立式环模秸秆压块机成型过程建模与参数优化

《立式环模秸秆压块机成型过程建模与参数优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．029*立式环模秸秆压块机成型过程建模与参数优化丛宏斌赵立欣孟海波姚宗路霍丽丽张妍(农业部规划设计研究院农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京100125)摘要:在对立式环模秸秆压块机核心工作单元结构与工作原理分析的基础上，建立了压辊受力和物料成型能耗模型，绘制了不同技术参数下压辊载荷分布曲线和物料成型能耗曲线，并在此基础上提出了设备技术参数优化设计方法。理论分析结果表明:模孔偏心设计可改善压辊载荷分布，降低设备吨料能耗;模孔最佳偏心角和物料与辊模之间的摩擦因数、辊模直径

2、比有关，物料与辊模摩擦因数、辊模直径比越大，模孔最佳偏心角也越大，现实技术参数条件下，模孔偏心设计可使物料成型能耗降低0.29%～3.58%。通过设备对比试验，证实了以上结论。关键词:秸秆成型机构受力能耗模孔偏心设计中图分类号:S216.2;TK6文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0187-07引言1立式环模秸秆压块机成型机构生物质成型燃料主要包括颗粒燃料和压块燃1.1压块机成型机构结构料，与颗粒燃料相比，压块燃料具有燃烧性能好、生立式环模秸秆压块机成型机构如图1所示，其产成本低、生产率高等优点，表现出较强的市场竞争核心工作单元主要包括环模和压辊。环模由若干块［1－

3、3］力。立式环模秸秆压块机采用新的压缩模式，变立置环模结构为平置环模结构，利用物料自身转动离心力，使其均匀分配到物料成型工作区，避免了因局部物料过于集中而造成的闷机现象，可降低生产能耗，延长设备寿命。目前，立式环模压块机已成［4］为秸秆成型的主流机型。国内外有关学者对生物质成型机理方面的研［4－8］究，主要集中在环模式制粒机的成型机理方面，研究为生物质环模制粒机的研制与改进提供了重要依据，尽管立式环模压块机成型机理与环模制粒机有相似之处，但它们的成型机构工作过程却存在本质区别。目前，针对成型机构技术参数对立式环模压块机成型过程影响规律的研究很少，尤其是模孔偏心设计方面的理论分析尚未见报道。本

4、文通过对立式环模秸秆压块机成型过程中压辊与环模受力的分析，建立压块机压辊受力与成型能耗模型，并通过Matlab绘制不同技术参数条件下图1立轴式环模压块机成型机构示意图的压辊受力曲线和成型能耗曲线，分析压辊受力与Fig．1Moldingmechanismofstrawbriquetting成型能耗随设备技术参数的变化规律。并在此基础machinewithverticalcircularmould上通过不同参数条件下的设备生产试验，证实理论(a)主视图(b)俯视图1．模孔2．压辊主轴3．压辊4．环模分析的正确性与科学性。收稿日期:2014-04-22修回日期:2014-06-12*“十二五”国家

5、科技支撑计划资助项目(2012BAD30B0201)作者简介:丛宏斌，工程师，博士，主要从事生物质资源化利用技术与装备研究，E-mail:dabinc123@163．com通讯作者:姚宗路，高级工程师，博士，主要从事生物质资源利用研究，E-mail:yaozonglu@163．com188农业机械学报2014年环模块拼接而成，环模块上设有定位孔和定位槽，通过定位孔与定位槽将环模块水平固定在压块机机架上，沿环模圆周方向形成间距一致的模孔。成型机构包括2个压辊，两压辊通过定位板与压块机主轴连接。压辊和定位板安装在环模的内部，通过偏心机构可调节压辊与环模之间的间隙。设备工作时，主轴驱动定位板使两压

6、辊在环模内公转，同时，压辊受物料摩擦力作用而自转。1.2成型机构工作过程与成型原理切碎的农作物秸秆在自身重力作用下，从料斗落入由环模与压辊围成的成型室，压辊在设备主轴的驱动下绕环模公转，同时，在与物料之间摩擦力的作用下，绕压辊轴自转。在压辊公转与自转的过程中，由于压辊与环模之间的空隙动态减小，物料受到的挤压力迅速增大，当物料受到压辊的挤压力能够克服环模孔对已成型物料的摩擦阻力时，生物质压块从模孔中被挤出。同时，在物料挤压成型过程中，由于摩擦力做功，环模温度可迅速升至100℃以上，秸秆中的木质图2成型机构空间几何关系与工作区物料受力素在高温下部分分解，能够起到粘结剂的作用将物Fig．2Spat

7、ialgeometryrelationshipofmolding料粘结在一起，从而促进模孔内受压物料的快速成mechanismandforcesonmaterialinworkspace［9－10］型。(a)压辊与环模空间几何关系(b)最大攫取角处物料受力示意图2压缩过程分析与建模sinβsinα2.1物料攫取能力分析=(2)ＲＲ－r压辊与环模的空间几何关系如图2a所示，工作式中Ｒ———环模半径，mm过程中最