基于液压系统的平模颗粒机压制设计

杜学武 陈宇航 金哲林

江苏大学 机械工程学院 江苏镇江 212013

［摘要］ 环境的恶化使得生物能源技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一。我国也十分重视生物能源的开发和利用。20世纪80年代以来，中国政府一直将生物质能源利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目。但中国生物质能的利用研究主要集中在大中型畜禽场沼气工程技术、秸秆气化集中供气技术和垃圾填埋发电技术等项目，对于生物质能颗粒燃料产品的生产加工与直接燃烧利用的研究还刚刚起步。

本项目通过对现有的平模颗粒机的研究分析，提出了颗粒机中存在的一项锁紧问题，并通过液压机加压的方式解决了这一问题，让颗粒机的操作更加方便，高效。最后系统的分析了本项目的可行性和市场经济效益。

［关键词］平模 压辊 颗粒机 液压 生物能源

0. 引言

平模颗粒机的产物——生物质成型颗粒，具有便于储存、运输、使用方便、卫生，制作燃料燃烧效率高等一系列优点。从补充和替代现有能源角度讲，我国生物质能源每年可用总量折合煤约5亿吨。深入探讨平模式颗粒机的成形工艺参数和加工技术等有关问题, 对降低机器的单位能耗、提高生产率、改善部件的磨损等方面有重要实用价值。但目前，制备生物质燃料颗粒的设备都存在着一些比较大的缺陷；专利“一种用于接杆颗粒压缩成型的行星轮式内外环模加压模机构201020183434.7”提出了一种新式环模结构，但是该结构能提供的压力较低，无法压出高密度颗粒；专利“一种平模颗粒机201310713268.5”发明了一种新颗粒机，但该设备运行过程中会造成压紧螺栓松动，需设备停止运行后，人工利用工具施加外力使压紧螺栓压紧，增加了人工成本，降低了机器运转效率。因此本项目以市场上现有各种颗粒机为研究对象，设计一种新型颗粒机，以突破现有颗粒机的弊端，提高设备运行效率，降低产品制造成本。

0. 颗粒机工作原理及问题分析

颗粒机构主要由压辊、平模、切刀、出料盘、锁紧螺母、压盖、大螺母等组成,其中锁紧螺母、压盖和大螺母用来调整平模和压辊之间的间隙。 传动机构主要由电机、联轴器、小锥齿轮、大锥齿轮、轴套、主轴、固定底座等组成。 润滑系统主要由电泵、减速箱箱体等组成。加工时原料从料斗加入，由于重力和刮板的作用，原料被均匀地铺在平模上：同时电机转动，通过传动箱带动主轴转动，安装在主轴上的压辊由于主轴的带动和摩擦力的作用产生公转和白转，原料被压辊不断挤入平模内固化成型。更换不同孔径的平模， 可压制不同直径的成型物料。 针对不同物料，可以通过调节压辊与平模之间的间隙，从而调整挤压力的大小。

平模颗粒机的主要问题在于压辊的压力问题。压辊安装在主轴上，由一颗锁紧螺母固定，由于颗粒机在工作时，压辊在加工舱内由主轴带动做高速旋转运动，产生热能，将加工舱温度不断升高，高温会使物料软化，但高温也使得主轴发生热胀冷缩现象，主轴伸长后，锁紧螺母不再锁紧，导致压辊和平模之间的压力减小，压力的减小会使颗粒机产量小，颗粒成型质量差。.目前针对这个问题唯一的解决方案是人工拆卸外壳后再次拧紧锁紧螺母，但颗粒机外壳拆卸困难，这样的办法显然不太方便

（颗粒机整体图） （颗粒机局部图）1.锁紧螺母 2.平模模板

2 改进方案

本项目分析了国内外有关的研究情况，搜索了相关专利，对其结构进行分析改进，提出了基于液压系统的一种平模颗粒机锁紧设计装置。根据现有的颗粒机装配图，如果能在主轴伸长时，使得平模随之抬高，就可以很好地解决这个问题。

基于这样的想法，我们设计了多种提升装置，但经过筛选，最终我们选择液压机进行提升，因为液压系统有以下几点优点：

1. 在同等功率情况下，液压执行元件体积小，结构紧凑。

2. 液压装置工作比较平稳，惯性小，反应快，易于实现快速启动，制动和频繁的换向。

3. 液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活的布置

4. 驱动力大，适合重载直接驱动

5. 调节范围宽，操纵控制方便，可实现大范围的无级调速

6. 可自动实现过载保护

7. 使用寿命长

传统的颗粒机使用上下两块模板座圈支撑起平模模板同时使用螺栓锁紧，间隙采用斯特封进行密封。（如下图）

（
1.平模模型 2.模板座圈3.斯特封）

我
们的改进是将用来锁紧模板座圈两侧的螺栓锁紧装置去除，将液压机提供的高压液压脂通入间隙，液压脂的压能作用在上模板座圈的时候，就可以抬起平模使之再次与压辊压紧。

（改进后平模颗粒机装配图）

计算部分：

工作时传动轴伸长量：由△L=a×△T×L，其中a为材料的线膨胀系数，主轴材料为40Cr,经查表后可知其a=0.0112mm/m.℃。加工炉内工作时的温度最高为75℃（既可以对物料杀菌，也可以起到熟化的作用，同时不会影响养分质量）平时室温为25℃，所以△T为50℃。颗粒机中传动轴的长度为958mm故计算得伸长量大约为53.6mm。查表可知40Cr的抗拉强度>980MPa,由抗拉强度公式计算得，液压机需选用工作压力大于4.92*10^6N的液压机。

液压机将液压脂压进装有密封圈的孔中，当主轴伸长后，锁紧螺母松动时，液压机开始加压，使平模随之提升，提高平模和压辊之间的压力。当颗粒机加工完成之后 ，液压机的压力也会随之降低，不会损坏主传动轴。这样的改进可以避免很多人工拆卸安装的问题，而且液压机如今自动化程度高，可调节范围广，实现了标准化，通用化的要求，使得改进后的机器在操作上更将方便。

注意：

1. 安全方面，液压油脂需要选用防燃液压油脂。

2. 液压机需要设定安全范围以防压紧力过大造成危险。

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