1、結(jié)構(gòu)組成與工作過程
液壓活塞沖壓式成型
顆粒機是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)在機械活塞沖壓式成型顆粒機的基礎(chǔ)上研究開發(fā)的系列成型設(shè)備，采用的成型原理均為液壓活塞雙向成型。主要由上料
皮帶輸送機構(gòu)、預(yù)壓機構(gòu)、成型部件、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾大部分組成。
工作時，先對成型套筒預(yù)熱15～20min。當成型套筒溫度達到160℃時，依次按下油泵電機按鈕、上料皮帶輸送機構(gòu)電機按鈕，待整機運轉(zhuǎn)正常后，通過輸送機構(gòu)開始上料，每一端的原料都經(jīng)兩級預(yù)壓后依次被推人各自沖桿套筒的成型腔中，并具有一定的密度。沖桿在一個行程內(nèi)的工作過程是一個連續(xù)的過程，根據(jù)物料所處的狀態(tài)分為5個區(qū)：供料區(qū)、壓緊區(qū)、穩(wěn)定成型區(qū)、壓變區(qū)和保型區(qū)。
隨著活塞沖桿的前移，物料進入穩(wěn)定成型區(qū)。在該區(qū)活塞沖桿壓力急劇增大，進一步排除氣體，相互貼緊、堆砌和鑲嵌，并將前面基本成型的物料壓人成型錐筒內(nèi)。隨成型錐筒孔徑的逐漸縮小，擠壓作用越來越強烈，在成型錐筒內(nèi)物料發(fā)生不可逆的塑性變形和黏結(jié)，直至成型后被不斷成型的物料推人保型區(qū)。
保型區(qū)的成型棒，隨活塞沖桿的往復(fù)運動，不斷被新成型的物料向前推擠，在保型筒內(nèi)徑向力、筒壁和成型筒摩擦力、相鄰成型塊間軸向力的作用下，保持形狀，最后從保型筒中擠出成為燃料產(chǎn)品，完成成型過程。
2、主要工作部件
1)沖桿
沖桿和主油缸活塞桿可通過法蘭聯(lián)結(jié)，并隨活塞一起作往復(fù)移動。其結(jié)構(gòu)與作用與機械活塞式成型顆粒機的沖壓原理相同。成型時基本上也是沖桿頭部端面與原料接觸，機械磨損很小，沖桿的材料選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造，并進行調(diào)質(zhì)處理。
2)沖桿套筒
前端連接成型套筒，上方或側(cè)面部位開有進料口。其作用有三個：一是連接預(yù)壓喂料機構(gòu)保證每次的進料量，完成最后一次對原料的沖壓；二是作為沖桿往復(fù)移動的軌道，與沖桿呈間隙配合，其間隙應(yīng)為1～2 mm;三是與成型錐筒、沖桿頭部端面一起組成擠壓成型腔。因沖桿往復(fù)移動的速度較低，沖桿套筒各部位的磨損都較小，使用壽命更長。沖桿套筒的材料可選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。
3)成型套筒與夾緊套
成型套筒與沖桿套筒法蘭連接，包括成型錐筒外套、保型筒以及成型錐筒，如圖6. 36所示。其結(jié)構(gòu)、用途及位置關(guān)系與機械活塞沖壓式成型顆粒機上的成型套筒相同。液壓活塞式成型顆粒機上的成型錐筒外套、成型錐筒及保型筒的結(jié)構(gòu)形狀分別。
成型套筒依據(jù)生物質(zhì)原料成型后產(chǎn)品的截面形狀不同，又可分為筒狀成型筒和方狀成型筒。筒狀成型筒的主要部件是成型錐筒，通過錐筒的錐度形成摩擦阻力使物料發(fā)生塑性變形，液壓活塞沖壓式成型顆粒機一般都采用筒狀成型筒；而方狀成型筒主要是通過上、下兩個成型槽存在夾角來實現(xiàn)物料成型的，一般在壓塊機上使用。
成型錐筒是成型顆粒機的關(guān)鍵部件且是易損部件。為了使物料成型時有足夠的壓力，必須有一定的阻力。故設(shè)計成錐形筒，但半錐角的選擇是關(guān)鍵，它對產(chǎn)品的密度有很大影響，半錐角過小，阻力達不到，不易成型或成型后產(chǎn)品的密度達不到要求，并且成型錐筒錐形部分長度要求較長；半錐角過大，存在積壓死區(qū)，易堵塞錐筒，導(dǎo)致壓力過大成型錐筒的受力增大，從而降低了成型錐筒的使用壽命。當成型錐筒錐角一定時，增加成型錐筒的錐長，或成型錐筒錐長一定，增加成型錐筒的錐角，成型后所得成型棒的密度都較大，所需的成型壓強也較高，消耗能量也增大。保型筒外部設(shè)有夾緊套，用于微調(diào)保型筒的出口直徑，當保型筒的直徑較大時，夾緊套的調(diào)節(jié)可采用液壓機構(gòu)來完成。不同的成型原料，成型錐筒的錐角也不相同，成型錐筒的錐角一般在20～120選取)。成型錐筒是主要的受力部件，要很高的強度和耐磨性，可選用50Cr合金結(jié)構(gòu)鋼作為成型錐筒的材料。
當活塞沖桿向一端的移動停止時，被壓縮的生物質(zhì)原料進入保型筒內(nèi)，需要保型一段時間以保證成型，然后被再次進入保型筒前部的生物質(zhì)依次推出成為棒狀。保型時間或保型筒長度越長，保證成型所需的最低成型壓強就越小，能耗也較小。保型時間與保型筒的長度和生產(chǎn)率有關(guān)，當要求保型時間一定時，生產(chǎn)率越高，保型筒長度應(yīng)適當加長。保型筒既要承受成型錐筒的巨大沖力，又要負責(zé)物料傳熱。由于物料環(huán)境溫度低，棒內(nèi)熱蒸汽要向外發(fā)散，成型棒稍有膨脹，通過保型筒的阻力就會劇增。為克服以上弊端，在保型筒末端沿徑向開了一段可調(diào)出口直徑的槽，可根據(jù)實際需要來調(diào)節(jié)。保型筒的材料可選用30Cr或40Cr加工。
3、主要技術(shù)性能與特征
目前的液壓活塞沖壓式成型顆粒機技術(shù)已經(jīng)成熟，在工作中運行較平穩(wěn)，油溫便于控制，工作連續(xù)性較好，驅(qū)動力較大。但由于采用了液壓系統(tǒng)作為驅(qū)動動力，生產(chǎn)效率較低，加工出的成型燃料棒塊直徑大，利用范圍小。為解決成型燃料棒塊直徑較大不便在生活用爐中燃燒的問題，在成型腔的成型錐筒與保型筒之間可增設(shè)分塊裝置。分塊裝置由1條或2條獨立的刀片組合而成，每塊刀片的一面制成三角狀，可以減小出料阻力，分塊裝置與保形筒焊接在一起，加工過程對成型燃料的影響很小。通過分塊后的成型燃料被切分為2個近似半圓形或4個扇形截面的條塊形狀，解決了成型燃料棒塊直徑大的問題，擴大了成型燃料的利用范圍。
液壓活塞沖壓式成型顆粒機的主要技術(shù)性能與特征范圍見下表。
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技術(shù)性能與指標 |
參考范圍 |
說明 |
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原料粒度/mm |
10～30 |
因成型棒直徑大，原料粒度可適當大一些，節(jié)省粉碎耗能 |
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原料含水率/% |
13～18 |
原料的含水率過高，易開裂不成型，含水率過低不容易成型 |
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產(chǎn)品直徑/mm |
70～120 |
一般呈實心棒狀 |
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產(chǎn)品密度/（g/cm3） |
0.8～1.3 |
密度不宜太大，否則會使成型耗能劇增 |
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成型溫度/℃ |
160～240 |
成型溫度不宜太高，一般不大于280℃ |
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生產(chǎn)率/（t/h） |
0.4～0.6 |
目前市場上的液壓式成型機生產(chǎn)率還都比較低 |
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單位產(chǎn)品能耗/（kw·h/t） |
40～60 |
與原料種類和成型棒的直徑有關(guān)，直徑小，單位產(chǎn)品能耗增高 |
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沖桿的成型周期/s |
7～12 |
兩端的成型間隔，要想實現(xiàn)快速成型，液壓系統(tǒng)很難實現(xiàn) |
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成型錐筒使用壽命/h |
600～1000 |
灰鑄鐵使用壽命短，合金材料使用壽命長，但價格較高 |
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保型筒使用壽命/h |
＞1500 |
保型筒的使用壽命一般是成型錐筒使用壽命的5倍以上 |
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動力驅(qū)動方式 |
液壓驅(qū)動 |
液壓作為驅(qū)動動力，主油缸和二級預(yù)壓采用液壓系統(tǒng) |
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成型方式 |
熱壓成型 |
常采用外部鑄鋁加熱圈加熱，熱壓成型可減小成型阻力，降低成型能耗 |
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上料方式 |
皮帶輸送機 |
每端采用一套上料帶式輸送機上料，可降低勞動強度 |
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進料預(yù)壓機構(gòu) |
螺旋、液壓 |
經(jīng)過螺旋、液壓兩級預(yù)壓，可提高進入成型腔原料的密度，提高生產(chǎn)率 |
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對原料的適應(yīng)性 |
各類生物質(zhì) |
通過改變保型筒出口的大小，可以適應(yīng)各種類型原料的成型 |
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安全防護裝置 |
各種防護罩 |
必須電加熱部位以及保型筒出口設(shè)防護罩或安全標志，確保安全 |
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