河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 焦海濤 吳海巖 楊志杰 李霄鶴 劉煥新

緊湊型結(jié)構(gòu)可調(diào)式秸稈壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)分析

河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 焦海濤 吳海巖 楊志杰 李霄鶴 劉煥新

隨著人類社會(huì)工業(yè)化程度的提高，人們對(duì)能源的依賴和消耗也與日俱增，而與之相伴隨的是化石能源資源的減少。目前主要靠農(nóng)業(yè)種植、林業(yè)及其他可循環(huán)利用的廢棄物作為生物質(zhì)的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在每年的秸稈產(chǎn)量約為7億噸，扣除一部分用作飼料和其他原料，作為能源利用的達(dá)3.76億噸。我國(guó)幅員遼闊，農(nóng)業(yè)、林業(yè)資源豐富，每年秋收之后，會(huì)有數(shù)以萬計(jì)的作物秸稈被遺留的田間，某些地域?yàn)榱讼乱患咀魑锏母N，往往將作物秸稈焚燒，這不僅會(huì)造成污染，還造成能源浪費(fèi)。生物質(zhì)材料存在著質(zhì)地松軟、燃燒熱量低、不便于異地運(yùn)輸和轉(zhuǎn)存的缺點(diǎn)。利用秸稈壓塊機(jī)可以使原本松散的生物質(zhì)原料變得質(zhì)地堅(jiān)硬。經(jīng)過加工成型的秸稈成型燃料密度高，形狀更規(guī)范，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，燃燒熱值高，操作控制更方便快捷，可廣泛用于家庭自用、取暖做飯，工業(yè)生產(chǎn)消耗和農(nóng)園林的暖房供暖。對(duì)改善農(nóng)民的生活水平、保護(hù)自然環(huán)境、減少化石原料能源消耗、降低環(huán)境污染、降低農(nóng)園林業(yè)暖房的經(jīng)濟(jì)成本、實(shí)現(xiàn)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展都具有重大意義。

目前，在日常生活中被廣泛使用的秸稈壓塊機(jī)主要分為三種形式。第一種是螺旋擠壓式成型機(jī)：該機(jī)在成型過程中對(duì)物料的尺寸大小、含水率以及螺桿的推進(jìn)速度要求比較嚴(yán)格，成型工藝不好控制，生產(chǎn)率相對(duì)較低，單位產(chǎn)品能耗高，并且成型部件螺桿磨損嚴(yán)重，使用壽命短。第二種是液壓式活塞沖壓成型機(jī)：該機(jī)靠液壓油缸提供動(dòng)力使物料成型，它的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于螺旋擠壓式成型機(jī)使用壽命更長(zhǎng)、能耗更低，但存在機(jī)器噪音大、運(yùn)行穩(wěn)定性差、潤(rùn)滑油污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。第三種是軋輥式成型機(jī)：物料在軋輥的作用下，通過成型孔，在擠壓作用下物料在模孔內(nèi)被擠壓成型，當(dāng)擠出的棒料達(dá)到一定程度時(shí)，由于受自身重量的影響，擠壓出的成型燃料自動(dòng)斷裂。由于軋輥式成型機(jī)相對(duì)于前兩種成型機(jī)具具有能耗低、產(chǎn)量大、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中被大量采用，其中環(huán)模式成型機(jī)應(yīng)用效果更明顯。

針對(duì)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在的一些實(shí)際問題，我們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)環(huán)模式秸稈壓塊機(jī)的壓縮室進(jìn)行了改進(jìn)調(diào)整，使調(diào)整齒套由原來的單個(gè)逐一調(diào)整，變成可以實(shí)現(xiàn)同步同時(shí)調(diào)整。在保證了機(jī)具的工作穩(wěn)定性的前提下，使機(jī)具在調(diào)整時(shí)，更方便快捷。

1 環(huán)模式秸稈壓塊機(jī)整體結(jié)構(gòu)

秸稈壓塊機(jī)主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上料機(jī)構(gòu)、控制柜、保護(hù)罩、環(huán)模壓縮室和成料輸送裝置組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

環(huán)模式秸稈壓塊機(jī)工作時(shí)利用外部的成型環(huán)模、內(nèi)部的軋輥和生物質(zhì)物料三者間的擠壓作用使生物質(zhì)原料成型。驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。生物質(zhì)原料經(jīng)上料機(jī)具連續(xù)均勻喂入環(huán)模壓縮室內(nèi)。環(huán)模和壓輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將物料逐漸壓入環(huán)模的成型孔，隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，擠入成型孔的物料越來越多，并且在與孔壁摩擦作用下逐漸擠壓成型。擠出的成型的生物質(zhì)棒料在自身重量達(dá)到一定程度的時(shí)候，會(huì)自行斷裂，然后落入回收裝置，通過輸送帶輸送到指定的位置。

2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析

環(huán)模秸稈壓塊機(jī)工作時(shí)，依靠電機(jī)提供動(dòng)力，通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)秸稈壓塊機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。采用電機(jī)帶動(dòng)皮帶這樣的傳動(dòng)模式可以對(duì)電機(jī)和壓塊機(jī)主軸起到保護(hù)作用。依靠皮帶傳動(dòng)可以在入料量不均勻或過載的時(shí)候起到緩沖和吸振的作用，以減少載荷變化頻率較大時(shí)對(duì)壓塊機(jī)的保護(hù)。將電機(jī)和壓縮室都安裝在機(jī)架上，保證了整個(gè)機(jī)具不會(huì)占據(jù)太大的空間，增加了機(jī)具工作時(shí)的穩(wěn)定性。

3 壓縮室結(jié)構(gòu)分析

傳統(tǒng)環(huán)模壓縮室結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

在充滿生物質(zhì)原料的壓縮室，環(huán)模與軋輥保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)將生物質(zhì)原料連綿不斷地?cái)D壓進(jìn)入成型孔。在整個(gè)環(huán)模壓縮室，成型孔通過一個(gè)個(gè)長(zhǎng)螺栓被均勻排列固定在機(jī)體上形成環(huán)模，兩個(gè)壓輪則由上下固定板固定連結(jié)在主軸上，主軸則由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)壓輪和環(huán)模之間存在一定的空隙，這樣當(dāng)壓輪隨著主軸公轉(zhuǎn)的同時(shí)，又因?yàn)榕c物料的摩擦擠壓，使得壓輪也在自轉(zhuǎn)。采用雙壓輪或者多壓輪結(jié)構(gòu)，使得工作壓輪以主軸為中心均勻布置。當(dāng)工作的時(shí)候，使壓縮室主軸受力均勻，工作效率提高，產(chǎn)量增加。壓輪每工作一周，就將壓縮室溝槽內(nèi)的生物質(zhì)原料壓入?？變?nèi)，形成一個(gè)物料塊壓層。隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，生物質(zhì)原料被不斷喂入，在壓輪的重復(fù)擠壓下，最終便形成了物料壓塊。物料壓塊形成過程如圖3所示。

圖3

環(huán)模與軋輥之間的間隙大小直接影響壓塊機(jī)的棒料質(zhì)量、實(shí)際產(chǎn)量和工作性能。當(dāng)這個(gè)間隙較小時(shí)，會(huì)加劇環(huán)模與壓輪表面的磨損，尤其是在機(jī)具開啟和停止時(shí)的空載運(yùn)轉(zhuǎn)期間，這種磨損作用更加強(qiáng)烈；當(dāng)這個(gè)間隙較大時(shí)，由于摩擦作用的減小，會(huì)使得擠壓出來的棒料質(zhì)地松軟，緊實(shí)度降低，棒料的品質(zhì)達(dá)不到要求，而且會(huì)大大降低壓塊機(jī)的工作效率。由此可見，環(huán)模和壓輪經(jīng)常保持在合理的間隙范圍，是提高壓塊機(jī)工作效率和質(zhì)量的重要保證?，F(xiàn)在普遍的是環(huán)模秸稈壓塊機(jī)通過手動(dòng)調(diào)整齒套，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸來改變壓輪與環(huán)模間的距離，達(dá)到調(diào)整壓輪和模塊間距離的目的。但是對(duì)于采用雙壓輪或者多壓輪結(jié)構(gòu)的壓縮室來說，在手動(dòng)調(diào)動(dòng)每一個(gè)壓輪的時(shí)候，很難做到同間距的同步調(diào)節(jié)，多多少少會(huì)有誤差，從而在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，可能出現(xiàn)受力不均勻、主軸偏載的現(xiàn)象，影響成品棒料的品質(zhì)和壓塊機(jī)的使用壽命。新研制的緊湊型結(jié)構(gòu)可調(diào)式秸稈壓塊機(jī)就有其突出的優(yōu)勢(shì)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙壓輪或者多壓輪同時(shí)同步調(diào)節(jié)，如圖4所示。

圖4

壓輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)手輪、在環(huán)模內(nèi)壓輪下方與環(huán)模同軸設(shè)置的齒輪盤，調(diào)節(jié)手輪的一端與齒輪盤下端面嚙合且另一端延伸到環(huán)模外側(cè)，齒輪盤上端面與壓輪相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有弧形限位條，所有弧形限位條圍繞齒輪盤的圓心形成旋渦狀，壓輪與位于其下方的滑塊形成轉(zhuǎn)動(dòng)配合，齒輪盤借助調(diào)節(jié)手輪與環(huán)模形成轉(zhuǎn)動(dòng)配合使滑塊借助其下端面設(shè)置的滑槽與弧形限位條形成滑動(dòng)配合?？梢詫?shí)現(xiàn)所有壓輪的同步調(diào)節(jié)，使得各個(gè)壓輪與環(huán)模之間的擠壓間隙都相等，壓出來的料塊密度均勻一致，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。壓輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)集成在環(huán)模上，不需要與外部設(shè)備連接，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。

生物質(zhì)壓塊基本工藝流程為：原料風(fēng)干——原料切碎——堆積回性——輸送上料——混合攪拌——壓制成型——冷卻——計(jì)量包裝——成品。

原料風(fēng)干

切揉粉碎

堆積回性

輸送給料

混合攪拌

致密成型

輸出計(jì)量

敞口冷卻

封口儲(chǔ)存

擠壓成型的棒料是作為可再生資源的生物質(zhì)資源，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)園林業(yè)的生產(chǎn)生活中,應(yīng)用前景十分廣闊，它在有效緩解能源短缺、改善生態(tài)環(huán)境方面，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，符合和適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段利用和發(fā)展生物質(zhì)的總趨勢(shì)和國(guó)情，我們加大科研投入，積極研發(fā)生物質(zhì)成型技術(shù)機(jī)先進(jìn)設(shè)備，提高生物質(zhì)的利用率，為我國(guó)的綠色發(fā)展提供有力的支持和保障。