秸稈壓塊機(jī)的技術(shù)指標(biāo)的確定
秸稈壓塊機(jī)是一種平模型秸稈壓塊成型機(jī)，加工原料為農(nóng)作物稻秸稈或麥秸稈，產(chǎn)品為直徑30mm、長(zhǎng)度30～80mm的壓塊燃料。其主要技術(shù)參數(shù)為生產(chǎn)能力和功率消耗。
生產(chǎn)能力是以設(shè)備功率消耗為前提的，只有在設(shè)備功率消耗一定的前提下，提高生產(chǎn)能力才有意義。
生產(chǎn)能力指標(biāo)的確定，應(yīng)該考慮兩個(gè)基本點(diǎn)：
一是必須為用戶創(chuàng)造利潤(rùn)。如果考慮生產(chǎn)成本由原料、電費(fèi)、人員工資、設(shè)備折舊、維修費(fèi)等組成，經(jīng)過(guò)測(cè)算，生產(chǎn)能力應(yīng)該大于200kg/h。
二是必須在技術(shù)上可行。設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)對(duì)設(shè)備的研制指標(biāo)，應(yīng)該高于現(xiàn)狀，但不能是一個(gè)短期內(nèi)達(dá)不到的指標(biāo)。
根據(jù)調(diào)研和技術(shù)分析，9JYK-500秸稈壓塊成型機(jī)的生產(chǎn)能力確定為500kg/h，對(duì)應(yīng)的功率消耗確定為30kW。由于9JYK-500秸稈成型機(jī)不使用電加熱，而輸送帶的電機(jī)功率相對(duì)較小，故功率消耗主要為主電機(jī)的消耗。
2、雙排孔平模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
2.1平模型秸稈成型機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
平模型秸稈壓塊成型機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、變速箱、主軸、壓輪、平模、成型套和上料輸送機(jī)等組成。壓輪安裝在同一個(gè)水平設(shè)置的擠壓輪軸的兩端，由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。平模上均勻鑲嵌有若干個(gè)成型套。
2.2提高生產(chǎn)能力的途徑分析
在設(shè)計(jì)秸稈壓塊機(jī)之前，我們進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研。目前我國(guó)相同類型、相同功率的秸稈成型機(jī)的生產(chǎn)能力在300kg/h左右，要達(dá)到500kg/h的設(shè)計(jì)能力，只有改變兩個(gè)參數(shù)，一是增加成型套數(shù)量，二是提高出料流量。
2.2.1增加成型套數(shù)量的分析
根據(jù)平模型秸稈壓塊成型機(jī)的工作原理，平模上設(shè)計(jì)的用于安裝成型套的孔，必須分布在平模的同心圓上。如果采用單排孔結(jié)構(gòu)，將成型套數(shù)量增加到170% (500/300)，必然使平模直徑也相應(yīng)增加170%左右，但此方案會(huì)由于平模直徑的增大降低出料流量（在電機(jī)功率不變的情況下），其效果不大。另外一個(gè)方案是在平模直徑增大不多的情況下(5%)，設(shè)計(jì)雙排孔結(jié)構(gòu)的平模，此方案由于孔口徑向跨度的增加，需要增加壓輪寬度，但增加的寬度有限，可以通過(guò)研究和攻關(guān)，在電機(jī)功率不變的情況下，提高成型效率，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
通過(guò)以上分析，增加成型套數(shù)量提高生產(chǎn)能力，有其可行性。
2.2.2提高出料流量的分析
為了驗(yàn)證該方案的可行性，我們?cè)陔姍C(jī)功率不變的前提下，采取了改變壓輪設(shè)計(jì)參數(shù)、修改成型套長(zhǎng)徑比、加大成型套直徑等技術(shù)措施，通過(guò)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果和設(shè)計(jì)目標(biāo)相距較大。因此，放棄了該方案．
綜上所述，采用雙排孔結(jié)構(gòu)的平模，是一個(gè)較好的技術(shù)措施，但需要對(duì)壓輪的工作特性進(jìn)行分析，
以此指導(dǎo)平模的設(shè)計(jì)。
3、壓輪特性分析
將平模直徑增加5%，設(shè)計(jì)雙捧孔結(jié)構(gòu)的平模，但不能簡(jiǎn)單增加壓輪的寬度。為此，必須進(jìn)行壓輪特性分析，只有壓輪的技術(shù)方案也是可行的，才能確定雙捧孔結(jié)構(gòu)平模的方案。
壓輪在工作中并非整體在做純滾動(dòng)，從其軸向上看，壓輪的里側(cè)與外側(cè)都會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。
3.1壓輪的運(yùn)動(dòng)分析
平模型壓塊成型機(jī)在工作時(shí)，壓輪上必定存在一條純滾動(dòng)的圓周線H，在純滾動(dòng)線H內(nèi)側(cè)，壓輪因轉(zhuǎn)速較快，相對(duì)于物科產(chǎn)生超前性滑動(dòng)：在純滾動(dòng)線外側(cè)，壓輪發(fā)生滯后性滑動(dòng)．如圖2所示。
3.2壓輪的受力分析
在壓輪與物科接觸的任意點(diǎn)A．其受力如圖2所示，因擠壓物料而收到物料施加給壓輪的反作用力N．但總是沿半徑指向圓心方向，壓輪與物料之間還可能存在摩擦力F．F必定沿切線方向，指向斜上方。
當(dāng)機(jī)器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，壓輪處于平衡狀態(tài)，建立如圖2所示的柱坐標(biāo)系，以壓輪軸心為Z軸，壓輪最外截面圓心為Z軸0點(diǎn)，以豎直方向半徑為角坐標(biāo)0點(diǎn)，因平模壓輪的自轉(zhuǎn)是從動(dòng)的，不存在驅(qū)動(dòng)力矩，故其自身力矩之和為零，可以得到其力矩平衡方程：
顯然．(2)式右側(cè)表示純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)的合力矩，左側(cè)表示純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)合力矩，兩個(gè)合力矩等大反向．在純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)，壓輪因轉(zhuǎn)速較快，相對(duì)于物科產(chǎn)生滑動(dòng)，因此力F沿切線指向上，合力矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針，則由力矩平衡關(guān)系可推得，(2)式左邊描述的純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)所受合力矩必定為順時(shí)針?lè)较颍虼嗽搮^(qū)內(nèi)的大部受力點(diǎn)所受摩擦力F應(yīng)沿切線指向下方（如圖3所示）。
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3所示，在壓輪擠壓物料的任意一點(diǎn)B，物科受壓輪對(duì)其施加的力N。在與平模接觸的平面，物料受到水平方向上的摩擦力S和鉛直方向上的支撐力。
以上從理論上對(duì)壓輪的運(yùn)動(dòng)和受力分析可知，壓輪內(nèi)外側(cè)均存在滑動(dòng)，加快了壓輪的磨損，增強(qiáng)了壓塊成型機(jī)的擠壓性能，外側(cè)優(yōu)于內(nèi)側(cè)．
這結(jié)論，為設(shè)計(jì)雙排孔平模提供了理論基礎(chǔ)．
4、雙排孔平模的壓輪設(shè)計(jì)
從上述的壓輪運(yùn)動(dòng)情況和物料受力情況分析如下：
(1)與純滾動(dòng)區(qū)相比，其外側(cè)和內(nèi)側(cè)在豎直方向和水平方向?qū)ψ饔昧M(jìn)行了重新分配，在純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)，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(qiáng)。在純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)，物料在豎直方向I：受力增加，豎直方向的擠壓作用增強(qiáng)．
(2)由運(yùn)動(dòng)分析知，在純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)，壓輪產(chǎn)生超前性滑動(dòng)，因此對(duì)平模徑向上單位長(zhǎng)度的物料面言，在壓輪上的擠壓行程增加，這相當(dāng)于在豎直方向增長(zhǎng)了物料的預(yù)壓縮行程。在純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)，壓輪產(chǎn)生滯后性滑動(dòng)，對(duì)于平模徑向上單位長(zhǎng)度的物料，在平模上的擠壓行程增加，相當(dāng)于在水平方向上增長(zhǎng)了預(yù)壓縮行程。
(3)兩種滑動(dòng)作用導(dǎo)致了摩擦力的產(chǎn)生，摩擦力F使壓輪和物料之問(wèn)產(chǎn)生了兩種剪切作用．純滾動(dòng)區(qū)外側(cè)的超前性滑動(dòng)使壓輪在豎直方向?qū)ξ锪袭a(chǎn)生了較強(qiáng)的剪切作用，純滾動(dòng)區(qū)內(nèi)側(cè)的滯后性滑動(dòng)使壓輪在水平方向?qū)ξ锟飘a(chǎn)生了較強(qiáng)的剪切作用．
(4)滑移滾動(dòng)和滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)的存在會(huì)導(dǎo)致壓輪平模等零件的磨損程度增加。
因此，應(yīng)盡量減少壓輪的寬度。在這一理論的指導(dǎo)下，將與雙排孔對(duì)應(yīng)的寬壓輪分成兩個(gè)壓輪，這樣可以是每一壓輪最大限度地工作在純滾動(dòng)區(qū)狀態(tài)下．如圖4所示．
5、試驗(yàn)驗(yàn)證
產(chǎn)品試制后，在進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，情況如下：
(1)外圈成型孔出料快，里圈成型孔出料慢。這是由于外翻擠壓力大．
(2)內(nèi)圈的成型孔中擠出的物抖不易自動(dòng)斷裂．這是由于兩種剪切作用的存在，外側(cè)的物料受較大剪切力，物科粒子被充分地揉搓，成型密實(shí)，出料越緩慢．
6、結(jié)論
秸稈壓塊機(jī)采用了雙壓輪結(jié)構(gòu)，對(duì)農(nóng)作物稻秸稈或麥秸稈進(jìn)行擠壓成型，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，已投放市場(chǎng)，結(jié)論如下：
(1)采用雙排孔的平模結(jié)構(gòu)，在電機(jī)功率不變的情況下，能有效提高秸稈擠壓成型效率．
(2)采用雙排孔的平摸結(jié)構(gòu)，應(yīng)該使用兩對(duì)壓輪的設(shè)計(jì)方案。
(3)通過(guò)攻關(guān)，秸稈壓塊成型生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)得到突破，與國(guó)外同類設(shè)備相比，具有價(jià)格低、效率低的優(yōu)勢(shì)。
富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。
