液壓驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文章提出了一種以液壓驅(qū)動(dòng)雙活塞雙向壓縮為核心，兩級(jí)預(yù)壓為輔，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行壓縮成型的機(jī)械系統(tǒng)方案。根據(jù)該方案用分模塊設(shè)計(jì)方法，對(duì)該系統(tǒng)展開了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功研制出一套以液壓驅(qū)動(dòng)雙向活塞雙向沖壓成型的生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)液壓成型機(jī)；雙活塞雙向成型三級(jí)壓縮

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2012）-11-0171-1

0 引言

生物質(zhì)能是僅次于石油、天然氣和煤炭而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的可再生資源，生物質(zhì)能在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位，有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的重要組成，在20世紀(jì)40年代生物成型技術(shù)出現(xiàn)研究熱潮，把生物質(zhì)粉碎、擠壓成型成為相關(guān)學(xué)者研究熱點(diǎn)。生物質(zhì)成型機(jī)在這樣的背景下產(chǎn)生。

本文以農(nóng)作物秸稈為生物質(zhì)原料，研究了一種以液壓驅(qū)動(dòng)雙活塞雙向沖壓成型的生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)，對(duì)提高生產(chǎn)率具有重要意義。

1 液壓驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文用分模塊設(shè)計(jì)方法，按作用將成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)劃分成五個(gè)模塊，各模塊來同步設(shè)計(jì)，對(duì)縮短成型機(jī)設(shè)計(jì)和安裝周期具有重大意義。

1.1 主壓裝置是成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)核心，是生物質(zhì)原料沖壓成型的主要?jiǎng)恿υ?/p>

根據(jù)相關(guān)生物質(zhì)成型機(jī)專家和學(xué)者實(shí)驗(yàn)研究表明：在一定范圍內(nèi)，成型壓力與成型密度呈正相關(guān)系，成型密度隨著壓力的增大而增大，所以調(diào)高成型壓力，一定程度上提高了生產(chǎn)率。

F=PAη=P（S1-S2）η=P（∏d2/4-D2/4）η

（1）式中F–生物質(zhì)成型壓力；P—單活塞活動(dòng)工作壓力；

A—活塞有效工作面積；S1—液壓缸內(nèi)徑橫截面積

S2—活塞桿橫截面積；η—液壓油缸機(jī)械效率

d—液壓缸內(nèi)徑 D—活塞桿外徑

根據(jù)（1）公式可知：設(shè)計(jì)雙缸雙活塞雙向沖壓結(jié)構(gòu)，增大了活塞有效工作面積，在液壓缸體積和單活塞工作壓力一定條件下，提高了成型壓力，對(duì)提高生產(chǎn)率具有重要意義。為此，根據(jù)成型機(jī)整體體積和布局要求，主壓裝置設(shè)計(jì)成液壓驅(qū)動(dòng)雙液壓缸串聯(lián)雙活塞雙向沖壓結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。

1.2 成型裝置設(shè)計(jì)

成型裝置是生物質(zhì)原料加熱和成型的主要構(gòu)成，改裝置的設(shè)計(jì)是否合理，直接影響系統(tǒng)能耗和原料成型質(zhì)量。

為了提高加熱系統(tǒng)熱利用率，成型裝置利用保溫棉提高保溫效果。由于生物質(zhì)原料中存在水分，溫度過高，生物質(zhì)在干餾過程中易產(chǎn)生高壓蒸氣，會(huì)發(fā)生“放氣”和“放炮”現(xiàn)象，中斷成型，在成型安置的錐套上設(shè)計(jì)排氣小孔，可以降低筒內(nèi)水蒸汽的壓力，減少“放氣”和“放炮”現(xiàn)象。為了工作安全，在成型裝置外表面設(shè)計(jì)了防護(hù)蓋，避免了生物質(zhì)成型過程中高壓水蒸汽及成型棒傷及工作人員。

1.3 兩級(jí)預(yù)壓裝置設(shè)計(jì)

由于農(nóng)作物秸稈加工前密度很小，為了提高生產(chǎn)率，需在單位時(shí)間內(nèi)一次增加原料壓縮量，一次增加原料增加量途徑有兩種：增加原料密度或增加原料進(jìn)給量。增加原料密度，需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)壓。增加原料進(jìn)給量需要原料多次進(jìn)給或增大進(jìn)料倉體積。分析這兩種途徑，增大原料密度意義較大，為此該成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩級(jí)預(yù)壓裝置。

1.4 液壓驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖如下：

2 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種以液壓驅(qū)動(dòng)雙活塞雙向壓縮成型為核心，螺旋預(yù)壓裝置和水平液壓預(yù)壓裝置為輔的生物質(zhì)成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)，用分模塊設(shè)計(jì)方法，按作用將成型機(jī)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，并使用AutoCAD、UG等相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件輔助，分別對(duì)各模塊同步進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后各模塊組合出成型機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)方法提高了成型機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)和安裝周期。

根據(jù)成型壓力和活塞工作壓力關(guān)系：F=PAη，可知在液壓缸體積和活塞工作壓力一定條件下，增大活塞有效工作面積，能有效提高生物質(zhì)成型壓力，一定程度上提高了生產(chǎn)率。

作者簡(jiǎn)介：鐘華昌（1960-），男，吉林遼源人，遼源市建筑材料研究所工程師；崔利，女，吉林遼源人，遼源市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站會(huì)計(jì)。