径、不同长径比以及不同锥度的活动模,一次加工过盘的转动及条形磁铁的带动,同时在离心力的作用下程中,在生物质原料物性参数相同的情况下就可对比原料被均匀分布到周向,从分料盘上落入到模具上不同结构对成型效果的影响研究分析出结构改进的由辊轮攫取加工为成型燃料。优劣。3结构改进后的优点与进一步试验设想3.4模辊间隙研究辊轮与平模模孔之间的间隙对各成型指标也有3.1维修简便,延长模具寿命定的影响。一般认为:在一定范围内增大平模压辊1)由于采用了活动孔模,当某个孔模磨损严重需的间隙,能够增大成型燃料密度,提升物理品质和成要更换时,只需从支撑孔底端向上推出或轻轻敲打出型率,但会使生产率下降,能耗上升;较小的间隙物料活动孔模,从支撑模的上端取出后更换即可,不需更容易被攫入,生产率高能耗低6。换整个平模。对于不同物性参数的生物质原料,应有一个较优2)在堵机时,可将堵死的孔模取出换上可用的孔的模辊间隙。通常采用调隙螺栓或更换辊轮架安装模,不耽误生产,再将取出的孔模利用台钻轻松的将垫片的方法,这种方法仍然存在拆装不便,调整不易堵塞的物料清除后备用。测量73.2新料仓的作用1)采用活动模具,可将活动孔模的上表面到支撑1)由入料口长度、截面尺寸及形状控制喂入量。模的上表面设置为不同的高度差,不用调整支撑模加工过程中只需工作人员不断地往添料仓内补充物辊轮架的装配关系。料,保证添料仓内的物料处于一定的高度范围,在重2)只需采用活动孔模与支撑模上表面各种高度力及振动的作用下,添料仓内的物料会落入加工仓差的活动孔模,在一次加工中就能对比出不同模辊间中,而落入的流量则由入料口长度、截面尺寸及形状隙对成型燃料物理品质及成型率的影响。控制。具体尺寸设计,需根据不同原料物性参数,经3)先后采用同一种表面高度差的活动孔模,可对试验测定。比不同间隙对能耗及生产率的影响2)由分料盘实现周向均匀喂料。分料盘通过分料盘传动杆由辊轮架带动一起旋转,随着分料盘的转4结论动及条形磁铁的带动,同时在离心力的作用下原料被通过试验研究,发现了原设备存在的缺点和不均匀分布到周向,实现均匀喂料。足,提出了结构改进和关键技术进一步研究的措施。3)分料盘上布置的条形磁铁还能将之前未清除1)原设备的可靠性不高,加工过程不稳定,适合的含有原磁体的金属材料吸住,避免硬度较高的铁及加工的含水率范围很窄。其合金进人加工仓。2)采用活动模具,可解决模具磨损较快和更换整4)由于添料仓内物料的阻挡,加工仓内的粉尘不个平模成本高的问题,可解决堵模后停机清理模孔耗会从料仓中散发出来减小了加工环境中的粉尘量。时费力和耽误生产的问题。3.3长径比研究3)采用活动模具,为开展长径比的研究、不同孔1)在模孔直径确定的情况下,改变长径比需改变径的研究、不同模孔入口锥度和模辊间隙等问题提供模孔的长度,采用不同长度的活动孔模即可;在平模较好的试验方法。厚度确定的情况下,改变长径比是改变模孔的直径,4)采用新型料仓可便于人工喂料控制喂入量和采用孔径不同的活动孔模即可均匀喂料,且减少料仓向环境散发的粉尘量。2)选用不同的长径比,无需更换支撑模,只需更5)经过试验,结合设备结构的改进,今后可继续换活动孔模,每个孔模可很方便地从支撑模的支撑孔在以下方面进行深入研究:针对长径比、入口锥度的底面向上推出,更换省时且方便,无需拆卸成型设备长度和角度及模辊间隙对各成型指标的影响;研究堆任何其他构件。腐发酵或中国煤化工稷入量的调节和控3)模孔采用不同长度和角度的入口锥度,只需更制传动系CNMHG优化设计;外观结换活动孔模。构的人性化设计等。4)由于平模机最优加工工况受生物质原料的物下转第213页)2012年12月农机化研究第12期Study on Distribution Characteristics of Temperature and Humidity andAmmonia inside Henhouse in WinterCheng Xiuhua, Mao Hanping, Zhao Guoqi, Zhao Jinlong(l Collage of Animal Science Techonology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2. Key Laboratory ofModern Agricultural Equipment and Technology, Ministry of Education Jiangsu Province, Jiangsu University, Zhen-iang 212013, China)Abstract: The main goal of the trail was to investigate the change of the temperature and relative humidity and ammoniaconcentration with the time and space inside closed henhouse in winter. Meanwhile, the correlativity was analysed.Themultimetering method was used to monitor the temperature and relative humidity and the ammonia concentration was de-termined by nessler's reagent colorimetric method. The results showed that the temperature and ammonia concentrationwere higher in-mid than other volume. The similar trend was found between the temperature and ammonia concentrationhowever it was inverse for the relative humidity and the ammonia concentration. The strong line correlativity was obtainedbetween the temperature and ammonia concentration and R=0. 971 8. Not any correlativity was found between the relative humidity and the ammonia concentration. In winter, the inside ammonia concentration was affected by the temperature. The relative humidity has almost influence on ammonia concentration in closed henheKey words: henhouse; temperature; relative humidity ammonia concentration(上接第209页)参考文献[4]卞丽娜,李继伟,何增富.平模机麦秸秆制块的试验研究[1]赵立欣,孟海波,姚宗路,等.中国生物质固体成型燃料技[J].农业装备技术,2010,36(5):16-19术和产业[].中国工程科学,2011,13(2):78-82[5]梁浩,吴德胜,崔巍,等.生物质燃料平模制粒成型技术试[2]孔雪辉,王述洋,黎粤华.生物质燃料固化成型设备发展验研究[J].农业机械,20(4):78-80现状及趋势[J].机电产品开发与创新,2010,23(2):12[6]陈义厚三锥辊式平模制粒机模辊间隙的探讨[J].长江大学学报,2009,6(4):77-79[3]回彩娟生物质燃料常温高压致密成型技术及成型机理7]陈进福沈振青,俞德忠辊轮与平模间隙的调隙新机构研究[D].北京:北京林业大学,2006[J].渔业机械仪器,1994,21(108):8-9Abstract id:1003-188X(2012)12-0206-EAStructure Improvement of Plat Mold Biomass Forming MachineLiang Yu, Zhou Liying, Huang Haomin, Yao GuwenDepartment of Mechanical of Electronic Engineering, Guiyang University, Guiyang 550005, China)Abstract: The producing of biomass forming fuel is tested by a flat mold forming machine as the material of corn stalksand straw. The shortcomings and deficiencies of the equipment are founded. The movable flat mold and the improvedhopper are proposed. Using the movable flat mold can extend the life of mold, save cost and time, be easy to replace, beversatility, and be suited for experiment study. The advantage of using the improved hopper is what can easy to controlthe feed rate, distribute biomass material even and reduce the raising dust. The feasible ways to further research of keyproduction technology are proposed by improving the structure.Key words biomass fuel; forming machine; flat mold中国煤化工CNMHG213