鄭州泰達關于秸稈成型機壓輪的設計

　　生物質秸稈是一種來源廣泛、可以再生的生物質資源，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，又浪費能源。為了加快生物質秸稈綜合利用步伐，推進節(jié)能減排，國務院出臺了《國務院辦公廳關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》，對農作物秸稈進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。

　　將生物質秸稈切碎、擠壓后，可以壓制成新型生物質燃料，稱為固化成型。生物質秸稈的可再生性、資源的廣泛性和實用性，決定了以其為原料的固化成型新燃料具有重大開發(fā)價值，秸稈壓塊機、秸稈顆粒機是壓制生物質顆粒燃料不錯的選擇。

　　研究開發(fā)生物質固化成型設備，將秸稈加丁成燃料，已成為生物質能源開發(fā)的主要發(fā)展方向之一。平模型秸稈壓塊成型機是一種將秸稈粉碎壓縮成型的設備，必須在一定耗電量的基礎上，有較高的生產效率，否則，就是用一種能源換取另一種能源，這是不可取的。我們的研究和生產實際表明，其中的壓輪設計是秸稈壓塊成型機的關鍵技術之一。

　　1、平模型的結構及工作原理

　　平模型秸稈壓塊成型機主要由主軸、壓輪、平模、成型套等組成，如圖1所示。秸稈在壓輪的強力剪切作用下被粉碎，同時被擠出成型套，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改造后的燃燒爐。

　　2、壓輪特性分析

　　壓輪在工作時，在主軸的帶動下，圍繞主軸做公轉運動，同時，在摩擦力的作用下，圍繞壓輪軸做白轉運動。

　　2.1壓輪的運動分析

　　相對于物料而言，壓輪并非整體在做純滾動，壓輪的內側與外側都會發(fā)生滑動。壓輪上存在一條純滾動的網周線C,在純滾動線C內側，壓輪相對于物料產生向后的滑動：在純滾動線C外側，壓輪相對于物料產生向前的滑動。

　　2.2壓輪的受力分析

　　在壓輪與物料接觸的任意點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。

　　當機器進入穩(wěn)態(tài)時，壓輪處于平衡狀態(tài)，建立如圖3所示的柱坐標系，以壓輪軸心為Z軸，壓輪最外截面網心為Z軸0點，以豎直方向半徑為角坐標0點。壓輪受到4點的力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左側表示純滾動線內側合力矩，右側表示純滾動線外側的合力矩，其大小相等、方向相反。在純滾動區(qū)內側，壓輪相對于物料產生向后滑動，因此力F沿切線指向上，合力矩方向為逆時針：外側所受摩擦力F應沿切線指向下方，所受合力矩必定為順時針方向。

　　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左邊為內側、右邊為外側)。

　　在壓輪擠壓物料的任意一點B,物料受壓輪對其施加的壓力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：

　　從以上理論上對壓輪的運動和受力分析可知.壓輪內外側均存在滑動.加快了壓輪的磨損。但另一個方面，純滾動線外側，物料受到的垂向壓力增大，增強了壓塊成型機的擠出性能，外側的垂向擠壓性能優(yōu)于內側.內側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，在設計秸稈壓塊成型機的壓輪時，壓輪寬度應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，應盡量降低壓輪的寬度。

　　這一結論，為我們設計壓輪提供了理論基礎。

　　3、雙排孔平模的壓輪設計

　　為了提高設備的生產效率，我們在設計9JYK 500秸稈壓塊成型機時，為了增加物料被擠出的孔數(shù)，技術上設計了雙排孔結構的平模，同時簡單地增加壓輪的寬度。結果設備的生產效率提高了，但由于滾輪內外側的非純滾動區(qū)域較大，壓輪受到的摩擦阻力較大，時常出現(xiàn)堵車的現(xiàn)象。

　　通過上述理論分析可知，在設計壓輪時，應盡量減少壓輪的寬度(但必須與成型套孔徑相適應)。因而，現(xiàn)將與雙排孔對應的寬壓輪改為兩個壓輪.進行改進設計，這樣可以使每一壓輪最大限度地減少因非純滾動區(qū)帶來的工作阻力.使設備在相同耗電量的基礎上，提高生產效率。

　　9JYK-500試制后，進行了生產試驗。與改進前相比，設備運轉平穩(wěn)，杜絕了堵車現(xiàn)象。

　　5、結束語

　　從上述的壓輪運動情況和物料受力情況可以得出以下分析：

　　1)與純滾動區(qū)相比，在純滾動區(qū)內側，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。在純滾動區(qū)外側，物料在豎直方向上受力增加，豎直方向的擠壓作用增強。

　　2)在純滾動區(qū)外側，壓輪產生超向前的滑動，在純滾動區(qū)內側，壓輪產生滯后性滑動，滑移滾動和滑轉滾動的存在會導致壓輪平模等零件的磨損程度增加，同時增加功率的消耗。

　　3)采用雙排孔的平模結構.在電機功率不變的情況下，應該使用兩對壓輪的設計方案，能有效提高秸稈擠壓成型效率。