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摘要
農(nóng)作物秸稈成型燃料的發(fā)展在世界上。農(nóng)作物秸稈壓塊粒狀和棒狀兩大類(lèi)農(nóng)作物秸稈成型燃料加工技術(shù)和設(shè)備狀態(tài)，以及農(nóng)作物秸稈成型燃料加工技術(shù)分類(lèi)。秸稈成型燃料加工設(shè)備設(shè)計(jì)的作物特性，作物秸稈壓塊成型燃料加工設(shè)備，原材料，適應(yīng)國(guó)內(nèi)農(nóng)作物秸稈被樹(shù)枝，樹(shù)皮，秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料，廣泛的，這些原料來(lái)源，的分散性，許多種的質(zhì)地是不均勻的。
關(guān)鍵詞：秸稈成型;加工;設(shè)計(jì)
Abstract
The crop straw briquette development in the world. Crop straw briquette processing technology and equipment status, and crop straw briquette processing technical classification of crop straw briquette granular and rod-like two broad categories. Straw briquette processing equipment design features of the crop, crop straw briquette briquette processing equipment, raw materials, adaptive domestic crop stalks are twigs, bark, straw and other agricultural and forestry residues as raw materials, the wide range of sources of these raw materials, dispersion, many kinds of The texture is not uniform.
Key words: straw molding; processing; design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外生物碳成型機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3目前主要的成型機(jī)類(lèi)型及其成型方法 12
1.4生物碳顆粒成型加工技術(shù)與裝備發(fā)展趨勢(shì) 13
1.5生物碳成型技術(shù)存在的問(wèn)題 15
2 生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)及成型原理 16
2.1生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.2生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的成型原理 18
3主要部件的設(shè)計(jì) 20
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 20
3.2套筒的設(shè)計(jì) 20
3.3模頭的設(shè)計(jì) 21
3.4螺桿的設(shè)計(jì) 23
3.5傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 27
3.6軸的設(shè)計(jì) 30
3.7軸承的選擇 33
4結(jié) 論 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 37
總 結(jié) 38
34
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
1緒論
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義
伴隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，在利用資源取得一個(gè)又一個(gè)的勝利的同時(shí)源人們驚異地發(fā)現(xiàn)：地球母親能夠提供給我們的資源已越來(lái)越少了，而且這些資也自然而然的包括了為我們的生活提供保障的那些能源。這絕對(duì)是我們應(yīng)該重視起來(lái)的問(wèn)題，否則能源問(wèn)題將帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。因此，為了人類(lèi)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)新能源已勢(shì)在必行。
目前，世界上能源消耗主要是以煤炭、石油和天然氣為主的不可再生的化石能源。由于他們的不可再生性，其利用是以消耗地球資源為代價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：目前占全球能源消耗總量近50％的石油和天然氣在21世紀(jì)中葉將耗盡，而其他常規(guī)能源也將隨著全球人口的迅速增加、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高而逐漸要枯竭，中國(guó)的能源狀況比起全球的能源狀況來(lái)就更為嚴(yán)峻了。人類(lèi)使用能源的無(wú)限性與常規(guī)能源儲(chǔ)量的有限性形成一對(duì)尖銳矛盾，而解決這一矛盾的主要辦法就是“開(kāi)源節(jié)流”，開(kāi)源即開(kāi)辟新的能量源泉，節(jié)流即節(jié)約常規(guī)能源，兩者缺一不可。
另外，作為世界主要能源的化石能源在為人類(lèi)作出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也在嚴(yán)重地破壞人類(lèi)的生存環(huán)境，其主要表現(xiàn)在：排放大量的和，而和等氣體濃度的增加將會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康造成直接的危害，并產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。另外就是石化能源的燃燒產(chǎn)生大量的粉塵，這也是直接威脅人類(lèi)健康的。
所以，現(xiàn)在作為新能源出現(xiàn)的可再生能源將是人類(lèi)社會(huì)未來(lái)能源的基石，它必將在不久的將來(lái)替代石化能源。
可再生能源主要有風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能和生物碳。其中生物碳是指利用生物碳產(chǎn)生的能源，是一種高效和廉價(jià)的太陽(yáng)能濃縮儲(chǔ)存方式，是唯一一種可儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?，而且由于生物碳是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來(lái)源于動(dòng)植物并能再生的物質(zhì)，所以生物碳分布最廣，不像風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能，要受到天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物碳存在，也就可以利用生物碳。因此，可以說(shuō)生物碳是地球上一個(gè)巨大的能源庫(kù)。
生物碳的種類(lèi)很多，通常包括以下幾個(gè)方面：一是木材及森林工業(yè)廢棄物；二是農(nóng)業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物；六是動(dòng)物糞便。全世界約有25億人生活能源的90％以上是生物碳。
生物碳儲(chǔ)量大，燃燒容易、污染少，有害成分低，更具特色的是生物碳燃料燃燒所釋放出的大體上相當(dāng)于其生長(zhǎng)時(shí)通過(guò)光合作用所吸收的，所以燃用生物碳時(shí)的排放量可以認(rèn)為是零，甚至有所減少（考慮到燃燒后草木灰中含有大量的），這是氣、油、煤等常規(guī)能源所無(wú)法比擬的。因此，生物碳在世界能源結(jié)構(gòu)中占有十分重要的地位，特別是在廣大農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，生物碳的應(yīng)用仍占有很大的比例。
目前，歐盟許多國(guó)家已經(jīng)把發(fā)展生物碳源作為解決本國(guó)就業(yè)、替代化石能源和減少大氣污染等問(wèn)題的戰(zhàn)略措施來(lái)對(duì)待。
然而作為生物碳的一部分秸桿和穎殼等農(nóng)業(yè)廢棄物在我國(guó)卻仍在被極大的浪費(fèi)著：我國(guó)每年生產(chǎn)生物碳6億多t，其中大約0.28億t用于造紙，1.13億t用作飼料，1.08億t還田，3.5億t用作燃料或就地荒燒。當(dāng)前收獲、打捆、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、干燥等環(huán)節(jié)的加工利用水平都比較低。人們雖然對(duì)某些環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究，但沒(méi)有進(jìn)行大面積的推廣，尤其是在利用農(nóng)作物生物碳作為煤的替代燃料方面基本上沒(méi)有成功的模式，這樣就導(dǎo)致了近幾年出現(xiàn)的大面積荒燒現(xiàn)象，造成每年數(shù)億噸的生物碳源白白浪費(fèi)，還造成了大氣的嚴(yán)重污染，大大加重了政府工作的負(fù)擔(dān)。社會(huì)的需求把科學(xué)研究推向了研究的前沿，生物碳顆粒擠壓成型機(jī)技術(shù)的研究就是為適應(yīng)這種需求而開(kāi)展的。但是，生物碳也有其缺點(diǎn)——熱值及熱效率低，體積大，不易運(yùn)輸，直接燃燒生物碳的熱效率僅為10％～30％，因此作為高效潔凈燃料必須加工成型。
生物碳致密成型技術(shù)就是在這種情況下產(chǎn)生的，他是將各類(lèi)松散的生物碳原料（主要是農(nóng)作物生物碳、農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物、林木加工廢棄物等）用機(jī)械加壓(加熱或不加熱)的方法，使原來(lái)松散的、沒(méi)有一定形狀的原料壓縮成具有一定形狀的、密度較大（0.8～1.4g/cm）的成型燃料成型后的原料的熱性能要優(yōu)于木材,熱值為伴隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，在利用資源取得一個(gè)又一個(gè)的勝利的同時(shí)源人們驚異地發(fā)現(xiàn)：地球母親能夠提供給我們的資源已越來(lái)越少了，而且這些資也自然而然的包括了為我們的生活提供保障的那些能源。這絕對(duì)是我們應(yīng)該重視起來(lái)的問(wèn)題，否則能源問(wèn)題將帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。因此，為了人類(lèi)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)新能源已勢(shì)在必行。
目前，世界上能源消耗主要是以煤炭、石油和天然氣為主的不可再生的化石能源。由于他們的不可再生性，其利用是以消耗地球資源為代價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：目前占全球能源消耗總量近50％的石油和天然氣在21世紀(jì)中葉將耗盡，而其他常規(guī)能源也將隨著全球人口的迅速增加、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高而逐漸要枯竭，中國(guó)的能源狀況比起全球的能源狀況來(lái)就更為嚴(yán)峻了。人類(lèi)使用能源的無(wú)限性與常規(guī)能源儲(chǔ)量的有限性形成一對(duì)尖銳矛盾，而解決這一矛盾的主要辦法就是“開(kāi)源節(jié)流”，開(kāi)源即開(kāi)辟新的能量源泉，節(jié)流即節(jié)約常規(guī)能源，兩者缺一不可。
另外，作為世界主要能源的化石能源在為人類(lèi)作出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也在嚴(yán)重地破壞人類(lèi)的生存環(huán)境，其主要表現(xiàn)在：排放大量的和，而和等氣體濃度的增加將會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康造成直接的危害，并產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。另外就是石化能源的燃燒產(chǎn)生大量的粉塵，這也是直接威脅人類(lèi)健康的。
所以，現(xiàn)在作為新能源出現(xiàn)的可再生能源將是人類(lèi)社會(huì)未來(lái)能源的基石，它必將在不久的將來(lái)替代石化能源。
可再生能源主要有風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能和生物碳能。其中生物碳能是指利用生物碳產(chǎn)生的能源，是一種高效和廉價(jià)的太陽(yáng)能濃縮儲(chǔ)存方式，是唯一一種可儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?，而且由于生物碳是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來(lái)源于動(dòng)植物并能再生的物質(zhì)，所以生物碳分布最廣，不像風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能，要受到天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物碳存在，也就可以利用生物碳。因此，可以說(shuō)生物碳是地球上一個(gè)巨大的能源庫(kù)。
生物碳的種類(lèi)很多，通常包括以下幾個(gè)方面：一是木材及森林工業(yè)廢棄物；二是農(nóng)業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物；六是動(dòng)物糞便。全世界約有25億人生活能源的90％以上是生物碳。
生物碳儲(chǔ)量大，燃燒容易、污染少，有害成分低，更具特色的是生物碳燃料燃燒所釋放出的大體上相當(dāng)于其生長(zhǎng)時(shí)通過(guò)光合作用所吸收的，所以燃用生物碳時(shí)的排放量可以認(rèn)為是零，甚至有所減少（考慮到燃燒后草木灰中含有大量的），這是氣、油、煤等常規(guī)能源所無(wú)法比擬的。14～17 MJ/kg,相當(dāng)于中質(zhì)煙煤,可直接燃燒,同時(shí)具有黑煙少,火力旺、燃燒充分,不飛灰、干凈衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn), 和極微量排放。
生物碳固化成型燃料具有加工簡(jiǎn)單、成本較低、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸、易著火、燃燒性能好、熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，可作為炊事、取暖的燃料，也可以作為工業(yè)鍋爐和電廠的燃料。對(duì)生物碳源資源豐富的貧油、貧煤國(guó)家來(lái)說(shuō)，生物碳源必將成為一種發(fā)展前景非?？捎^的替代能源。
中國(guó)作為一個(gè)迅速崛起的發(fā)展中農(nóng)業(yè)大國(guó)，在保護(hù)環(huán)境的前提下，要實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，必須改變傳統(tǒng)的能源利用和能源生產(chǎn)方式，開(kāi)發(fā)利用生物碳資源，生產(chǎn)清潔能源是一項(xiàng)必然的選擇。作為人類(lèi)傳統(tǒng)燃料的農(nóng)作物生物碳，是來(lái)源于太陽(yáng)能的一種可再生能源，具有資源豐富含碳量低的特點(diǎn)，加之在其生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大氣中的而成為碳元素的匯（Sink）而被稱(chēng)為清潔能源。近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，農(nóng)村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，生物碳所占的比重正逐步下降。燃燒生物碳成為被替代的對(duì)象，田間地頭或田間焚燒的生物碳量逐年增加，這種污染在收獲季節(jié)集中排放，使得短時(shí)間內(nèi)大氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。本課題主要研究了廢棄的農(nóng)作物生物碳轉(zhuǎn)化為高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，來(lái)提高農(nóng)民的收入，緩解農(nóng)村能源緊張的局面，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)村能源的可持續(xù)發(fā)展。開(kāi)發(fā)利用生物碳對(duì)中國(guó)農(nóng)村更具特殊意義。中國(guó)80％人口生活在農(nóng)村，生物碳和薪柴等生物碳是農(nóng)村的主要生活燃料。盡管煤炭等商品能源在農(nóng)村的使用迅速增加，但生物碳仍占有重要地位。1998年農(nóng)村生活用能總量3.65億噸標(biāo)煤，其中生物碳和薪柴為2.07億噸標(biāo)煤，占56.7％。因此發(fā)展生物碳技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)提供生活和生產(chǎn)用能，是幫助這些地區(qū)脫貧致富，實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的一項(xiàng)重要任務(wù)。由上述可知，生物碳成型技術(shù)是我們目前必須加緊研究的重大課題，而且需要我們?nèi)ヅ鉀Q的問(wèn)題還非常多。
1.2國(guó)內(nèi)外生物碳成型機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
從20世紀(jì)30年代美國(guó)開(kāi)始了壓縮成型燃料技術(shù)的研究，并研制了螺旋壓縮機(jī)至今共有包括：日本、西德、意大利、丹麥、法國(guó)、德國(guó)、瑞典、瑞士、比利時(shí)，泰國(guó)、印度、越南、菲律賓、南非等國(guó)家先后加入了生物碳成型技術(shù)的研究行列。目前這些國(guó)家生物碳顆粒擠壓成型機(jī)技術(shù)己基本成熟，并進(jìn)入了規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用階段。并且一些機(jī)型極具代表性，如：比利時(shí)研制成功的T117型螺旋壓塊機(jī)，其主要性能為：壓塊燃料的出模溫度180℃，軸向壓縮力大于686kN，壓塊的移動(dòng)速度1700～2500mm/min，耗能量45～55kWh/t，壓塊燃料的低位熱值為19.7MJ/kg，燃料外表面有一層自然纖維保護(hù)膜。還有就是聯(lián)邦德國(guó)研制的KAHI系列壓粒機(jī)可生產(chǎn)直徑為3～40mm的壓縮粒，所用電機(jī)的功率為20～400kW，能耗為15～40kWh/t。泰國(guó)、印度、菲律賓等國(guó)80年代研制成的加粘結(jié)劑的生物碳?jí)嚎s成型機(jī)等。
1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
而我國(guó)是在20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋擠壓式生物碳成型機(jī)后開(kāi)始參與生物碳?jí)嚎s成型技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)的，至今已有二十多年的歷史，并且取得了明顯成果，如：清華大學(xué)清潔能源研究與教育中心已開(kāi)發(fā)出生物碳顆粒燃料冷成型技術(shù)和設(shè)備，并在北京懷柔區(qū)組織了示范項(xiàng)目，環(huán)境科學(xué)與工程系也有相關(guān)研究。浙江大學(xué)生物機(jī)電工程研究所能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也在生物碳成型理論、成型燃料燃燒技術(shù)等方面進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)部分廠家生產(chǎn)的成型機(jī)信息見(jiàn)表1-2。
表1-2我國(guó)生物碳致密成型設(shè)備的主要性能指標(biāo)
研究單位與生產(chǎn)單位
產(chǎn)品型號(hào)
規(guī)格 臺(tái)/年
生產(chǎn)率kg/h
電耗kwh/t
江蘇省連云港市東海糧食機(jī)械廠
OBM-88
150
120
120.5
陜西省武功縣輕功機(jī)構(gòu)廠
SX-7.5,11
200
85～150
100
廣西林市安無(wú)機(jī)械炭機(jī)械廠
150
120
100
河北正定廠宏木炭設(shè)備制造廠
JD-A
150
120
100
西北農(nóng)業(yè)大學(xué)能源研究室
SZJ-8A
80
71.4
江蘇林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究室
HD
120
100
遼寧省能源研究所產(chǎn)業(yè)基地
200
100
110～130
中國(guó)農(nóng)機(jī)院能源動(dòng)力所
SYJ-35
50～100
83.3
江蘇盯治國(guó)營(yíng)九三O五廠
HD型
100
110～130
102.9
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
HPB-Ⅲ型
100
60～80
39.7～47.9
1）螺旋擠壓技術(shù)
螺旋擠壓成型技術(shù)是目前生產(chǎn)生物碳顆粒擠壓成型機(jī)最常用的技術(shù)，尤其是以機(jī)制炭為最終產(chǎn)品的用戶(hù)，大都選用螺旋擠壓成型機(jī)。
1990年，通過(guò)實(shí)施國(guó)家“七五”公關(guān)項(xiàng)目“木質(zhì)棒狀（螺旋擠壓）成型機(jī)的的開(kāi)發(fā)研究”工作，國(guó)內(nèi)建立了第一條年產(chǎn)1000噸棒狀成型燃料生產(chǎn)線(xiàn)；1993年前后，國(guó)內(nèi)一部分企業(yè)和有關(guān)省的農(nóng)村能源辦公室從日本、中國(guó)臺(tái)灣、比利時(shí)、美國(guó)引進(jìn)了近20條生物碳?jí)嚎s成型生產(chǎn)線(xiàn)，這些生產(chǎn)線(xiàn)基本上都是采用螺旋擠壓式，大多數(shù)是以木屑為原料，生產(chǎn)“炭化”燃料棒狀成型燃料的形狀為直徑50mm左右、長(zhǎng)度450mm左右，橫截面為圓形或六角形，每根重約1kg,用于蒸發(fā)量1000kg/h工業(yè)鍋爐或民用爐灶。
螺旋擠壓成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
(1)成品密度高。以木屑、稻殼、麥草等為原料，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的幾種螺旋擠壓式成型機(jī)加工的成型棒料的密度1100-1400kg/.
(2)成品質(zhì)量好、熱值高，更適合再加工成為炭化燃料、
螺旋擠壓成型技術(shù)的缺點(diǎn)是：
(1)產(chǎn)量低。目前國(guó)產(chǎn)設(shè)備的最高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量不到150kg/h，距離規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)量要求相差較大。
(2)能耗高。粉料在螺旋擠壓成型前先要經(jīng)過(guò)電加溫預(yù)熱，擠壓成型過(guò)程的噸料電耗就在90kw*h/t以上。
(3)易損件壽命短。國(guó)產(chǎn)設(shè)備主要工作部件螺桿的最高壽命不超過(guò)500h，距離國(guó)際先進(jìn)水平1000h以上還有不小的距離。
(4)原料要求苛刻。螺旋擠壓成型機(jī)采用連續(xù)擠壓，成型溫度通常在之間，為了避免成型過(guò)程中原料水分的快速汽化造成成型塊的開(kāi)裂和“放炮”現(xiàn)象的發(fā)生，一般要將原料含水率控制在8%-12%之間，所以對(duì)有的物料要進(jìn)行預(yù)干燥處理，增加了加工成本。這一點(diǎn)，對(duì)于移動(dòng)式的成型燃料加工系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也許是一個(gè)致命傷，因此與螺旋擠壓成型工藝相銜接還需要配套的烘干機(jī)。
2）活塞沖壓技術(shù)
這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是成型密度較大，允許物料水分高達(dá)20%左右。但因?yàn)槭怯透淄鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，間歇成型，生產(chǎn)率不高，產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，不適宜炭化。活塞式的成型模腔容易磨損，一般100h要修1次，有的含少的生物碳材料可維持300h。
2003年，通過(guò)實(shí)施科技部“生物碳?jí)簤K成型燃料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性研究”項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)了液壓驅(qū)動(dòng)式生物碳成型機(jī)，該設(shè)備采用活塞套筒雙向擠壓間歇成型。生產(chǎn)率為400kg/h;噸料電耗為60kw*h/t左右。
3）輥模擠壓技術(shù)
生物碳顆粒燃料的輥模擠壓成型技術(shù)是在顆粒飼料生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，兩者的主要區(qū)別在于纖維性物料含量的多少和成型密度的高低。用輥模擠壓式成型機(jī)生產(chǎn)顆粒成型燃料一般不需要外部加熱，依靠物料擠壓成型時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱，即可使物料軟化和黏合。對(duì)原料的含水率要求較寬，一般在10%-40%之間均能成型。其成型最佳水分為18%左右，相比于螺旋擠壓和活塞沖壓而言，輥模擠壓成型法對(duì)物料的適應(yīng)性最好。因此，國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)生物碳顆粒飼料的企業(yè)在生產(chǎn)顆粒飼料的同時(shí)也生產(chǎn)顆粒燃料，以提高設(shè)備的利用率。
目前國(guó)內(nèi)一些知名的飼料機(jī)械企業(yè)，在環(huán)模制粒機(jī)和平模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造方面，已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。在生物碳顆粒成型燃料加工機(jī)械的研發(fā)方面也進(jìn)行了多年的探索，并取得了可喜的成績(jī)。
（1）環(huán)模擠壓成型技術(shù)。1994年-1998年，通過(guò)實(shí)施國(guó)家林業(yè)局“林業(yè)剩余物制造顆粒成型燃料技術(shù)研究”項(xiàng)目，成功開(kāi)發(fā)了以木屑和刨花為主要原料的顆粒燃料成型機(jī)，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量在250kg/h,成型燃料產(chǎn)品的規(guī)格為直徑6mm，長(zhǎng)8-15mm,顆粒密度>1000kg/m,其熱值為20096.7Kj/kg左右。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到日本“全國(guó)燃料協(xié)會(huì)”公布的顆粒成型燃料標(biāo)準(zhǔn)的特級(jí)或一級(jí)。但是由于當(dāng)時(shí)在材料和加工工藝等方面的原因，主要易損件環(huán)模在面對(duì)粗纖維物料時(shí)暴露出了使用壽命短的缺陷。使用成本高成為環(huán)模式制粒機(jī)難以在生物碳顆粒擠壓成型機(jī)領(lǐng)域大面積推廣的重要原因。但是，該項(xiàng)目的開(kāi)展，為我國(guó)輥模擠壓成型燃料技術(shù)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。
（2）平模擠壓成型技術(shù)。由于在平模制造工藝水平和主要加工物料對(duì)象方面與國(guó)外的差距等原因，以前國(guó)內(nèi)在對(duì)平模式制粒機(jī)的研究方面不夠深入，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)的最大平模直徑只有400mm.2000年，通過(guò)實(shí)施農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目“生物碳顆粒飼料加工技術(shù)與設(shè)備引進(jìn)”，在引進(jìn)國(guó)際上著名的德國(guó)卡爾公司的38-780型大型平模制粒機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，又進(jìn)行了多處技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SZLP-780型平模制粒機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：顆粒直徑12mm;生產(chǎn)能力：2100kg/h;噸粒耗電量：31Kw*h/t;顆粒成型率：94%；顆粒成型密度：920；平模直徑：780mm.
與其他生物碳成型顆粒加工技術(shù)相比，大型平模式制粒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)原料適應(yīng)性廣。
(2)產(chǎn)量大。
(3)噸粒耗電低。
(4)輥模壽命長(zhǎng)。
(5)成型密度可調(diào)。
2004年，一些發(fā)電企業(yè)利用SZLP-780型平模制粒機(jī)生產(chǎn)的顆粒燃料來(lái)發(fā)電，（配套電機(jī)為75KW電機(jī)）進(jìn)行了以棉桿為原料的制粒試驗(yàn)，當(dāng)成型顆粒密度在1100kg/時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到1300kg/
但總體來(lái)看，目前，我國(guó)的生物碳固化成型裝備在設(shè)備的實(shí)用性、系列化、規(guī)模化上還是不足，距估計(jì)先進(jìn)水平還有不小的差距。這一問(wèn)題以成型機(jī)最為突出，表現(xiàn)在生產(chǎn)率低、成型能耗高、主要工作部件壽命短、機(jī)器故障率多、費(fèi)用高等方面。
1.3目前主要的成型機(jī)類(lèi)型及其成型方法
目前世界各地的成型機(jī)主要有兩種:壓塊和顆粒成型機(jī)。根據(jù)成型原理的不同可分為:活塞成型機(jī)、螺旋式成型機(jī)和模壓顆粒成型機(jī)。
1.3.1活塞式成型機(jī)
按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的不同可分為兩類(lèi):一類(lèi)是用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)的稱(chēng)為機(jī)械驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī);另一類(lèi)是用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的稱(chēng)為液壓驅(qū)動(dòng)活塞成型機(jī)。這兩類(lèi)成型機(jī)的成型過(guò)程是靠活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。其進(jìn)料、壓縮和出料都是間歇進(jìn)行的，即活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次可以形成一個(gè)壓塊，在成型套內(nèi)壓塊之間被緊密擠在一起，但其端面之間的連接不牢固。因此，當(dāng)壓塊從成型機(jī)的出口被擠出時(shí)，一般在重力的作用下自行分離。根據(jù)壓縮室末端有無(wú)擋板又分為開(kāi)式和閉式兩種。閉式柱塞壓塊依靠壓縮室末端的擋板形成擠壓阻力，壓塊形成后再開(kāi)啟擋板排出，這種機(jī)構(gòu)不需要很大的擠壓力，消耗能量較少;開(kāi)式成型機(jī)依靠被壓縮物與壓縮室壁之間的摩擦力和錐形壓模形成擠壓阻力實(shí)現(xiàn)原料的壓縮成型，這種形式的成型機(jī)出料方便，不需要特殊的擠出成型塊機(jī)構(gòu)和動(dòng)作。
1.3.2螺旋式成型機(jī)
根據(jù)成型過(guò)程中粘結(jié)機(jī)理的不同可分為加熱和不加熱兩種形式。一種是先在物料中加入粘結(jié)劑，然后在錐型螺旋輸送器的壓送下，壓在原料上的壓力逐漸增大，到達(dá)壓縮喉口時(shí)物料所受的壓力最大。物料在高壓下體積密度增大，并在粘結(jié)劑的作用下成型，然后從成型機(jī)的出口處被連續(xù)擠出。另一種是在成型套筒上設(shè)置加熱裝置，利用物料中的木質(zhì)素受熱塑化的粘結(jié)性，使物料成型。此類(lèi)成型機(jī)最早被研制開(kāi)發(fā)，也是目前各地推廣應(yīng)用較為普遍的一種機(jī)型。
1.3.3模壓顆粒成型機(jī)
根據(jù)壓模型形狀的不同可分為:平板模顆粒成型機(jī)和環(huán)板模顆粒成型機(jī)，其中環(huán)模成型機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)布置方式又可分為立式和臥式兩種形式。由于立式環(huán)模成型機(jī)具有壓模易更換、保養(yǎng)方便、易進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)而成為現(xiàn)有顆粒成型機(jī)的主流機(jī)型，其生產(chǎn)率可達(dá)1-3t/h。臥式環(huán)模成型機(jī)的壓模和壓輥的軸線(xiàn)都為垂直設(shè)置。平板模顆粒機(jī)的工作原理是平板上有4-6個(gè)輥?zhàn)樱佔(zhàn)与S軸作圓周運(yùn)動(dòng)，并與平模板間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，原料在輥?zhàn)雍湍０彘g受擠壓，多數(shù)原料被擠入模板孔中，切割機(jī)將擠出的成型條按一定的長(zhǎng)度切割成粒。
1.4生物碳顆粒成型加工技術(shù)與裝備發(fā)展趨勢(shì)
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，人們愈加感覺(jué)到石化能源漸趨枯竭，在對(duì)可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的追求中，世界開(kāi)始將目光聚焦到了可再生能源與材料，“生物碳經(jīng)濟(jì)”已浮出水面。以生物能源和化工產(chǎn)品為主的生物碳產(chǎn)業(yè)正在興起，引起了世界各國(guó)政府和科學(xué)家的關(guān)注。許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的計(jì)劃，如日本的“陽(yáng)關(guān)計(jì)劃”，美國(guó)的“能源農(nóng)場(chǎng)”，印度的“國(guó)家戰(zhàn)略行動(dòng)”等、2005年“可再生能源法”在我國(guó)正式頒布實(shí)施，所有這些，也預(yù)示著各國(guó)在包括生物碳顆粒擠壓成型機(jī)開(kāi)發(fā)在內(nèi)的生物碳技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入一個(gè)白熱化時(shí)代。
雖說(shuō)生物碳產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展之大勢(shì)和新興的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，但其當(dāng)前成本與價(jià)格尚難與石油基本產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，這一點(diǎn)對(duì)于成型燃料來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)得尤其明顯。因此，以降低生產(chǎn)成本為目的，尋找技術(shù)上的創(chuàng)新、突破，成為生物碳燃料領(lǐng)域最大的命題。降低顆粒燃料的噸料能耗、降低設(shè)備的使用成本，也成為目前所追求的最大目標(biāo)。
在生物碳固化成型技術(shù)裝備研究、開(kāi)發(fā)方面，國(guó)內(nèi)外發(fā)展總的趨勢(shì)是：裝備生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化、產(chǎn)品生產(chǎn)批量擴(kuò)大化、生產(chǎn)裝備系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。尤其國(guó)內(nèi)則在設(shè)備實(shí)用性、系列化上下功夫，不斷降低成本并提高技術(shù)水平，為21世紀(jì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用生物碳提供必要的技術(shù)儲(chǔ)備。
(1)生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工技術(shù)向?qū)嵱?、高效、低成本方向發(fā)展
生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工技術(shù)能否在生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用，與技術(shù)本身的實(shí)用性、效率的高低、使用成本的多少有著密不可分的關(guān)系。因此，今后生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工技術(shù)的發(fā)展將以實(shí)用、高效、低使用成本為方向。在實(shí)用性方面將以冷成型壓縮技術(shù)為主，在高效和低使用成本方面將以平模式壓制技術(shù)為主。
(2)生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工設(shè)備向可移動(dòng)、自動(dòng)化方向發(fā)展
我國(guó)農(nóng)作物生物碳資源豐富，分布分散，集中在固定場(chǎng)地加工，運(yùn)輸成本過(guò)高，經(jīng)濟(jì)性較差，不利于農(nóng)作物生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工技術(shù)的推廣和應(yīng)用。因此，生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工設(shè)備必須具有可移動(dòng)性，以方便千家萬(wàn)戶(hù)使用。同時(shí)，由于生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工設(shè)備使用對(duì)象的文化水平參差不齊，這就要求生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工設(shè)備應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，使用者只需完成簡(jiǎn)單的原料供給工作，就能完成生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工?？傊?，今后生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工設(shè)備的發(fā)展將以產(chǎn)品規(guī)格系列化、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)化、性能價(jià)比合理化、生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)化為方向，實(shí)現(xiàn)生物碳顆粒擠壓成型機(jī)加工過(guò)程的連續(xù)化、自動(dòng)化，為推動(dòng)我國(guó)農(nóng)作物生物碳資源化利用，商品化生產(chǎn)，提供技術(shù)和裝本支撐。
1.5生物碳成型技術(shù)存在的問(wèn)題
雖然，生物碳成型機(jī)的研制目前已初具規(guī)模，但要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還有一些技術(shù)障礙亟待解決。
1.5.1成型機(jī)的問(wèn)題
目前大部分機(jī)組可靠性能差，運(yùn)行不平穩(wěn)，易損件使用壽命太短，維修和更換不方便。技術(shù)較成熟的螺旋擠壓式成型機(jī)的螺桿壽命極其有限，由于物料的壓縮是靠螺桿和出料套筒配合完成的，螺桿的幾何尺寸和出料筒的幾何尺寸必須在一定的范圍內(nèi)，才能在較快的擠出速度下獲得較大密度的成型燃料。螺桿是在較高溫度和壓力下工作的，與物料始終處于干摩擦狀態(tài)，導(dǎo)致螺桿的磨損非常快。螺桿磨損到一定程度時(shí)，會(huì)與出料套筒失去尺寸配合，使成型無(wú)法進(jìn)行。
1.5.2成型原料問(wèn)題
生物碳原料的特點(diǎn)是具有季節(jié)性、分散性，因此嚴(yán)重的影響了生物碳致密成型燃料的工業(yè)化生產(chǎn)，根據(jù)中國(guó)特色，必須考慮生物碳的收集半徑。建議采取分散設(shè)點(diǎn)加工及就地使用和集中調(diào)配使用的方法。解決上述問(wèn)題?？紤]到收集范圍問(wèn)題，生物碳致密成型設(shè)備的生產(chǎn)率不宜過(guò)大。
1.5.3配套設(shè)備問(wèn)題
由于成型機(jī)對(duì)原料的粒度和含水率要求較高，而成型設(shè)備自動(dòng)化低、粉碎、干燥、進(jìn)料和包裝設(shè)備沒(méi)有形成配套的生產(chǎn)線(xiàn)，工作時(shí)原料往往達(dá)不到生產(chǎn)要求。建議在研制和生產(chǎn)生物碳致密成型設(shè)備的同時(shí)，
要配套相應(yīng)的粉碎和干燥設(shè)備。
2 生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)及成型原理
2.1生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的機(jī)器主要有驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)料裝置、螺桿、機(jī)筒、成型裝置等幾個(gè)部分組成，如圖2-1所示。
圖2-1生物碳顆粒擠壓成型機(jī)
1. 螺桿
螺桿是生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的最重要的工作部件。是用來(lái)產(chǎn)生必須的壓力，使物料擠出模頭。螺桿通常設(shè)計(jì)矩形、梯形或三角形的阿基米德螺線(xiàn)，可以是單頭或多頭。有的是為了提高產(chǎn)品的混煉效果，可將螺紋中斷或?qū)⑵渥龀扇舾蓚€(gè)缺口，成為缺斷式螺紋。
2. 套筒
套筒是生物碳料成型機(jī)的另一個(gè)重要部件。在擠壓機(jī)套筒內(nèi)壁，刻有連續(xù)的倒槽，可以是直的，也可以是帶螺旋形，其螺旋方向與螺桿旋向相反。倒槽使物料避免隨螺桿作軸向旋轉(zhuǎn)，這樣，如果螺桿十分光滑，物料易與螺桿發(fā)生滑動(dòng)，而不與套筒發(fā)生軸向滑動(dòng)則物料的推進(jìn)速度與螺桿速度大致成正比。
3. 成型裝置
擠壓機(jī)的成型裝置是最終決定產(chǎn)品形狀和結(jié)構(gòu)的主要部件，它的主要部件擠壓成型機(jī)前端的模頭。模頭借助螺釘固定在機(jī)筒出料端的法蘭上，模頭上有不同形狀的孔，以使擠壓過(guò)的生物碳通過(guò)模頭來(lái)成型。模頭是一個(gè)很精確的零件，必須有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受擠壓機(jī)機(jī)筒內(nèi)的高壓。?？子蓸O耐磨的材料組成，常用的材料有鉻鋼、青銅合金，有時(shí)在?？變?nèi)鑲嵌聚四氟乙烯材料。
模頭的構(gòu)造對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響頗大，不同模頭的設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響不同。作為圓錐形模孔，它將降低螺腔內(nèi)的壓力要求，使產(chǎn)品獲得光滑的表面。具有突變截面，模孔長(zhǎng)度短的模頭，它會(huì)對(duì)壓出的產(chǎn)品造成較大的機(jī)械損傷從而導(dǎo)致產(chǎn)品組織細(xì)粒化、柔軟化和產(chǎn)生髓化結(jié)構(gòu)。
4. 加熱與冷卻裝置
加熱與冷卻是擠壓加工過(guò)程順利進(jìn)行的必要條件。伴隨螺桿的轉(zhuǎn)速、擠出壓力、外加熱功率以及擠壓系統(tǒng)周?chē)橘|(zhì)的溫度變化，機(jī)筒中的溫度也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。以使生物碳物料始終能在其加工工藝所要求的溫度范圍擠壓，通常采用電阻或電感應(yīng)加熱和水冷卻裝置來(lái)不斷調(diào)節(jié)機(jī)筒溫度
5. 切割裝置
擠壓加工系統(tǒng)中常用的切割裝置為端面切割器，切割刀具旋轉(zhuǎn)平面與模板端面平行。通過(guò)調(diào)整切割刀具的旋轉(zhuǎn)速度和擠壓產(chǎn)品的線(xiàn)速度來(lái)獲得所需擠壓產(chǎn)品的長(zhǎng)度。根據(jù)切割器驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置和割刀長(zhǎng)度的不同，可分為飛速和中心兩種切割器。飛速切割器的電機(jī)裝在模板中心軸線(xiàn)外面，割刀臂較長(zhǎng)，以很高的線(xiàn)速度旋轉(zhuǎn)。中心切割器的刀片較短，并繞模板裝置的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
6. 控制裝置
擠壓加工系統(tǒng)控制主要有微電腦、電器、傳感器、顯示器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，其主要作用是：控制電機(jī)，使其滿(mǎn)足所需的轉(zhuǎn)速，并保證各部分協(xié)調(diào)的運(yùn)行；控制溫度、壓力、位置和產(chǎn)品質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)整個(gè)擠壓加工系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
2.2生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的成型原理
植物細(xì)胞中除了含有纖維素、半纖維素外，還含有木質(zhì)素（木素），在闊葉木、針葉木中木素含量為27-32%（絕干原料），禾草類(lèi)中含量為14-25%?，F(xiàn)在知道，木素是具有芳香特性的結(jié)構(gòu)單體為苯丙烷銑型的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物。雖然各種植物都含水素，但它們的組成、結(jié)構(gòu)并不完全一樣。在常溫下木素主要部分不溶于任何有機(jī)溶劑，木素屬非晶體，沒(méi)有熔點(diǎn)但有軟化點(diǎn)，當(dāng)70-100時(shí)，粘合力開(kāi)始增加。木素在植物組織中有增加細(xì)胞壁、粘合纖維的作用，不能被動(dòng)物消化，在土壤中能轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)。用化學(xué)方法分離木素可制成木質(zhì)塑料，如苯酚木素樹(shù)脂，其物理機(jī)械性能類(lèi)似熱塑性酚醛壓塑粉，用途也相仿，但熔融時(shí)粘度高，成品脆性大、耐水性差、木素在適應(yīng)溫度下（200-300）會(huì)軟化，此時(shí)加以一定壓力使之與纖維素緊密黏結(jié)，并與相鄰生物碳顆粒相互膠接，冷卻后即可固化成型。因此，采用熱壓法成型生物碳顆粒可不用任何添加劑、粘結(jié)劑，大大降低了加工成本，而且利用木質(zhì)素軟化的特點(diǎn)適當(dāng)提高熱壓成型時(shí)的溫度有利于減小擠壓動(dòng)力。
因此，生物碳擠壓加工就是：將粉碎的小塊狀物料置于擠壓機(jī)的高溫高壓狀態(tài)下，突然釋放到常溫常壓，使物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。擠壓加工方法是借助擠壓機(jī)螺桿的推動(dòng)力，將物料向前擠壓，物料受到混合、攪拌、摩擦以及高剪切力作用，使木素粒解體，同時(shí)機(jī)腔內(nèi)溫度壓力升高（溫度可達(dá)到150-200，壓力可達(dá)1MP以上），然后從一定形狀的?？姿查g擠出，其中游離水分在此壓差下急劇汽化，水的體積可膨脹大約2000倍，有高溫高壓突然降至常溫常壓，從而使產(chǎn)品定型。
3主要部件的設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的要求產(chǎn)量Q=250kg/h,度電量為40kg/kw*h,則工作機(jī)所需功率為：
比較選的型號(hào)為Y160M-6型電機(jī)：
額定功率P=7.5kw 轉(zhuǎn)速n=970r/min 效率
3.2套筒的設(shè)計(jì)
3.2.1套筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
套筒和螺桿共同組成了擠壓機(jī)的擠壓系統(tǒng)，完成對(duì)物料的固體輸送、熔融和定壓定量輸送作用。套筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳遞的穩(wěn)定性和均勻性。并且對(duì)于一些新型的擠壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，套筒在加料段上的結(jié)構(gòu)形式也影響道固體輸送效率。套筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到固體輸送效率。套筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的工作性能。因此，套筒在擠壓系統(tǒng)中是僅次于螺桿的重要零部件之一。
在本次設(shè)計(jì)中，選擇整體式結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。其特點(diǎn)是長(zhǎng)度大，加工要求比較高，在加工精度和裝配上容易得到保證（特別是螺桿和套筒的同軸度要求），也可簡(jiǎn)化裝配工作，在套筒上設(shè)置外加熱不易受到限制，套筒受熱均勻。一般專(zhuān)業(yè)制造廠用的比較多。
圖3-1整體式套筒
3.2.2套筒基本參數(shù)的確定
（1）套筒內(nèi)徑D
（2） 套筒壁厚d
3.3模頭的設(shè)計(jì)
3-2所示生物碳顆粒的形狀取決于模頭的形狀，本次設(shè)計(jì)的模頭如圖:
圖3-2 模頭的結(jié)構(gòu)
3.3.1模頭設(shè)計(jì)的基本原則
（1）熔融料的流道呈十分光滑的流線(xiàn)型，不得有 突變區(qū)，更不能有死角和滯留區(qū)。物料的粘度愈大，流道變化的角度反應(yīng)愈光銳。
（2）保證模頭內(nèi)有足夠的壓縮比，使物料能在模頭內(nèi)形成必要的壓力。
（3）在強(qiáng)度足夠的條件下，結(jié)構(gòu)緊湊，易加工制造和裝拆維修。同時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)。以使傳熱均勻。
3.3.2模頭材料要求
（1）耐腐蝕和耐磨損。
（2）在模頭的內(nèi)壓力作用下有足夠的強(qiáng)度和剛度。
（3）在高溫下不變形。
3.4螺桿的設(shè)計(jì)
3.4.1螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
單螺桿擠壓機(jī)的螺桿按其螺紋升程和螺槽深度的變化可分為三種形式：等螺距變深螺桿，等深變距螺桿，變深變距螺桿。本次采用等螺距變深螺桿，也就是通過(guò)改變螺桿直徑來(lái)獲得壓縮比，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的輸送和擠壓功能。
螺桿與套筒基本結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3-3所示：
圖3-3螺桿基本結(jié)構(gòu)示意圖
3.4.2螺桿基本參數(shù)的確定
（1）螺桿轉(zhuǎn)速
本次設(shè)計(jì)采用300r/min.
（2）螺桿外徑
式中： --- 螺桿外徑
Q --- 生物碳顆粒擠壓成型機(jī)的產(chǎn)量
--- 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.005
取標(biāo)準(zhǔn)值55mm
（3）螺桿各段長(zhǎng)度確定
長(zhǎng)徑比=6,則L=6=655=310mm
進(jìn)料段長(zhǎng)度=(10%-25%)L=25%310=82.5mm
均化段長(zhǎng)度=(50%-60%)L=50%310=165mm
擠壓段長(zhǎng)度=(10%-25%)L=25%310=82.5mm
（4）螺槽深度
=
=15.5mm
（5）導(dǎo)程I:從一個(gè)螺紋的前沿道同一個(gè)螺紋向前旋轉(zhuǎn)一周后的前沿在它們的外徑處軸向距離。因?yàn)楸緳C(jī)采用等螺距變深螺桿，因此選取導(dǎo)程I=30mm
（6）螺旋角：螺紋和垂直于螺桿軸線(xiàn)的平面之間所形成的夾角。
（7）螺道的軸向?qū)挾菳：從一個(gè)螺紋的前沿道同一螺紋旋轉(zhuǎn)一周后的后沿在螺桿直徑處的軸向距離。本次設(shè)計(jì)B取25mm
（8）螺道長(zhǎng)度Z
因?yàn)椴捎玫嚷菥嘧兩盥輻U，所以
（9）螺紋的軸向厚度b:在螺桿直徑處測(cè)得的螺紋厚度。
B=I-B=30-25=5mm
（10）螺紋厚度e:垂直于螺紋面測(cè)得的螺紋厚度。
（11）螺桿直徑間隙：套筒內(nèi)徑和螺桿直徑之差。
查參考文獻(xiàn)表取
3.4.2螺桿的強(qiáng)度校核
在擠壓過(guò)程中，螺桿和套筒由于大量的機(jī)械能被耗散，在正常工作狀態(tài)下，磨損隨時(shí)都在發(fā)生，是不可避免的，同時(shí)由于所加工物料種類(lèi)的不同，還可能發(fā)生化學(xué)磨損，使得螺桿和套筒之間磨損機(jī)理更加復(fù)雜化。
在擠壓時(shí)其螺桿端部在套筒內(nèi)浮動(dòng)，因而其自重引起的彎曲應(yīng)力可忽略。所以，在實(shí)際計(jì)算時(shí)都可近似的視為一端固定的懸臂梁。
螺桿的受力狀態(tài)如圖3-4所示。在螺桿的全長(zhǎng)上主要受物料的壓力P、克服物料的阻力所需的扭矩和自重G的作用。由于螺桿徑向所受的壓力P大小相等，方向相反而相互抵消。故計(jì)算時(shí)對(duì)P的影響只考慮軸向壓力P對(duì)螺桿的作用（即螺桿所受的軸向力），并且螺桿的縱向彎曲問(wèn)題也忽略。因此，對(duì)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算，可歸結(jié)為壓、扭、彎聯(lián)合作用下的復(fù)合計(jì)算。由于在一般情況下螺桿根莖處的承載能力最差，所以，對(duì)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算，可進(jìn)一步歸結(jié)為在上述復(fù)合應(yīng)力作用下螺桿根莖特別是加料段端面的強(qiáng)度計(jì)算。
圖3-4螺桿的受力分析
(1)軸向力的壓縮應(yīng)力
可由下式求出：
=
式中--螺桿軸向最大壓力，
--螺桿最小斷面的根莖m
(2)由扭矩產(chǎn)生的剪切力
式中Ws—抗扭截面模量，
Nmax—擠壓機(jī)主電機(jī)最大傳動(dòng)功率，kw
--螺桿最高轉(zhuǎn)速，r/min
---擠壓機(jī)的傳動(dòng)效率
（3）有螺桿自重產(chǎn)生的彎應(yīng)力
=
=0.4
式中
-- 螺桿自重產(chǎn)生的彎矩，N*m
-- 抗彎截面模量，
L ——螺桿有效螺紋長(zhǎng)度，m
---螺桿材料密度，這里取
（4）螺桿的合成應(yīng)力
=
故螺桿強(qiáng)度符合要求。
3.5傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
3.5.1設(shè)計(jì)功率
工作工況系數(shù)Ka=1.2
3.5.2選取V帶型號(hào)
根據(jù)Pc和電機(jī)轉(zhuǎn)速查參考文獻(xiàn)選取型號(hào)為A型
3.5.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑
（1）由于占用空間限制不嚴(yán)，取對(duì)傳動(dòng)有利，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P-118表6-9取
（2）驗(yàn)算帶速V
在之間，故合乎要求
（3）確定從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑
取標(biāo)準(zhǔn)值
（4）實(shí)際從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速和實(shí)際傳動(dòng)比I
不計(jì)影響，若算與預(yù)訂轉(zhuǎn)速相差為允許
故合乎要求
3.5.4確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
（1）初定中心距
由上式可得：
取
（2）確定帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
=
=2166
（3）查參考文獻(xiàn)得
（4）確定中心距a
a的調(diào)整范圍
3.5.5驗(yàn)算包角
故符合要求
3.5.6確定帶的根數(shù)
式中：
-- 實(shí)際工作條件下單根V帶額定功率的增量，由傳動(dòng) i可查得
-- 小帶輪包角修正系數(shù)，有小帶輪包角查得
-- 帶長(zhǎng)修正系數(shù)，由A型帶和，查得
所以
取
3.5.7定初拉力
=
=490
3.5.8計(jì)算軸壓力
3.6軸的設(shè)計(jì)
3.6.1軸材料的選擇
由于合金重量輕，耐高溫，耐腐蝕性能好，故選40調(diào)質(zhì)處理，其，
3.6.2軸徑的確定
由
故取軸的最小直徑為35
加上軸上皮帶拉力
傳動(dòng)軸扭矩
根據(jù)軸上零件的布置，軸的受力如圖3-5：
圖3-5 軸的受力圖
則
軸的彎矩圖如圖3-6
3-6 軸的彎矩圖
軸的扭矩圖如圖3-7所示
3-7 軸的扭矩圖
從圖中可以看出B截面為危險(xiǎn)截面
當(dāng)量彎矩
式中為根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)
故取截面B取直徑為50mm
故設(shè)計(jì)的軸如圖3-8所示：
圖3-8軸的整體結(jié)構(gòu)
3.7軸承的選擇
（1）距軸的直徑靠近螺桿一側(cè)軸承型號(hào)為6208
（2）靠近帶輪一側(cè)軸承選擇圓錐滾子軸承，型號(hào)為30208
4 結(jié) 論
1.生物碳顆粒擠壓成型加工方法適用范圍廣泛，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量號(hào)，便于存貯、運(yùn)輸，并且可提高農(nóng)作物生物碳利用率，即做到了廢物利用，也增加了農(nóng)民的收入。因此，推廣生物碳擠壓成型加工技術(shù)，對(duì)于發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，開(kāi)發(fā)農(nóng)村新能源增加農(nóng)民收入具有重要意義。
2．對(duì)擠壓機(jī)的套筒和模頭進(jìn)行了設(shè)計(jì)；對(duì)螺桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并確定了螺桿各部分的參數(shù)，對(duì)螺桿的關(guān)鍵部位進(jìn)行了強(qiáng)度校核；對(duì)傳動(dòng)裝置中的帶輪、傳動(dòng)軸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核，并依據(jù)設(shè)計(jì)出傳動(dòng)軸各部分尺寸選擇了合適的軸承。
3．本次設(shè)計(jì)的生物碳顆粒擠壓成型機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，便于維修，成本低廉等特點(diǎn)，特別適用于個(gè)體戶(hù)和小型企業(yè)的使用，可以考慮在農(nóng)村推廣使用，以此來(lái)增加農(nóng)民收入，改進(jìn)農(nóng)村能源類(lèi)型。
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致謝
在此次設(shè)計(jì)即將完成之時(shí)，我向在設(shè)計(jì)中給予我無(wú)私幫助的各位老師同學(xué)表示深深的謝意，我深知，以我自己的微薄知識(shí)來(lái)使這次設(shè)計(jì)達(dá)到要求是非常困難的。設(shè)計(jì)伊始，得到了王宏立老師及其他老師的大力幫助，讓我明白了設(shè)計(jì)思路。最后又為我指點(diǎn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，并提出改正方案，使我的設(shè)計(jì)能夠順利的完成。使我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中受益匪淺。
最后再次向給予我?guī)椭睦蠋熂巴瑢W(xué)們表示我最忠心的謝意。
總 結(jié)
生物碳粉碎機(jī)、成型機(jī)的加工工藝并不復(fù)雜，成本較低，成型機(jī)易損件的使用壽命在1000h 以上，粉碎與成型單位產(chǎn)品能耗可降至60 kW·h/t，將生物碳的粉碎和成型放在農(nóng)區(qū)，可有效地解決了生物碳儲(chǔ)存的難題，運(yùn)輸也更為方便，貯運(yùn)成本可降低70％左右。農(nóng)民購(gòu)置一套成型設(shè)備可在2～3年時(shí)間內(nèi)收回成本，完全可以在農(nóng)村中推廣應(yīng)用。燃爐的應(yīng)用可設(shè)在中、小城鎮(zhèn)或農(nóng)村，這樣生物碳從粉碎、成型到燃燒即可形成產(chǎn)業(yè)化。據(jù)國(guó)際可再生能源組織的預(yù)測(cè)地下石油、天然氣及煤的貯量，按目前的利用速率只夠用60年左右，因此，生物碳生物碳可再生能源熱壓成型后作燃料，使其得到高品位的利用，是未來(lái)可再生能源的一個(gè)發(fā)展方向。