秸稈壓塊機(jī)設(shè)計(jì) (2)（機(jī)械CAD圖紙）

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1、 摘要 本文論述了生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，并比較了各生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)。在對麥秸壓塊機(jī)的模輥受力情況分析基礎(chǔ)之上，利用簡化力學(xué)模型計(jì)算了麥秸壓塊機(jī)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)，通過對其動力的設(shè)計(jì)確定電動機(jī)的選擇，對碾壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算確定電動機(jī)的功率，成型?？椎脑O(shè)計(jì)及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，心軸的校核，鍵的選擇及強(qiáng)度校核等。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了用于生產(chǎn)秸稈成型壓塊的麥秸壓塊機(jī)。 關(guān)鍵詞： 生物質(zhì)壓縮成型,力學(xué)模型,制粒機(jī) Abstract The

2、developing history and current research status of biomass compressive shaping technology was described in this thesis and all kinds of equipment for biomass formation were also compared. On the basis of analysis on forces exerted on flat die and rollers, main technical parameters of flat die pellet

3、mill were calculated by applying simplified force model, Through the design of the power to determine the motor selection, For the rolling device design calculation to determine the power of the motor, the design of forming die and the design of transmission system,spindle check,selection of key and

4、 intensity,etc,On this basis,the design for the production of straw briquette, press block of flat die straw briquette machine. Keywords: biomass compression molding model die pelletizer 目錄 摘要I 1 緒論 1 1.1 課題研究的背景和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究綜述 1 1.3 生物質(zhì)壓縮成型機(jī)種類..............

5、......................................9 2 壓塊機(jī)動力學(xué)分析與計(jì)算 13 2.1 壓塊機(jī)的工作過程 13 2.2 模輥壓塊作用的運(yùn)動學(xué)分析 13 2.3 模輥壓塊作用的力學(xué)分析 14 2.4 簡化力學(xué)分析 15 2.5 輥輪作用力計(jì)算 16 3 總體設(shè)計(jì) 19 3.1 制粒機(jī)主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算 19 3.2 傳動裝置設(shè)計(jì) 20 3.3 碾壓裝置的設(shè)...............................................................

6、. 24 3.4 主軸設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核.............................................. 26 4 軸承的選擇............................................................................30 4.1 軸承分類.......................................................................30 4.2 軸承選擇方法.................................

7、...............................31 5 結(jié)論及后續(xù)展望 36 致謝 37 參考文獻(xiàn) 38 1 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的剩余物。例如，殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈，農(nóng)副產(chǎn)品加工后剩余的稻殼、 玉米芯和花生殼等， 林業(yè)生產(chǎn)過程中殘留的樹枝、 樹葉、木屑和木材加工的邊角料等。上述農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)資源通常松散地分布在大面積范圍內(nèi)，堆積密度比較低，給收集、運(yùn)輸、儲藏和應(yīng)用帶來了一定的困難。 由此，人們提出

8、了生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)，即在一定溫度和壓力作用下，利用木質(zhì)素充當(dāng)粘合劑，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林生物質(zhì)壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀的成型燃料。壓縮后的成型燃料能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，提高了運(yùn)輸和貯存能力；燃燒特性明顯得到改善，提高了利用效率。 生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)是生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，不僅可以為家庭提供炊事、取暖用能，也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料，替代煤、天然氣、燃料油等化石能源，近年來日益受到人們的廣泛關(guān)注。 我國生物質(zhì)能資源非常豐富，但是，作為一種散拋型低容重的能源存在形式，生物質(zhì)能源具有資源分散、能量密度低、容重小、儲運(yùn)不方便等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了生物質(zhì)能的大

9、規(guī)模應(yīng)用。所以生物質(zhì)高品位轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究便成為人們開發(fā)利用生物質(zhì)能的重點(diǎn)。 而近年來對生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展，為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈等重新提供了一條途徑。 1.2 國內(nèi)外研究綜述 1.2.1生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究始于20 世紀(jì)初，到目前為止，世界上各個(gè)國家研究的重點(diǎn)還是集中在生物質(zhì)壓縮成型燃料的制造技術(shù)和相應(yīng)燃燒設(shè)備的開發(fā)上。 1.2.1.1 國外發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 國外的生物質(zhì)致密固化成型產(chǎn)品現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢： 　　國外生物質(zhì)致密固化成型產(chǎn)品的發(fā)展分為三個(gè)階段，從20世紀(jì)30-50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階

10、段，研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)，最早是英國一家機(jī)械研究所以煤泥原料研制成的，后用于加工褐煤和精煤，逐步發(fā)展到用造紙廠的廢棄物。20世紀(jì)30年代，螺旋式成型機(jī)在美國開始設(shè)計(jì)生產(chǎn)；同時(shí)，現(xiàn)代化的活塞式成型機(jī)也在瑞典、德國得到推廣。以鋸末為原料的燃料塊在市場上有了競爭力，50年代后又相繼產(chǎn)生以油壓、水壓為動力的生物質(zhì)壓縮成套設(shè)備以及以機(jī)械為動力滾筒式小顆粒成型設(shè)備。 　　20世紀(jì)70-90年代為第二階段，各國普遍重視化石能源對環(huán)境的影響，同時(shí)由于出現(xiàn)能源危機(jī)，生物質(zhì)壓縮固化成型燃料發(fā)展很快，西歐及日本等國家已成為一種產(chǎn)業(yè)。1984年日本已有172家工廠生產(chǎn)生物質(zhì)壓縮固化成型燃料，年總產(chǎn)量達(dá)2

11、6萬噸。 　　第三階段為90年代后，首先以丹麥為首開展了規(guī)模化利用研究工作，率先研制成功了利用生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電廠，隨后瑞典、德國、奧地利等過都先后開展利用生物質(zhì)固化成型燃料發(fā)電和作為大型鍋爐的代替燃料的研究，聯(lián)合國也將此作為重點(diǎn)研究開發(fā)項(xiàng)目。 美國在1993-1998年，每年生物質(zhì)壓縮固化成型燃料銷售總量約50-60萬噸，占住宅取暖需求量的0.025%；目前，已在25個(gè)州建立了樹皮成型燃料加工廠，每天產(chǎn)量超過300噸。歐洲現(xiàn)有上百家固化成型燃料加工廠，瑞典2000年生物質(zhì)壓縮固化成型燃料的生產(chǎn)能力已達(dá)到100萬噸，人均年耗量達(dá)160公斤。亞洲的菲律賓，越南等在2003年建立了4座以木材廢

12、棄物為原料、年產(chǎn)量達(dá)20萬噸的大型固化成型燃料加工廠。 　　國外生物質(zhì)固化成型技術(shù)發(fā)展有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 　　一是生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并達(dá)到規(guī)?；蜕唐坊?；二是已由過去燒壁爐的生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)階段；設(shè)備制造比較規(guī)范，耗能較高、成本較貴，同等生產(chǎn)能力的設(shè)備是國內(nèi)的5-10倍 在發(fā)達(dá)國家中，生物質(zhì)能研究開發(fā)應(yīng)用工作主要集中于氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。 　　美國2004年生物質(zhì)能供應(yīng)量72Mtoe，約占美國能源供應(yīng)總量的3%，計(jì)劃2030年達(dá)到30%。 　　歐盟2003年歐盟25國生物質(zhì)能消費(fèi)量69Mtoe, 約占?xì)W盟能源消費(fèi)總量的4%，計(jì)劃2010年達(dá)到8.6%。

13、 　　國外生物質(zhì)能政策的出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)： 　　（1）保障國家能源安全，提高能源自我供給能力； 　?。?）促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和農(nóng)村發(fā)展，把發(fā)展“能源農(nóng)業(yè)”作為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 　　（3）增加新的就業(yè)機(jī)會，把發(fā)展生物質(zhì)能看作是解決本國就業(yè)問題的一個(gè)重要手段； 　　研究表明：在工業(yè)化國家，陸上石油（包括開采、冶煉和銷售）每百萬噸標(biāo)準(zhǔn)有的能源需要工作崗位959個(gè)：煤炭業(yè)為925個(gè)；天然氣業(yè)為430個(gè)。而生物質(zhì)固體燃料業(yè)為3000-5000個(gè)；生物乙醇業(yè)為18000-28000個(gè)；生物柴油業(yè)為29000個(gè)；生物質(zhì)發(fā)電業(yè)為1650個(gè)。 　　（4）改進(jìn)環(huán)境保護(hù)，把發(fā)展生物質(zhì)能源

14、看作減少CO2排放的重要措施。 　　國外主要生物質(zhì)能政策：美國 （1）政府行政命令 1999年，總統(tǒng)克林頓簽署13134號‘開發(fā)和推進(jìn)生物及產(chǎn)品和生物能源’的總統(tǒng)令，提出‘目前生物基產(chǎn)品和生物能源技術(shù)有潛力將各再生農(nóng)林資源轉(zhuǎn)換成能滿足人類需求的電能、燃料、化學(xué)物質(zhì)、藥物及其它物質(zhì)的主要來源。這些領(lǐng)域的技業(yè)和雇傭機(jī)會；為農(nóng)林業(yè)廢棄物建立新的市場；給未被充分利用的土地帶來經(jīng)濟(jì)機(jī)會；以及減少我國對進(jìn)口石油的依賴和溫室氣體的排放，改善空氣和水的質(zhì)量?！⑻岢隽恕?010年生物基產(chǎn)品和生物能源擴(kuò)大三倍，2020年增加十倍，每年為農(nóng)民和鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)新增200億美元的收入和減少一億噸碳排放量’的宏大

15、目標(biāo)。 　　(2) 生物質(zhì)能立法與政策措施 　　2002年國會通過了‘生物質(zhì)研究開發(fā)法案’，制定了（生物質(zhì)技術(shù)路線圖,成立了‘生物質(zhì)項(xiàng)目辦公室’即生物質(zhì)技術(shù)咨詢委員會。2002年通過了‘農(nóng)田安全和農(nóng)村地區(qū)發(fā)展法案’。提出鼓勵(lì)生物質(zhì)發(fā)展的一些政策措施，包括；要求農(nóng)業(yè)部制定政府生物質(zhì)能采購政策，協(xié)調(diào)分?jǐn)偵镔|(zhì)商業(yè)項(xiàng)目的成本；鼓勵(lì)生物質(zhì)能相關(guān)領(lǐng)域的教育計(jì)劃；鼓勵(lì)農(nóng)民、農(nóng)場主和農(nóng)村小型實(shí)體使用可再生能源技術(shù)和產(chǎn)品，購買可再生能源系統(tǒng)等。 　　2005年頒布（能源政策法）.它是一部綜合性能源法規(guī)，規(guī)定了一系列的鼓勵(lì)生物質(zhì)能發(fā)展的政策措施，包括：稅收激勵(lì)；強(qiáng)制性聯(lián)邦政府購買可再生能源產(chǎn)品配額；強(qiáng)制性

16、的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；生物能產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)補(bǔ)貼；生物質(zhì)技術(shù)研發(fā)支持；貸款擔(dān)保等。 　　(3) 政府部門有專門的生物質(zhì)能發(fā)展計(jì)劃 　　 如能源部制定的‘美國生物質(zhì)路線圖’；生物質(zhì)能辦公室管理的‘生物能多年計(jì)劃’；環(huán)保署管理的‘甘蔗乙醇計(jì)劃’。 　　(4) 地方州政府的優(yōu)惠政策 　　美國各州和地方政府通過稅收減免、低息貸款及其它的財(cái)政手段鼓勵(lì)生物質(zhì)能產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。 　　其中有18個(gè)州和華盛頓特區(qū)對電力供應(yīng)實(shí)行包括生物質(zhì)在內(nèi)的可再生能源配額制；14個(gè)州建立了可再生能源效益基金。 　　 歐盟 　　(1) 歐盟政策 　　 通過發(fā)布一系列的政策法令。為歐盟及成員國生物質(zhì)能源和其它可

17、再生能源的開發(fā)利用提供指導(dǎo)。以發(fā)布的有關(guān)文件是：2001年發(fā)布的<2010歐洲交通政策白皮書>、<歐盟可再生能源發(fā)電令>；2003年發(fā)布的<能源生產(chǎn)與電力稅收法令>、<歐盟交通生物質(zhì)燃料法令>、<歐盟內(nèi)部電力市場法令> 　通過《歐盟能源各級計(jì)劃》為生物質(zhì)能技術(shù)的研發(fā)、推廣、示范提供資金支持。 　　通過歐盟委員會下設(shè)的能源環(huán)保研究機(jī)構(gòu)為歐盟委會及成員國的政府、研究機(jī)構(gòu)、公司提供生物質(zhì)資源、技術(shù)等方面的信息服務(wù)。 　　(2) 成員國政策 　　 歐盟成員國也以法律或聯(lián)邦政府法令的方式建立起促進(jìn)生物質(zhì)能技術(shù)研發(fā)、投資、生產(chǎn)和消費(fèi)的政策框架。如;德國、西班牙等15國對生物質(zhì)發(fā)電實(shí)行保護(hù)性電價(jià)

18、；德國、英國、芬蘭、丹麥等11國為生物質(zhì)供熱提供投資補(bǔ)貼；瑞典、荷蘭、意大利等4國為生物質(zhì)供熱免稅。 　　(3) 州和地方政策 　　各國地方政府積極采取措施租金生物質(zhì)嫩黃的發(fā)展。如各國的巴伐利亞洲政府把發(fā)展生物質(zhì)能列為該州發(fā)展非食品農(nóng)業(yè)、租金農(nóng)村社會發(fā)展的重要舉措，制定了州生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)。州政府整合地方基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、市場營銷等機(jī)構(gòu)，成立了州生物質(zhì)能技術(shù)開發(fā)中心。并為村落型生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目提供配套補(bǔ)貼資金。 1.2.1.2 國內(nèi)發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 我國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)并開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間開展了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)的研制及

19、對生物質(zhì)成型理論的研究；湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠于1985年研制了第一臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)；江蘇省連云港東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn)了一臺OBM-88棒狀燃料成型機(jī)；1990年前后，陜西省武功縣輕工機(jī)械廠， 河南工藝包裝設(shè)備廠等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)模的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組；1994 年湖南農(nóng)大、中國農(nóng)機(jī)能源動力所分別研究出PB-1 型、CYJ -35 型機(jī)械沖壓式成型機(jī)；1997 年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)又研制出HPB-1型液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)；2002年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備。目前我國成型機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定的規(guī)模，熱點(diǎn)主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上，但是，仍然存在著諸如成

20、型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短電耗大等問題，因此有待于進(jìn)一步深入研究。 中國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈壓塊機(jī)，生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。南京林業(yè)化工研究所在“七五”期間設(shè)立了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究課題，湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠為處理糧食剩余谷殼，于1985年根據(jù)國外樣機(jī)試制了第一臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。江蘇省連云港市東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn)了一臺OBM-88棒狀燃料成型機(jī)．1990年以后，陜西武功輕工機(jī)械廠，湖南農(nóng)村能源辦公室以及河北正定縣常宏木炭公司等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和炭化機(jī)組，1998年初，東南大

21、學(xué)，江蘇省科技情報(bào)所和國營9305廠研制出了“MD-15”型固體燃料成型機(jī)。20世紀(jì)90年代期間河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國農(nóng)機(jī)能源動力研究所分別研究出PB-I型機(jī)械沖壓式成型機(jī)，HPB系列液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)，CYJ-35型機(jī)械沖壓式成型機(jī)，進(jìn)入21世紀(jì)，中南林學(xué)院，遼寧省能源研究所研制的顆粒成型機(jī)，南京林產(chǎn)化工研究所研制的多功能成型機(jī)，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院研制的活塞式液壓成型機(jī)，在國內(nèi)都已形成或正在形成產(chǎn)業(yè)化。 盡管引進(jìn)和研究的有很多種生物質(zhì)成型機(jī)械，但我國發(fā)展的壓縮成型機(jī)基本上就兩種：螺旋擠壓成型機(jī)和液壓沖壓成型機(jī)，國內(nèi)螺旋擠壓成型機(jī)在運(yùn)行的曾有800多臺，生產(chǎn)能力多在100～200k

22、g.t-1之間，電機(jī)功率7.5—18kW，電加熱功率2—4kW，生產(chǎn)的成型燃料大多為棒狀，直徑50—70mm，單位產(chǎn)品電耗70—100kWh.t-1，目前這些設(shè)備大都停止了運(yùn)行，主要原因是：以木屑為原料，市場和資源的針對性差，成本高。螺旋擠壓設(shè)備磨損嚴(yán)重，維修周期短(60～80h)，耗能高。由此看來螺旋式成型機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是螺桿的使用壽命。由遼寧省能源研究所用特種材料研制的螺桿已經(jīng)問世，其連續(xù)使用時(shí)間已達(dá)500小時(shí)，但成本相當(dāng)高，而液壓式生物質(zhì)成型機(jī)是液壓驅(qū)動活塞沖壓成型，其運(yùn)行性能穩(wěn)定，延長了易損件的使用壽命；2002年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程系研究的第三代液壓驅(qū)動式(HPB-III型)，是

23、雙頭活塞式秸稈成型機(jī)，解決了螺旋擠壓式成型機(jī)存在的螺桿磨損快問題，技術(shù)基本成熟。 1.2.2生物質(zhì)壓縮成型原理 植物質(zhì)原料中含有纖維素、半纖維素、木素、樹脂和蠟等物質(zhì)。一般在闊葉木、針葉木中，木素含量為27—32%(絕干原料)、禾草類中含量為14—25%。現(xiàn)在知道木質(zhì)素是具有芳香族特性的結(jié)構(gòu)，單體為苯基丙烷型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物，不同種類的植物質(zhì)都含有木質(zhì)素，而其組成、結(jié)構(gòu)不完全一樣。在常溫下木質(zhì)素主要部分不溶于有機(jī)溶劑，它屬于非晶體，沒有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)溫度為70～110℃時(shí)軟化具有粘性。當(dāng)溫度到達(dá)200～300℃時(shí)成熔融狀，粘性高，此時(shí)加以一定的壓力使植物質(zhì)各部分粘結(jié)在模具內(nèi)成型。

24、對植物質(zhì)原料加熱軟化，也利于減少成型的擠壓力。燃料可按用戶要求，使用不同規(guī)格的模具，制成多種規(guī)格尺寸的成型燃料品。因此現(xiàn)代的壓縮成型設(shè)備，尤其是生物質(zhì)成型塊較大的機(jī)械，多在成型模的末端，用電阻絲加熱，達(dá)到既成型又減少阻力的目的。 由于植物生理方面的原因，生物質(zhì)原料的結(jié)構(gòu)通常都比較疏松，密度較小。這些質(zhì)地松散的生物質(zhì)原料在受到一定的外部壓力后，原料顆粒先后經(jīng)歷重新排列位置關(guān)系、顆粒機(jī)械變形和塑性流變等階段。體積大幅度減小，密度顯著增大。由于非彈性或粘彈性的纖維分子之間的相互纏繞和絞合，在去除外部壓力后，一般不能再恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)形狀。對于木質(zhì)素等粘彈性組分含量較高的原料，如果在成型溫度達(dá)到木質(zhì)素

25、的軟化點(diǎn)，則木質(zhì)素就會發(fā)生塑性變形，從而將原料纖維緊密地粘結(jié)在一起，并維持既定的形狀，成型燃料塊經(jīng)冷卻降溫后，強(qiáng)度增大，即可得到燃燒性能類似于木材的生物質(zhì)成型燃燒塊；對于木質(zhì)素含量較低的原料，在壓縮成型過程中，加入少量的諸如粘土、淀粉、廢紙漿等無機(jī)、有機(jī)和纖維類粘結(jié)劑，也可以使壓縮后的成型塊維持致密的結(jié)構(gòu)和既定的形狀。因?yàn)檫@些粘結(jié)劑加入后，生物質(zhì)粒子表面會形成一種吸附層，使顆粒之間產(chǎn)生一種引力(即范德瓦爾斯力)，同時(shí)在較小外力作用下粒子之間也可產(chǎn)生靜電引力(Electrostatic forces)致使生物質(zhì)粒子間形成連鎖(Interlocking)結(jié)構(gòu)。被粉碎了生物質(zhì)粒子在外壓力和粘結(jié)劑作用

26、下，重新組合成具有一定形狀的生物質(zhì)成型塊，這種成型方法需要的壓力比較小。對于某些容易成型的材料則不必加熱，也不必加粘結(jié)劑，但在粉碎顆粒需要細(xì)小，結(jié)構(gòu)成型壓力需要大，滾筒擠壓式小顆粒成型實(shí)際就是這種類型。? 1.2.3 生物質(zhì)壓縮成型工藝 生物質(zhì)壓縮成型在加工方式上可分為冷壓成型與熱壓成型，干態(tài)成型與濕壓成型， 以及加粘結(jié)劑或不加粘結(jié)劑。根據(jù)主要工藝特征的差別，可將這些工藝從廣義上分為常溫濕壓成型、熱壓成型和碳化成型和冷壓態(tài)成型。 （1） 常溫濕壓成型工藝 常溫濕壓成型工藝常用于含水量較高的原料。纖維類原料經(jīng)一定程度的腐化后，會損失一定能量，但是其擠壓、加壓性能會有明顯改善。纖維類原料在

27、常溫下，浸泡數(shù)日水解處理后，其壓縮成型特性明顯改善，纖維變得柔軟、濕潤皺裂并部分降解，易于壓縮成型。利用簡單的模具，將部分降解后的農(nóng)林廢棄物中的水分?jǐn)D出，即可形成低密度的壓縮成型燃料塊。這一技術(shù)在泰國、菲律賓等國得到一定程度的發(fā)展，所生產(chǎn)的成型燃料塊平均熱值約23KJ/kg，被當(dāng)?shù)胤Q為“綠色碳”，在燃料市場上具有一定的競爭能力。 常溫濕壓成型一般設(shè)備比較簡單，容易操作，但是成型部件磨損較快，烘干費(fèi)用高， 多數(shù)產(chǎn)品燃燒性能較差。 （2） 熱壓成型工藝 熱壓成型工藝是目前普遍采用的生物質(zhì)壓縮成型工藝。其工藝流程為：原料粉碎—干燥混合—擠壓成型—冷卻包裝。 熱壓成型技術(shù)發(fā)展到今天，已有各種各

28、樣的成型工藝問世，總的看來可以根據(jù)原料被加熱的部位不同，將其劃分為兩類：一類是原料只在成型部位被加熱，稱為“非預(yù)熱熱壓成型工藝”；另一類是原料在進(jìn)入壓縮機(jī)構(gòu)之前和在成型部位被分別加熱，稱為“預(yù)熱熱壓成型工藝”。兩種工藝的不同之處在于預(yù)熱熱壓成型工藝在原料進(jìn)入成型機(jī)之前對其進(jìn)行了預(yù)熱處理，這樣降低了成型所需壓力，從而大幅度提高了成型部件的使用壽命，顯著降低了單位能耗。 （3）炭化成型工藝 根據(jù)工藝流程不同，炭化成型工藝又可分為兩類，一類是先成型后炭化；一類是先炭化后成型。 1．先成型后炭化工藝 工藝流程為：原料——粉碎干燥——成型——炭化——冷卻包裝。 先用壓縮成型機(jī)將松散碎細(xì)的植物廢

29、料壓縮成具有一定密度和形狀的燃料棒，然后，用炭化爐將燃料棒炭化成木炭。 2．先炭化后成型工藝 工藝流程為：原料——粉碎除雜——炭化——混合粘結(jié)劑——擠壓成型——成品干燥， 包裝。 先將生物質(zhì)原料炭化成粉粒狀木炭，然后再添加一定量的粘結(jié)劑，用壓縮成型機(jī)擠壓成一定規(guī)格和形狀的成品木炭。由于原料纖維結(jié)構(gòu)在碳化過程中受到破壞，高分子組份受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭并釋放出揮發(fā)份，使其擠壓成型特性得到改善，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓過程中的能量消耗降低。 但是，炭化后的原料在擠壓成型后維持既定形狀的能力較差，貯運(yùn)和使用時(shí)容易開裂和破碎，所以壓縮成型時(shí)一般要加入一定量的粘結(jié)劑。 如果在成型過程中不使用粘結(jié)劑，要保

30、證成型塊的貯存和使用性能， 則需要較高的成型壓力，這將明顯提高成型機(jī)的造價(jià)。 （4） 冷壓成型工藝 生物質(zhì)冷壓成型工藝即在常溫下將生物質(zhì)顆粒高壓擠壓成型的過程。其粘接力主要是靠擠壓過程所產(chǎn)生的熱量，使得生物質(zhì)中木質(zhì)素產(chǎn)生塑化粘接。 冷壓成型工藝一般需要很大的成型壓力，為了降低成型壓力，可在成型過程中加入一定的粘結(jié)劑。如果粘結(jié)劑選擇不合理，會對成型燃料的特性有所影響，因此在冷壓成型工藝中，粘結(jié)劑的選擇是致關(guān)重要的。 1.3 生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備 目前，國內(nèi)外最常見的成型設(shè)備是螺旋擠壓式成型機(jī)、活塞沖壓式成型機(jī)和壓輥式顆粒成型機(jī)。 1.3.1 螺旋擠壓式成型機(jī) 螺旋擠壓式成型機(jī)利用螺桿

31、擠壓生物質(zhì)，靠外部加熱，維持成型溫度150～300℃使木質(zhì)素、纖維素等軟化，擠壓成生物質(zhì)壓塊。為避免成型過程中原料水份的快速汽化造成成型塊的開裂和“放炮”現(xiàn)象發(fā)生，一般將原料的含水率控制在8～12%之間， 成型壓力的大小隨原料和所要求成型塊密度的不同而異，一般在4900～12740Pa 之間， 成型燃料形狀通常為直徑50～60mm的空心燃料棒。 螺旋擠壓式成型機(jī)開發(fā)應(yīng)用最早，當(dāng)前應(yīng)用最為普遍。這類成型機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、生產(chǎn)連續(xù)性好，主要問題是螺桿磨損嚴(yán)重、使用壽命短以及單位產(chǎn)品能耗高。為了解決螺桿首端承磨面磨損嚴(yán)重這一問題，現(xiàn)在大多采用噴焊鎢鈷合金，焊條堆焊618或碳化鎢， 或是采用局部滲硼處理和

32、振動堆焊等方法對螺桿成 型部位進(jìn)行強(qiáng)化處理。如圖1-1所示。 圖1-1 螺旋式擠壓成型機(jī)構(gòu) 1.3.2 活塞沖壓式成型機(jī) 活塞沖壓式成型機(jī)的成型是靠活塞的往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。按驅(qū)動力不同分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式?jīng)_壓成型機(jī)是利用飛輪儲存的能量. 通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)，帶動沖壓活塞，將松散的生物質(zhì)沖壓成生物質(zhì)壓塊。液壓式?jīng)_壓成型機(jī)是利用液壓油缸所提供的壓力，帶動沖壓活塞使生物質(zhì)沖壓成型。沖壓式成型機(jī)通常用于生產(chǎn)實(shí)心燃料棒或燃料塊，所得的產(chǎn)品是壓縮塊其密度介于0.8～1.1之間。其中液壓式?jīng)_壓成型機(jī)對原料

33、的含水率要求不高，允許原料含水率高達(dá)20%左右。 活塞沖壓式成型機(jī)通常不用電加熱，成型物密度稍低，容易松散，與螺旋擠壓式成型機(jī)相比，明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的問題，但由于存在較大的 振動負(fù)荷，所以機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定性差，噪音較大，潤滑油污染也較嚴(yán)重。如圖1-2 所示。 圖 1-2 活塞式擠壓成型機(jī)構(gòu)示意圖 1.3.3 壓輥式顆粒成型機(jī) 壓輥式成型機(jī)的基本工作部件由壓輥和壓模組成。其中壓輥可以繞自己的軸轉(zhuǎn)動。 壓輥的外周加工有齒或槽，用于壓緊原料而不致打滑。壓模有圓盤或圓環(huán)形兩種，壓模上加工有成型孔，原料進(jìn)入壓輥和壓模之間，在壓輥的作用下

34、被壓入成型孔內(nèi)。從成型孔內(nèi)壓出的原料就變成圓柱形或棱柱形，最后用切斷刀切成顆粒狀成型燃料。用壓輥式成型機(jī)生產(chǎn)顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，可根據(jù)原料狀況添加少量粘結(jié)劑，對原料的含水率要求較寬，一般在10～40%以下均能很好成型，顆粒成型燃料的密度為1.0～1.4。壓輥式成型機(jī)主要用于大型木材加工廠木屑加工或造紙廠秸稈碎屑的加工。 如圖1-3所示 圖 1-3 環(huán)模式擠壓成型機(jī)構(gòu)示意圖 1.3.4生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備性能比較 圖1-4設(shè)備性能比較 技術(shù) 類型 原料要求 發(fā)展現(xiàn)狀 主要優(yōu)缺

35、點(diǎn) 發(fā)展趨勢 環(huán)模壓輥成型 要求原料含水率15～20%，粒度小于10mm。 在成型物料行業(yè)已經(jīng)商業(yè)化階段，成型燃料處于半商業(yè)化階段。 生產(chǎn)能力較高，產(chǎn)品質(zhì)量好；模具易損、堵塞，維修成本較高。 降低成本， 實(shí)現(xiàn)商業(yè)化 壓輥成型 要求原料含水率15～20%，粒度小于10mm。 技術(shù)比較成熟，進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段。 設(shè)備簡單，制造成本較低；生產(chǎn)能力較低。 適宜小規(guī)模生 產(chǎn) 對輥擠壓成型 要求原料含水率10～35%，粒度小于10mm。 技術(shù)處于研發(fā)階段。 對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，能耗、機(jī)器損耗較低；生產(chǎn)能力較低。 提高生產(chǎn)能力， 適宜中小規(guī)模 生產(chǎn) 機(jī)械活塞成型 要求

36、原料含水率在20%以內(nèi)，粒度小于40mm。 技術(shù)處于半商業(yè)化、商業(yè)化階段。 能耗較低，產(chǎn)品耐儲存、密度大；設(shè)備穩(wěn)定性差、振動大，有潤滑污染問題。 配套鍋爐， 適宜規(guī)?；l(fā)展。 液壓活塞成型 要求原料含水 率在12%以內(nèi)，度小于40mm。 技術(shù)處于商業(yè)化階 段 成型設(shè)備部件工作方式改變，壽命提高，能耗下降，較之機(jī)械活塞運(yùn)行平穩(wěn)； 生產(chǎn)能力較低，易發(fā)生“ 放炮” 現(xiàn)象，產(chǎn)品易開裂。 提高生產(chǎn)能力， 增強(qiáng)對原料濕 度的適應(yīng)性，適 宜規(guī)?；l(fā)展。 螺旋熱壓成型 要求原料含水 率在8%～12%內(nèi)，粒度小于40mm。 技術(shù)進(jìn)入半商業(yè)化、商業(yè)化階段。 產(chǎn)品耐儲存、密度高，

37、可加工成各種形狀；套筒易磨損，維修成本較高， 對原料適度要求嚴(yán)，易發(fā)生“放炮” 現(xiàn)象。 適宜中小規(guī)模生產(chǎn) 2壓塊機(jī)動力學(xué)分析與計(jì)算 2.1 制粒機(jī)的工作過程 立式擠壓制粒機(jī)的制粒是在輥輪下的模板孔中完成。輥輪安裝在十字輥輪架上，輥輪架與主軸用花鍵聯(lián)接，多孔模板處在輥輪下面，并與輥輪底邊有一間隙，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動輥輪架轉(zhuǎn)動，當(dāng)模板上布了一層物料時(shí)，靠輥輪圓周面與物料面的摩擦，使輥輪轉(zhuǎn)動起來，即輥輪架公轉(zhuǎn)，輥輪自轉(zhuǎn)，模板上一層料隨輥輪自轉(zhuǎn)而被碾壓入模板小孔中，料不斷布在模板上，輥輪一次次碾壓過，圓柱狀條料從模板下面擠出，由旋轉(zhuǎn)割刀切成短柱狀領(lǐng)粒，落到轉(zhuǎn)動的出料盤上

38、，依靠離心力從切線方向甩出，經(jīng)熟化包裝。制粒機(jī)主電機(jī)經(jīng)V帶輪一級減速后，再經(jīng)圓錐齒輪進(jìn)行二級減速，并轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻闹鬏S轉(zhuǎn)動，帶動輥輪架、輥輪及其它部件旋轉(zhuǎn)，完成擠壓制粒的工作。 2.2 模輥制粒作用的運(yùn)動學(xué)分析 制粒機(jī)工作過程中模輥運(yùn)動情況如圖3-1所示，壓輥與壓模作相向運(yùn)動。壓輥?zhàn)髌矫孢\(yùn)動，在隨同壓輥軸作圓周運(yùn)動的同時(shí)繞軸自轉(zhuǎn)，壓模作繞軸轉(zhuǎn)動。散狀物料在壓輥和壓模跳作用下 ，經(jīng)過壓縮進(jìn)入?？祝瑝簩?shí)后成柱狀擠出，由切刀切割成圓柱形顆粒。在制粒過程中，壓模的轉(zhuǎn)速為，壓輥的轉(zhuǎn)速為。壓輥相對于壓模的運(yùn)動，不僅有滾動，亦有滑動，其滾動方式和速度的大小隨著物料壓實(shí)均勻度的變化和著力點(diǎn)的不同而變化

39、。 圖2-1 制粒機(jī)模輥運(yùn)動分析圖 當(dāng)沿壓輥軸向作用半徑處為壓實(shí)著力點(diǎn)時(shí)，沿壓輥軸向作用半徑R處輥模間的相對滑動速度V為 當(dāng)時(shí)，V值為零，壓輥處于純滾動狀態(tài)。 當(dāng)時(shí)，V為正值，壓輥以處的轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)動，壓輥相對于壓模轉(zhuǎn)動線速度小于純滾動所要求的速度，壓輥相對于壓模做一部分無轉(zhuǎn)動的平移滑動，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)動線速度不足。其速度V值的大小，隨著R的增加而增加，在處達(dá)到最大值，即在壓模最外圈輥模間的于移滑動速度最大。 當(dāng)時(shí)，V為負(fù)值，壓輥同樣以處的轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)動 ，壓輥相對于壓模的轉(zhuǎn)動線速度大于純滾動所要求的速度 ，壓輥相于壓模作做一部分無行程空轉(zhuǎn)滑動，以減消轉(zhuǎn)動線速度的超出部分。其速

40、度V絕對值的大小，隨著R的減小而增加，在處達(dá)到最大值，即在壓模最內(nèi)圈輥模間的空轉(zhuǎn)滑動速度最大。 2.3 模輥制粒作用的力學(xué)分析 制粒機(jī)的制粒理論研究表明，松散粉狀物料壓制成硬顆粒物料的過程，是一個(gè)熱力學(xué)粘附和微粒間引力通過施加外界壓力使粉狀微粒變形、粘合、密結(jié)的過程，最后形成保持一定密度和硬度的硬顆粒。其制粒質(zhì)量除取決于粉狀物料的組成和物化狀態(tài)外，主要還取決于制粒過程中輥模間的作用力。圖2-2為制粒機(jī)壓輥任一截面處，制粒過程模輥?zhàn)饔檬芰κ疽鈭D。 在顆粒壓制過程中，松散的粉狀物料從A點(diǎn)進(jìn)入模輥擠壓空間，并隨著壓輥的轉(zhuǎn)動，被擠緊壓實(shí)，壓力和密度逐漸增加，在壓力克服了?？着c物料的間的摩擦力時(shí)

41、，從模孔中擠壓出來，C點(diǎn)完成整個(gè)壓制過程。 圖2-2模輥?zhàn)饔檬芰κ疽鈭D 如圖2-2所示，制粒機(jī)顆粒壓制過程中，壓輥軸向任一截面處，作用于壓輥上的力有軸心O 處主動力的水平分力P和垂直分力Q在壓輥喂料角范圍內(nèi)的AC弧上，分布著單位長度上為N的徑向反力和單位長度為F的切向摩擦反力。作用于被壓制物料上的力有：在弧上分布著和N、F大小相等方向相反的作用力和，在物料與壓模接觸線CD上，分布著單位長度上為T的接觸反力和單位長度上為S的摩擦反力。其中單位長度上的反力N、F、S和T隨著作用角α的變化而變化其大小是作用角α的函數(shù)，即 ，，， 圖2

42、-2中所示作用力N和F是任一作用角為α，壓輥上B點(diǎn)處單位長度上的作用力，壓輥整個(gè)圓弧AC上的作用力在水平方向的分力和垂直方向的分力應(yīng)為： 在模輥?zhàn)饔弥屏＿^程中，壓輥軸向任一截面，任一瞬時(shí)，各個(gè)作用力平衡關(guān)系式為： 被壓制物料上的各作用力平衡關(guān)系式為： 上述各式是壓輥和物料在模輥?zhàn)饔眠^程中各作用力臨界平衡關(guān)系式，隨著截面運(yùn)動狀態(tài)的改變，各作用力的大小和平衡關(guān)系將產(chǎn)生變化，從而引起模輥制粒工況的變化。 2.4 粒作用的簡化力學(xué)模型 2.4.1 簡化力學(xué)分析 如圖2-2所示輥輪與物料接觸段弧長的圓心角為。由圖可見，輥輪周向上各點(diǎn)對物料的壓力是不同的，輥輪最低

43、點(diǎn)，即=0處，壓力最大，隨著的增大，壓力逐漸減小，當(dāng)=時(shí)，壓力降為零。 假設(shè)輥輪寬度方向壓力無變化，取單位寬度的輥輪進(jìn)行分析。輥輪與物料的接觸部位作用著兩個(gè)力。 （1）物料對輥輪的壓力N，沿輥輪徑向； （2）物料與輥輪之間的摩擦力F，沿輥輪切向 （1） 式中為輥輪與物料之間的摩擦系數(shù)。 當(dāng)=0時(shí)，壓力和摩擦力達(dá)到最大值 ， （2） 式中為最大擠壓應(yīng)力，應(yīng)能滿足擠出物料并使顆粒達(dá)到強(qiáng)度要求。 當(dāng)時(shí)，壓力和摩擦力為最小值 ， （

44、3） 考慮到與物料壓縮量的關(guān)系和物料壓縮量與擠壓力之間的關(guān)系，為簡化計(jì)算，在攫取角度0與之間時(shí)，假設(shè)壓力沿成線性分布，即 （4） 2.5 輥輪作用力計(jì)算 2.5.1 壓力N在水平和垂直方向之合力 建立X、Y直角坐標(biāo)系，X方向?yàn)樗椒较?，Y方向?yàn)榇怪狈较?。N在水平和垂直方向的投影為： （5） 輥輪和物料的整個(gè)接觸區(qū)域內(nèi)，N在水平和垂直方向之合力為 （6） 2.5.2 摩擦力F在水平和垂直方向的合力 F在水平和垂直方向的投影分別為 （7） 在輥輪和

45、物料的整個(gè)接觸區(qū)域內(nèi)，F(xiàn)在水平和垂直方向的合力為 （8） 式中R為輥輪半徑。 2.5.3 擠壓力和主軸功率的計(jì)算 前面分析了單位寬度的輥輪受力情況，考慮輥輪寬度和個(gè)數(shù)，所有輥輪的N、F在水平方向、垂直方向的合力分別為 （9） 式中W為輥輪寬度。 將（6）、（8）式代入上式得 （10） 垂直合力是輥輪對物料的總擠壓力，水平合力對主軸產(chǎn)生扭矩，由此可推算出主軸功率，即制粒所消耗的功率。 主軸扭矩為 （11） 式中L為主軸軸心至合

46、力作用點(diǎn)距離，即輥輪的公轉(zhuǎn)半徑。 主軸功率為 （12） 式中T為功率，單位kw M為主軸扭矩，單位Nm 為主軸轉(zhuǎn)速，單位rpm。 3 壓塊機(jī)設(shè)計(jì) 3.1 壓塊機(jī)主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算 3.1.1 擠壓力計(jì)算 為計(jì)算擠壓力和主軸扭矩，初步確定如下設(shè)計(jì)參數(shù)： 輥輪直徑R=185mm，寬度W=31mm，輥輪公轉(zhuǎn)半徑L=231mm ，間隙H=0.15mm。根據(jù)浙江工業(yè)大學(xué)高增梁教授對制粒機(jī)制粒

47、力學(xué)模型的研究，取=45MPa，=0.2 根據(jù)公式（10）得到： 3.1.2 主軸扭矩和功率計(jì)算 根據(jù)公式（11）得主軸扭矩 根據(jù)公式（12）主軸功率 3.1.3 生產(chǎn)能力確定 模板上有效布料面積是輥輪架旋轉(zhuǎn)時(shí)，輥輪所壓過的面積，該面積是一圓環(huán)，大小為： mm2 (13) 式中L為輥輪的公轉(zhuǎn)半徑，即主軸軸心至輥輪面中線的徑向距離 W為輥輪寬度。 假如只有一個(gè)輥輪壓過模板上高度為的料層，并全部擠入孔中，主軸轉(zhuǎn)一圈，壓入孔中的物料質(zhì)量為：

48、 (14) 式中S為模板上有效布料面積 為物料層高度取 為物料的密度。 該制粒機(jī)具有2個(gè)輥輪，則每小時(shí)壓入孔中的物料重量為： (15) 3.2 傳動裝置設(shè)計(jì) 3.2.1 電動機(jī)的選擇和傳動比分配 經(jīng)過分析可知，電動機(jī)所輸出的能量大部分供給了主軸旋轉(zhuǎn)所需的能量，另一小部分能量供給輥輪對物料的擠壓以及與物料之間的摩擦，由前面的計(jì)算得出，主軸功率為，因此選用三相籠型異步電動機(jī)，型號為，電壓380V，功率為30kw，轉(zhuǎn)速為980減速機(jī)ZD250-6.3。 初步設(shè)計(jì)的主軸轉(zhuǎn)速為89，因此總

49、傳動比，采用兩級減速傳動。由于模板與輥輪板與輥輪間隙很小，一旦有硬物如螺釘、鐵塊等掉到模板上，輥輪碾壓過，會產(chǎn)生很大擠壓力和扭矩，致使電機(jī)過載，使模板輥輪表面破壞。因此第一級選用V帶減速傳動，用V帶打滑來緩沖過大的載荷沖擊。傳動比。 因?yàn)殡妱訖C(jī)為水平布置，而主軸為豎直方向，所以第二級采用變速箱減速傳動，第三級采用圓錐齒輪傳動。 3.2.2 第一級減速傳動 （1）確定計(jì)算功率 =P 式中：P―傳遞的額定功率（即電動機(jī)的額定功率），單位kw －工作情況系數(shù) 根據(jù)工況條件，選擇 所以， （2）選擇帶型 根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，選擇普通V帶C型 （3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑和

50、根據(jù)V帶類型和最小基準(zhǔn)直徑，選取=200 mm 驗(yàn)算V帶的速度，V=12.82m/s ，符合要求 從動輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表，確定基準(zhǔn)直徑如下： ， （4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度 由，確定 根據(jù)帶的基準(zhǔn)長度計(jì)算公式 從而選取V帶基準(zhǔn)長度 再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距 （5）驗(yàn)算主動輪上的包角 ，滿足要求 （6）確定帶的根數(shù)z ―考慮包角不同的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) ―考慮帶的長度不同時(shí)的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)， －單根V帶的基本額定功率 －計(jì)入傳動比的影響時(shí)，單根V帶額定功率的增量 （7）確定帶的預(yù)緊力 －計(jì)算功率 ―考慮帶的長

51、度不同時(shí)的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)， z－帶的根數(shù) v—帶的速度 （8）計(jì)算帶傳動作用在軸上的力（簡稱壓軸力）Q 式中：z－帶的根數(shù) －單根帶的預(yù)緊力 －主動輪上的包角。 圖 3-1錐齒輪 3.2.3 圓錐齒輪傳動 （1）選擇材料及精度等級 選用硬齒面齒輪傳動，小齒輪用滲碳淬火，。大齒輪用表面淬火，，選用8級精度，要求齒面粗糙度 式中為試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力（）， 為接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)， 為接觸疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)。 通過計(jì)算得 （2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，

52、根據(jù)公式 式中K為載荷系數(shù)，為小齒輪的轉(zhuǎn)矩（），u為齒數(shù)比，為材料的彈性系數(shù)，為齒寬系數(shù)，，為許用接觸應(yīng)力。 計(jì)算得 （3）大齒輪齒數(shù) 式中：為傳動比 為大齒輪的分度圓直徑 當(dāng)兩齒輪的齒面硬度HBS都小于350時(shí)，c=18； 所以， 取，則 ， 取 齒數(shù)比 與設(shè)計(jì)要求的傳動比誤差為2.6%，可用。 （2）模數(shù) 大端模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) （3）大端分度圓直徑 （4）節(jié)錐頂距 （5）節(jié)圓錐角 （6）大端齒頂圓直徑 小齒輪 大齒輪 （7）齒寬 （8）按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 式中為試

53、驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力（）， 為彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)， 為彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)。 通過計(jì)算得 根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式 計(jì)算得，因此安全可用。 3.3碾壓裝置的設(shè)計(jì) 3.3.1的設(shè)計(jì) 直徑為651.3mm，厚度為70mm，在上開有32個(gè)?？祝？椎目讖綖?2mm，為防止秸稈壓塊的開裂，在模孔的上表面開有角度為的錐度。 圖 3-2

54、 3.3.2壓輥的設(shè)計(jì) 壓輥的直徑為185mm，因?yàn)樯峡讖綖?2mm，為減小摩擦力，將與接觸部分的壓輥寬度設(shè)計(jì)為31mm，輥輪腹寬度為72mm。為增強(qiáng)壓輥對物料的碾壓，將輥輪設(shè)計(jì)為帶齒槽的圓柱體，在壓輥的圓周表面上拉有與軸線平行的條形齒，條形齒個(gè)數(shù)為29個(gè)，每個(gè)條形齒的寬度為13mm，深度為10mm，相鄰齒之間的距離為7mm。 圖3-3 壓輥 3.3.3軸承端蓋設(shè)計(jì) 圖3-4 端蓋 鑄造件結(jié)構(gòu)工藝性? 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：保證其工作性能

55、和力學(xué)性能要求、考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其成本有很大的影響。? 1.設(shè)計(jì)的主要問題和設(shè)計(jì)要求? 箱體設(shè)計(jì)首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題：? ⑴滿足強(qiáng)度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問題；但對于大多數(shù)箱體，評定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。? ⑵散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓绊懫錆櫥阅?；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫

56、度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。? ⑶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。? ⑷工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。? ⑸、造型好、品質(zhì)小。 2.鑄件的外形應(yīng)盡可能使鑄件的分型面數(shù)目最少。 鑄件的分型面數(shù)目減少，不僅減少砂箱數(shù)目、降低造型工時(shí)，還可以減少錯(cuò)箱、偏芯等的機(jī)會，提高鑄件的尺寸精度。 3.在鑄件上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度 在鑄件的所有垂直于分型面的非加工面上，應(yīng)設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)斜度 3.4 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3.4.1傳

57、動軸的臨界轉(zhuǎn)速 長度一定時(shí)，傳動軸斷面尺寸的選擇應(yīng)保證傳動軸有足夠的強(qiáng)度和足夠高的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速，就是當(dāng)傳動軸的工作轉(zhuǎn)速接近于其彎曲固有振動頻率時(shí)，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，以致振幅急劇增加而引起傳動軸折斷時(shí)的轉(zhuǎn)速。傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速nk（r/min）為，安全系數(shù)K取2.0，適用于一般精度的伸縮花鍵 則有 （為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速） ， 3.4.2傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩 3.4.3傳動軸長度選擇 根據(jù)軸距3300mm，初選傳動軸支承長度為 mm，花鍵軸長度應(yīng)小于支承

58、長度，滿足萬向節(jié)與傳動軸的間隙要求，取花鍵軸長度為 3.4.4傳動軸管內(nèi)外徑確定 得 又 初取 ， 則 ——Lc為傳動軸長度（mm），即兩萬向節(jié)中心之間的距離；dc和Dc分別為傳動軸軸管的內(nèi)、外徑（mm） 3.4.5傳動軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 由于傳動軸只承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而不承受彎曲應(yīng)力，所以只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，根據(jù)公式有 （為軸管許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力） 上式說明設(shè)計(jì)參數(shù)滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求 3.4.6花鍵內(nèi)外徑確定 取安全系數(shù)2.27，則 ——為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

59、 ——為花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)，取1.3 ——花鍵外徑 ——花鍵內(nèi)徑 ——為花鍵有效工作長度 B——為鍵齒寬 ——為花鍵齒數(shù) 由于花鍵齒側(cè)許用擠壓應(yīng)力較小，所以選用Lh較大尺寸的花鍵，查GB/T1144-2001，取,, ，。 3.4.7花鍵擠壓強(qiáng)度校核 當(dāng)花鍵齒面硬度為35HRC時(shí)，許用擠壓應(yīng)力為 則,滿足花鍵擠壓強(qiáng)度。 3.4.8傳動軸形位公差確定

60、 通過查手冊中軸的公差及基本偏差表，確定軸選用配合e7，此配合適用于有明顯間隙、易于轉(zhuǎn)動的支承配合，花鍵根據(jù)手冊查得dh為f7，Dh為a11，B為d10，由此可確定軸的外徑和內(nèi)徑分別為mm mm，花鍵外徑跟內(nèi)徑分別為，，，，。 傳動軸總成的不平衡是傳動系彎曲振動的一個(gè)激勵(lì)源，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生明顯的振動和噪聲。萬向節(jié)中十字軸的軸向竄動、傳動軸滑動花鍵中的間隙、傳動軸總成兩端連接處的定心精度、高速回轉(zhuǎn)時(shí)傳動軸的彈性變形、傳動軸上點(diǎn)焊平衡片時(shí)的熱影響等因素，都能改變傳動軸總成的不平衡度。提高滑動花鍵的耐磨性和萬向節(jié)花鍵的配合精度、縮短傳動軸長度并增加其彎曲剛度，都能降低傳動軸的不平衡度。

61、為了消除點(diǎn)焊平衡片的熱影響，應(yīng)在冷卻后再進(jìn)行動平衡檢驗(yàn)。傳動軸的不平衡度，對于所設(shè)計(jì)的貨車，在1000～4000r/min時(shí)不大于50～100g 。傳動軸總成的徑向全跳動不大于0.8mm。軸管兩端的擺差在其兩端不大于0.5mm。 圖 3-4 主軸 4 軸承的選擇 4.1軸承分類 4.1.1圓錐滾子軸承 有圓錐形內(nèi)圈和外圈滾道，圓錐滾子排列在兩者之間。所有圓錐表面的投影線都在軸承軸線的同一點(diǎn)相聚。

62、這種設(shè)計(jì)使圓錐滾子軸承特別適合承受復(fù)合（徑向與軸向）負(fù)荷。軸承的軸向負(fù)荷能力大部分是由接觸角α決定的；α角度越大，軸向負(fù)荷能力就越高。角度大小用計(jì)算系數(shù)e來表示；e值越大，接觸角度越大，軸承承受軸向負(fù)荷的適用性就越大。 4.1.2深溝球軸承 通常是分離型的，即由帶滾子與保持架組件的內(nèi)圈組成的圓錐內(nèi)圈組件可以與圓錐外圈（外圈）分開安裝。 深溝球軸承（Deep Groove Ball Bearings）是滾動軸承中最為普通的一種類型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個(gè)外圈，一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成， 深溝球軸承類型代號為6。 　　深溝球軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時(shí)承受徑向載

63、荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受純徑向載荷時(shí)，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大的徑向游隙時(shí)，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 。深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。 4.1.3角接觸軸承 　 角接觸球軸承的鋼珠與內(nèi)外圈接觸點(diǎn)的連線與徑向成一角度。接觸角度一般分為15°、30°、40°，分別用字母C、A、B表示，NSK特別生產(chǎn)接觸角度為25°的此類軸承，用A5表示。角接觸球軸承主要承受較大單向軸向負(fù)荷，接觸角度越大，承受負(fù)荷能力越大。保持架材料有鋼板、黃銅或工程塑膠，成型方式有沖壓或車削，視軸承形式或使用條件

64、不同而選用。其它尚有組合角接觸球軸承、雙列角接觸球軸承及四點(diǎn)接觸球軸承。 　　可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時(shí)，將引起附加軸向力。 并且只能限制軸或外殼在一個(gè)方向的軸向位移。若是成對雙聯(lián)安裝，使一對軸承的外圈相對，即寬端面對寬端面，窄端面對窄端面。這樣即可避免引起 附加軸向力，而且可在兩個(gè)方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。 角接觸球軸承因其內(nèi)外圈的滾道可在水平軸線上有相對位移，所以可以同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸

65、向負(fù)荷——聯(lián)合負(fù)荷（單列角接觸球軸承只能承受單方向軸向負(fù)荷，因此一般都常采用成對安裝）。 保持架的材質(zhì)有黃銅、合成樹脂等，依軸承形式、使用條件而區(qū)分。 4.2軸承選擇的方法 能否正確選用滾動軸承，對主機(jī)能否獲得良好的工作性能，延長使用壽命；對企業(yè)能否縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用，提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計(jì)制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動軸承時(shí)都必須高度重視。 一般來說，選擇軸承的步驟可能概括為： 1. 根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類型、轉(zhuǎn)速、潤滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類

66、型、公差等級和游隙； 2. 根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計(jì)算確定軸承型號，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號，再驗(yàn)算壽命； 3. 驗(yàn)算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。 選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良壽命和載荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級和游隙工求的最終方案。 4.2.1 類型選擇 各類滾動軸承具有不同的特性，適用于各種機(jī)械的不同使用情況。選擇軸承類型時(shí)， 通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下：對承受推力載荷時(shí)選用推力軸承、角接觸軸承，對高速應(yīng)用場合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時(shí)，則選用滾子軸承。總之，選用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選用合適的類型。 1 軸承所占機(jī)械的空間和位置 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當(dāng)軸承在機(jī)器的直徑方向受到限制時(shí)，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當(dāng)軸承在機(jī)器的軸向位置受到限制時(shí)，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。