在工作過程中,成型
顆粒機的主要工作部件環(huán)模首先在電機的驅(qū)動力的帶動下以一定的轉(zhuǎn)速做順時針旋轉(zhuǎn),之后把調(diào)質(zhì)好的生物質(zhì)原料輸送到成型區(qū),原料開始進入工作區(qū)后,壓輥在工作區(qū)的物料的摩擦力的作用下也開始做順時針旋轉(zhuǎn)。在工作區(qū)內(nèi),物料隨著環(huán)模做旋轉(zhuǎn)運動,在轉(zhuǎn)速不斷加快的情況下,物料的密度開始逐漸變大,在這同時,物料的擠壓力也不斷增大,在這擠壓力的作用下,物料被迫開始進入環(huán)模模孔內(nèi),之后隨著擠壓力的不斷變大,從而克服物料與模孔內(nèi)壁的摩擦力,物料就被壓縮成型,并通過模孔輸出,隨著環(huán)模和壓輥的不斷旋轉(zhuǎn),物料的不斷進入,物料就不斷成型并通過環(huán)模模孔輸出,之后在切刀的作用下,被切斷下長度一致的
生物質(zhì)顆粒燃料。
根據(jù)物料在被擠壓成型的各個階段的狀態(tài),可以將其成型過程分為供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和成型區(qū)。
供料區(qū):因為環(huán)模和壓輥所形成的楔形角要大于物料層的臨界摩擦角,一開始物料層不會攫入,但是隨著環(huán)模向前旋轉(zhuǎn),物料不斷在環(huán)模壓輥之間堆積,隨著環(huán)模壓輥的轉(zhuǎn)動,物料不斷向前遞進,占據(jù)環(huán)模壓輥之間的空白區(qū)域。在供料區(qū)內(nèi),在環(huán)模高速旋轉(zhuǎn)的過程中,物料會受到離心力的作用,此時物料不受到機械力,所以物料都隨著環(huán)模緊貼在環(huán)模內(nèi)壁上做旋轉(zhuǎn)運動。
變形壓緊區(qū):環(huán)模和壓輥之間的工作楔形角要小于物料層的臨界摩擦角,此時物料被環(huán)模和壓輥帶動隨著它們轉(zhuǎn)動而做同步運動,不斷向擠壓成型區(qū)移動,且隨著變形壓緊區(qū)內(nèi)的任一端面面積在運動過程中不斷減小,此時的物料層逐漸壓緊,物料受到壓緊密度變大,但是其內(nèi)部的各點壓力的大小還不足以成功克服環(huán)模模孔的內(nèi)壁的摩擦力,因此物料層僅僅是被不斷的壓縮,但并沒有克服模孔內(nèi)壁壓力而成型,在擠壓力變大的情況下,物料的粉粒體間空隙在逐漸變小,也就是物料產(chǎn)生了不可逆的塑性變形。
成型區(qū):在此區(qū)域,環(huán)模與壓輥的間隙逐漸變小,小到一定程度后,導(dǎo)致擠壓力急劇增大,粉粒體之間接觸面積增大,此時他們之間就會產(chǎn)生較好的粘結(jié)性,隨后它們被擠入環(huán)模模孔內(nèi)。這時物料會發(fā)生彈性變形、塑性變形以及兩者之間的組合變形,所以顆粒密度較大。在物料被擠壓成型后從模孔輸出后,會有一定的回彈性,也就是顆粒燃料的直徑要稍大于環(huán)模模孔的孔徑。不同的生物質(zhì)原料、環(huán)模的長徑比等都會對物料的回彈性產(chǎn)生影響。
在物料被環(huán)模壓輥擠壓進入環(huán)模模孔時,擠壓力達到最大值,最大值持續(xù)保持到D點。經(jīng)過D點之后,最大值開始減小,并且在F點達到最小值即大小為零。由于物料經(jīng)過D點后有一部分受到壓縮的物料會發(fā)生可逆的塑性變形從而膨脹,因此DF段會存在擠壓力,但是在物料經(jīng)過F點后,環(huán)模內(nèi)表面會出現(xiàn)膨脹的環(huán)狀粘結(jié)層。該粘結(jié)層的厚度和環(huán)模壓輥之間的間隙大小、環(huán)模壓輥支撐結(jié)構(gòu)的剛性以及不同殘余物料的膨脹系數(shù)大小有關(guān)系。環(huán)模與壓輥的間隙越大,殘余物料的厚度越厚,殘余物料的膨脹系數(shù)越大,粘結(jié)層就會越厚。
經(jīng)過環(huán)模的中心圓心O做一條射線,射線通過環(huán)模擠壓區(qū)的中心點即點D,另做一條射線通過環(huán)模的擠壓區(qū)臨界點,分別與壓輥交于A點,與環(huán)模交于Ai點,之后分別通過A點和Ai點做壓輥和環(huán)模的切線,兩者的切線相交于C點,ZACAi為物料的攫入角a,剛開始攫入物料時角a最大,為最大攫入角。當(dāng)物料不斷被擠壓時,攫入角a就會開始變小,從最大逐漸減小,直至最后變?yōu)榱恪>鹑虢莂尤是環(huán)模與壓輥形成的楔形角。物料能夠順利被環(huán)模壓輥攫入的條件為:。等于或者是小于物料與壓輥之間的摩擦角和物料內(nèi)摩擦角的大小之和。這一條件說明,肖物料的種類確定之后,CLmax越小物料越較容易被攫入。
生物質(zhì)顆粒成形過程中的力學(xué)問題,主要是壓輥對環(huán)模產(chǎn)生了作用,使環(huán)模受到彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力。下面將從彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力兩個方面對環(huán)模進行受力分析。
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