郑州泰达关于秸秆成型机压轮的设计

　　生物质秸秆是一种来源广泛、可以再生的生物质资源，包括稻秸秆、麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆等。但在全国而言，大多数生物质秸秆在收获季节被焚烧在田间地头，既污染环境，又浪费能源。为了加快生物质秸秆综合利用步伐，推进节能减排，国务院出台了《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，对农作物秸秆进行综合利用指明了方向，其主要利用方法为还田和固化成型。

　　将生物质秸秆切碎、挤压后，可以压制成新型生物质燃料，称为固化成型。生物质秸秆的可再生性、资源的广泛性和实用性，决定了以其为原料的固化成型新燃料具有重大开发价值，秸秆压块机、秸秆颗粒机是压制生物质颗粒燃料不错的选择。

　　研究开发生物质固化成型设备，将秸秆加丁成燃料，已成为生物质能源开发的主要发展方向之一。平模型秸秆压块成型机是一种将秸秆粉碎压缩成型的设备，必须在一定耗电量的基础上，有较高的生产效率，否则，就是用一种能源换取另一种能源，这是不可取的。我们的研究和生产实际表明，其中的压轮设计是秸秆压块成型机的关键技术之一。

　　1、平模型的结构及工作原理

　　平模型秸秆压块成型机主要由主轴、压轮、平模、成型套等组成，如图1所示。秸秆在压轮的强力剪切作用下被粉碎，同时被挤出成型套，成为一种具有一定燃烧值的固体燃料，可以取代煤炭直接用于新型或经改造后的燃烧炉。

　　2、压轮特性分析

　　压轮在工作时，在主轴的带动下，围绕主轴做公转运动，同时，在摩擦力的作用下，围绕压轮轴做白转运动。

　　2.1压轮的运动分析

　　相对于物料而言，压轮并非整体在做纯滚动，压轮的内侧与外侧都会发生滑动。压轮上存在一条纯滚动的网周线C,在纯滚动线C内侧，压轮相对于物料产生向后的滑动：在纯滚动线C外侧，压轮相对于物料产生向前的滑动。

　　2.2压轮的受力分析

　　在压轮与物料接触的任意点A,因挤压物料而受到物料施加给压轮的反作用力N,其方向沿半径指向圆心：压轮与物料之间还存在摩擦力F,F必定沿切线方向。

　　当机器进入稳态时，压轮处于平衡状态，建立如图3所示的柱坐标系，以压轮轴心为Z轴，压轮最外截面网心为Z轴0点，以竖直方向半径为角坐标0点。压轮受到4点的力f如上所述1和压轮轴给予压轮的力(过中心，力矩为零)。因平模压轮受到的力矩之和为零，可得到力矩平衡方程：

　　显然，式2左侧表示纯滚动线内侧合力矩，右侧表示纯滚动线外侧的合力矩，其大小相等、方向相反。在纯滚动区内侧，压轮相对于物料产生向后滑动，因此力F沿切线指向上，合力矩方向为逆时针：外侧所受摩擦力F应沿切线指向下方，所受合力矩必定为顺时针方向。

　　明确了压轮的受力情况，就可以分析物料受力，物料受力情况如图4所示f左边为内侧、右边为外侧)。

　　在压轮挤压物料的任意一点B,物料受压轮对其施加的压力N-和摩擦力P：在与平模接触的平面，物料受到水平方向上的摩擦力F，和垂直方向上的支撑力N1。则物料受力的平衡方程为：

　　从以上理论上对压轮的运动和受力分析可知.压轮内外侧均存在滑动.加快了压轮的磨损。但另一个方面，纯滚动线外侧，物料受到的垂向压力增大，增强了压块成型机的挤出性能，外侧的垂向挤压性能优于内侧.内侧的垂向挤压效果越低，但水平方向的挤压力增大。压轮越宽，消耗的功率越高。因而，在设计秸秆压块成型机的压轮时，压轮宽度应大于等于挤压成型后的秸秆压块直径。在秸秆压块直径一定的情况下，应尽量降低压轮的宽度。

　　这一结论，为我们设计压轮提供了理论基础。

　　3、双排孔平模的压轮设计

　　为了提高设备的生产效率，我们在设计9JYK 500秸秆压块成型机时，为了增加物料被挤出的孔数，技术上设计了双排孔结构的平模，同时简单地增加压轮的宽度。结果设备的生产效率提高了，但由于滚轮内外侧的非纯滚动区域较大，压轮受到的摩擦阻力较大，时常出现堵车的现象。

　　通过上述理论分析可知，在设计压轮时，应尽量减少压轮的宽度(但必须与成型套孔径相适应)。因而，现将与双排孔对应的宽压轮改为两个压轮.进行改进设计，这样可以使每一压轮最大限度地减少因非纯滚动区带来的工作阻力.使设备在相同耗电量的基础上，提高生产效率。

　　9JYK-500试制后，进行了生产试验。与改进前相比，设备运转平稳，杜绝了堵车现象。

　　5、结束语

　　从上述的压轮运动情况和物料受力情况可以得出以下分析：

　　1)与纯滚动区相比，在纯滚动区内侧，物料在水平方向上受力增加，因此水平方向的挤压作用增强。在纯滚动区外侧，物料在竖直方向上受力增加，竖直方向的挤压作用增强。

　　2)在纯滚动区外侧，压轮产生超向前的滑动，在纯滚动区内侧，压轮产生滞后性滑动，滑移滚动和滑转滚动的存在会导致压轮平模等零件的磨损程度增加，同时增加功率的消耗。

　　3)采用双排孔的平模结构.在电机功率不变的情况下，应该使用两对压轮的设计方案，能有效提高秸秆挤压成型效率。