秸秆平模致密机的设计与秸秆致密工艺

刘征明，梅林森，黄榕琳，吝祥根

(四川省农业机械研究设计院，四川 成都 610066)



秸秆平模致密机的设计与秸秆致密工艺

刘征明，梅林森，黄榕琳，吝祥根

(四川省农业机械研究设计院，四川 成都 610066)

摘要：农作物秸秆作为可再生能源，目前在四川利用率极低。对此，研制了价廉高校的秸秆平模致密机，并进行致密试验得出秸秆含水率在18%～25%时较有利于致密成型，不同种类的秸秆稍有差异。

关键词：秸秆；平模致密机；工艺

农作物秸秆是可再生能源，但因其单位容积质量小，堆放较占场地,储藏不易，直接燃烧迎风面大，燃烧不充分，会造成严重的大气污染[1]。秸秆致密后可提高单位容积质量4～5倍(减少容积15～20倍)，改善燃烧性能，提高热力强度[2]，可代替煤炭等化石能源作为生产、生活中的燃料；同时可避免焚烧秸秆造成大气污染。秸秆致密的主要方式有柱塞冲压、螺旋挤压、环模挤压和平模挤压4种。平模挤压靠秸秆自重进料，无堵塞堆积，喂料辊的碾压揉搓使秸秆柔软细化有利于致密成型，该种方式还具有结构简单，单位功率产量高，模具寿命长，工作稳定可靠，噪音小等优点[3]。

1整机结构设计

秸秆平模致密机由卧式电机、变速动力箱、主轴箱、致密室、平模、喂料辊组、电控制箱构成，如图1所示。电机选用同步转速为760rpm的三相鼠龙式异步电机，功率大小根据产量确定，每1KW功率可生产60kg/h，电机采用变频器进行软启动和调速，以便生产中根据不同的秸秆原料调节主轴转速，提高致密效率。动力变速箱速比6～7∶1。

2喂料辊的设计

喂料辊须成对对称布置，喂料辊的外径由致密模孔的大小及秸秆摩擦特性决定，必须保证喂料辊能将秸秆带入模孔内，即要求模孔进入喂料辊最低点a(见图2)时，该孔最远点b上方的秸秆必须在摩擦力的作用下进入模孔，而不是推到孔外。喂料辊上与b 点垂直对应c点处秸秆受到的力如图3所示，来自喂料辊的压力P和摩擦力F及秸秆自重,水平方向的分力分别是Px和Fx,成功将秸秆喂入模孔挤压致密的前提是Fx大于Px，F=μP, Px=Psinβ, Fx=Fcosβ=μPcosβ，即tanβ<,秸秆对钢的滑动摩擦系数μ为0.3～0.7，取值0.3，查三角函数表，β<16.7°,R=,R>3.5125d。喂料辊的厚度B，模孔为单排时B=1.1d,模孔为n(n≥2)排时B=1.1d+(n-1)×(d+s),s为相邻两排模孔口之间的距离。

图1　秸秆平模致密机

图2　喂料辊工作示意图

图3　物料受力示意图

3平模设计

平模是秸秆致密的关键部件之一，它关系到秸秆致密的效果和效率。为保证喂料辊对秸秆的碾压揉搓效果，其外径为喂料辊直径的2倍，在保证有足够刚度的前提下厚度为模孔直径的2～2.5倍。模孔大小根据产品需要而定,但孔径不能太大或太小，模孔过大则秸秆在孔内不能堆积，模孔过小则秸秆不易压入孔内，致密效率降低，一般秸秆致密模孔直径为15～40mm，模孔口倒角为45°，其大小为相临孔间隙的一半。模孔应布置在喂料辊碾压区域环形带内靠外侧，模孔间隙在保证强度的条件下越小越好，以减少喂料阻力，提高致密效率。

4秸秆致密工艺

秸秆平模致密机对原料含水率和切碎长度有较严格的要求。秸秆含水率影响致密的成败，秸秆含水率高时，模孔壁与秸秆之间模擦力小，秸秆在模孔内不能堆积；秸秆含水率太低时，秸秆内部摩擦力小，不能挤聚成团，成型后易裂开。经试验研究，秸秆含水率在18%～25%时较有利于致密，不同种类的秸秆稍有差异。新鲜秸秆可晾晒或烘干到要求的含水率后切碎，也可先切碎后晾晒。秸秆平模致密机对原料粉碎度要求低，秸秆切碎长度低于50mm即可，无须将秸秆打成粉末，这样既提高了效率又节约了成本。致密后的秸秆压块含水率降至15%以下后即可打包存放，或采取防潮措施后堆放，切忌受潮。

5结论

秸秆平模致密机结构简单新颖，设计合理，工作平稳，在整个试验过程中，平模成型机满载或空载时的最高噪声均低于90dB。同时，该机投入成本低，效率高，具有显著的经济效益，对开发和利用以秸秆为主的生物质能源提供了有效途径。此外，该机的推广使用既有利于增加农民收入，又可减轻作物秸秆直接燃烧造成的环境污染，具有显著的经济效益和环保效益。

参考文献：

[1]谷志新,郑文超,赵林.秸秆燃料平模成型机平模模孔仿真研究[J].生物质化学工程,2013,47(3):44-47.

[2] 钱海燕,季建华,支建冲.9JYK-500型秸秆压块成型机结构的优化设计[J].农业机械,2010,27:87-90.

[3] 睢利铭.平模式生物质成型机的改进设计与试验分析[D].河南:河南农业大学,2012.

收稿日期：2016-02-12

基金项目：四川省科研院所科技成果转化资金(14010201)

作者简介：刘征明(1964-)，男，四川大邑人，高级工程师，E-mail：158661926@qq.com