秸秆压块成型论文

秸秆压块成型论文（精选8篇）

秸秆压块成型论文 第1篇

江苏是农业大省, 秸秆资源非常丰富, 年产量约为4 000万t, 列全国第四位。但由于农作物秸秆分布广、质量轻、体积大、密度低、收储运季节性强, 严重影响秸秆的大量收集, 增加了秸秆的储存与运输成本, 制约了其工业化的发展速度。秸秆成型机可将秸秆加工成秸秆成型燃料, 因其体积缩小、密度增加, 大大改善了燃烧特性, 可有效代替煤、天然气和燃油成为商品化的产品。

现以江苏圆通农机科技有限公司生产的9JYK-2000A型秸秆压块机为试验装置, 对其生产率、吨料电耗和成品密度进行正交试验研究, 在含水率不同的情况下改变环模与压辊之间的间隙 (以下简称间隙) 、变换不同的环模转速 (以下简称转速) , 并对生产率、吨料电耗和成品密度3个指标的试验数据进行统计、分析, 找出它们的变化规律, 确定最优方案, 为压块机工艺参数优化提供理论依据。

1秸秆压块成型机理及试验准备

1.1秸秆压块成型机理

9JYK-2000A型秸秆压块机 (如图1) 由上料输送装置、进料斗、环模、压辊、主轴、传动装置和机座等部件组成。工作时, 物料通过上料输送装置连续、均匀地送入环模与压辊间的磨腔内, 通过环模与压辊的相对运动, 将物料逐渐挤压入环模的模孔内。从而不断从环模模孔中将物料致密呈条块状挤出。

1.2试验物料

试验原料为稻草秸秆, 采用上年收获回来并堆放一段时间回软后的秸秆。在做压块试验之前要对秸秆进行铡切的预处理加工, 秸秆铡切的长度应控制在0~30 cm。

1.3试验装置

根据试验的需要, 所用试验仪器有变频控制柜1台、电子天平1台、磅秤1台、钢直尺1把、红外线点温计1只、含水率测试仪1台、钳形功率分析仪1台、秒表1块及光电转速测定仪1台。

主电机参数:额定功率30 k W, 电流65 A, 电压380 V, 额定工作频率50 Hz, 额定转速730r/min。

2试验方法

以江苏圆通农机科技有限公司生产的9JYK-2000A型秸秆压块机为试验装置, 原料为稻秸秆, 用铡草机铡切成0~30 cm的草段, 调成10%~55%的4种含水率, 未压块前取样测取原料含水率, 压块后测得不同转速、间隙及物料的含水率下的生产率、吨料电耗和密度, 试验程序如图2所示。

2.1试验因素及水平的选取

由于稻秸秆在不同含水率、不同间隙、不同转速下, 压块的生产率、吨料电耗和密度都要受到影响, 所以将试验因素确定为含水率、间隙、转速。其中, 含水率是根据实践经验选取4个水平, 具体如表1所示。压块机环模与压辊之间的间隙大小影响压块机的生产率和吨料电耗。当间隙小于1 mm时, 吨料电耗太大, 同时生产率降低;当间隙大于8 mm时, 物料难以成型。因此, 间隙选1~8 mm之间的4个水平。转速通过变频器来调节, 压块机在频率40 Hz (134 r/min) 以下时速度较慢且生产率较低, 所以选定40 Hz为一个水平;55 Hz (184 r/min) 是压块机的较高转速;再选定两个中等转速的水平。因此, 转速也选择四个水平。

2.2试验前期准备

对稻秸秆原料和压块成品进行检测, 从以下指标对稻秸秆压块进行分析:生产率 (kg/h) =成品的质量/所用时间, 吨料电耗 (k Wh/t) =电耗/ (所用时间生产率) , 密度 (g/cm3) =质量/体积。电机的输出功率由变频装置直接读出, 环模的转速由变频装置来调节。环模与压辊之间的间隙应保持很小, 一般为1~8 mm。压辊间隙的调节一般采用装在压辊与其回转轴之间的偏心结构。压力间隙过大, 会影响压块机的生产率, 甚至压块不成型;间隙过小, 会加速压辊与压模之间的磨损, 减少使用寿命。

3试验数据

试验按照正交表L16 (45) 安排试验, 结果分析如表2所示。

当含水率、间隙选择最优方案中的21.9%和5 mm时, 转速、间隙、含水率与生产率、吨料电耗的关系如图3~8所示:

4试验分析

(1) 试验因素显著性分析显示:转速、间隙和含水率的改变对生产率、吨料电耗有着显著的影响, 而对成品密度的影响不大。转速的改变对生产率、吨料电耗和成品密度的影响最大, 其次是间隙, 含水率影响最小。

(2) 试验结果显示:随着转速的提高, 生产率会变小, 吨料电耗增大, 所以说转速不是越高越好的。

(3) 由方差分析可知转速为50 Hz (167 r/min) 、间隙为5 mm、含水率为21.9%时, 压块机的生产率、吨料电耗和成品密度最优。因此可以为压块机的技术参数选择提供参考。

(4) 通过趋势图可以直观地看出转速、间隙、含水率与生产率、吨料电耗的关系。从图3~8可以看出转速为50 Hz (167 r/min) 、间隙为5 mm时, 生产率和吨料电耗都相对较高。

5总结

秸秆压块点“煤”成金 第2篇

1据国际可再生能源组织的预测，地下石油、天然气及煤炭的储量，按目前的开采利用率计算仅够使用60年左右，因此，秸秆类生物质能源，是未来再生能源的一个重要发展方向。随着世界性的能源匮乏，生物质再生能源的市场需求和利润空间将不可估量。2从秸杆资源总量看。广大农村和乡镇的各种秸秆产量大、范围广。据统计2006年我国农作物秸秆的产量达7亿吨，主要包括玉米、小麦、棉花、水稻、大麦和油料等农作物秸秆，其中包括玉米秸秆总量约占全世界总量的20％-30％，秸秆经过热压成型达到一定的密度后再燃烧，可提高燃烧温度和热利用率，节省了时间，减少环境污染，可使秸秆成为高品位的能源产品。

产品概括：

一、生物质燃料(秸秆煤炭)的概况：秸杆燃料(即生物燃料)是利用农作物的玉米杆、麦草、稻草、花生壳、玉米芯、棉花杆、大豆杆、杂草、树枝、树叶、锯末、树皮等固体废弃物为原料，经过粉碎、加压、增密、成型，成为小棒状固体颗粒燃料等，压缩碳化成形的现代化清洁燃料，又是新兴的生物质发电专用燃料，也可以直接用于城市传统的燃煤锅炉设备上，可代替传统的煤炭。秸秆燃料成型机玉米杆压块机花生壳煤炭压块机稻草燃料成型机玉米芯压块成型机麦草制炭机大豆杆成型机树枝秸秆煤成型机杂草木炭成型机棉花秸秆压块成型机树叶秸秆压块机树皮煤炭成型机生物质燃料成型机玉米棒秸秆煤炭成型机二、“秸秆燃料”的特点：生物质成型燃料挥发份高，易析出。碳活性好，易燃，灰分少，点火快，更加节约燃料，降低使用成本。成型后的秸秆炭块，体积小，比重大。耐燃烧。便于储存和运输，体积仅相当于原秸秆的1／30，是同重量秸秆的10-15倍，其密度为0.9-1.4g／cm3，热值可达到3500-5500大卡之间，是高挥发份的固体燃料。其特点明显：1、密度大：每立方米一吨以上，占地少，方便运输和贮存。可用袋装，农村及城镇居民可像采购大米一样购置存放，清洁卫生，取用方便；2、易点燃：只需几分钟便可点燃，火力猛，燃烧充分。3、热值高：通过加入不同的煤化剂配方，可以让块煤和颗粒煤的热值接近天然煤大卡，效果跟原煤一样。4、燃时长：不同配方生产的块煤或颗粒煤，每公斤燃烧时间可达4小时。5、成本低：每吨成本在100--150元之间。秸秆多的地区无需购买，成本不超过100元。6、利环保：经检测，其含硫量远低于国家标准，是一种环保清洁能源。7、设备最新：我公司设备目前属国内质量第一，设计合理，连续生产不卡机、用电少1 8、产量最高：目前国内同类设备我公司最新机械生产产量最高。颗粒直径最大，用途更广泛，是生物质发电厂的急需品!三、“秸秆燃料”的应用范围：“秸秆燃料”可以代替木柴、原煤、液化气等，广泛用于生活炉灶、取暖炉、热水锅炉、工业锅炉、生物质电厂等。城市中的采暖、供热以及宾馆、饭店、洗浴等行业，使用燃煤锅炉不符合环保要求，只能使用燃油锅炉，而燃油的成本高于“秸秆燃料”的三倍之多，给行业造成沉重的经济压力。四、“秸秆燃料”成型后的主要技术参数：密度：800—1400千克，立方米；热值：3700-4500千克；灰分：1-20％；水分≤15％五、燃烧后的废气排放：CO零排放；N0214毫克，立方米(微量)；S0246毫克，立方米远低于国家标准，可忽略不计；烟尘低于123毫克，立方米远低于国有标准。六、生物质燃料燃烧后的灰分处理：生物质燃料燃尽率可达96％，剩余4％的灰分可以回收做钾肥，实现了“秸秆—燃料一肥料”的有效循环。

效益分析：

我公司供应全套生产设备，负责技术指导。秸秆燃料的经济效益来自秸秆压块后每吨获得的净收入部分，秸秆燃料的生产成本由以下部分组成，即秸秆原料的收购成本，压块过程的能耗、用工费等。1秸秆原料：秸秆原料的收购(高估)，约为100元／吨(随秸秆的种类、运输距离不同而不同)，每1吨原料加工秸秆燃料1吨成品。即原料成本100元／吨。2粉碎过程的耗能(玉米秸秆)为5.5KW／吨×0.80元／度，折合4.40元／吨；粉碎过程的用工费：粉碎过程需要用工2人。按每天粉碎20吨(玉米秆)每人50元，折合5元／吨。3压块过程的耗能：压块过程的能源为22千瓦时／吨×0.8元／度，折合17.60元／吨，压块过程的用工费：工人工作每天产10吨左右的秸秆压块。工人的工资按50元／天计算，用工折合10元／吨。4本费用估算100元(原料)+4.40元(粉碎耗能)+5元(粉碎人工)+17.60元(成型耗能)+10元(用工费)+10(设备折旧)=147元／吨。我公司现已和国内多家生物质发电厂签订长年供货合同，每吨售价360—380元，那么加工秸秆燃料的纯利润在210-230元之间(秸秆种类不同售价不同)，按年产2000吨计算：2000×210=420000元至2000x 230=460000元。

秸秆压块成型论文 第3篇

1. 秸秆压块成型技术现状分析

早在1938年, 西德学者斯卡维特就对牧草进行了低速压缩成型试验。现在, 国外的农作物秸秆成型技术主要有4种, 即颗粒成型、螺旋连续挤压成型、机械驱动活塞式成型和液压驱动活塞式成型。20世纪30年代, 美国、日本、西德等国开始研究成型技术处理农林废弃物等, 到20世纪40年代, 日本成功研制成棒状燃料成型机, 进入20世纪80年代, 亚洲一些国家已经建了不少生物质生产厂, 且在泰国、印度、韩国、菲律宾等国家已经形成了产业化趋势。西欧一些国家也非常重视生物质成型技术的应用, 丹麦、法国、意大利、德国、瑞典、比利时等国相继建成生物质成型生产厂70多个, 设备及生产的产品已进入商业化运作模式。

我国农作物秸秆成型技术开发研究起步较晚, 从20世纪80年代开始对生物质固化成型进行研究。“七五”期间, 中国林业科学院林产化工所通过对引进的样机消化吸收, 系统进行了成型工艺条件的实验, 完成了木质成型设备的试制, 并建成了年产1 000 t的棒状燃料生产线。“八五”期间, 作为国家重点攻关项目, 中国农机院能源动力研究所、辽宁省能源研究所、中国林业科学院林产化工所、中国农业工程研究设计院, 对生物质冲压挤压式压块技术装置进行了攻关, 推进了我国对固化成型的研究工作。20世纪90年代以来, 河南农业大学、中国农机能源动力所分别研究出PB-1型机械冲压式、HPB系列液压驱动式和CYJ机械冲压式成型机, 在国内已形成了产业化。进入21世纪, 生物质成型技术发展日趋成熟, 江苏正昌公司、河北浩瀚公司等先后研制出多种类型的环模、平模成型机, 目前已投入生产使用中。

2. 预期效益

根据市场调查, 结合生产厂家的实际情况, 以9JYK-1000A型生物质秸秆压块成套设备为例, 按年生产量200台计算, 每台售价8.5万元, 则年销售收入1 700万元, 可创造利润420万元, 上交利税85万元。用户购机后, 1 h可生产成型料0.8 t左右, 售价400元/t, 扣除原料费、人工费、电费等, 可创收200元/t, 1台机器1年可为用户增加收入6万元, 经济效益显著, 且解决了部分劳动力就业问题。

9JY该机具经推广以后, 社会效益主要体现在以下几个方面:一是可解决牛羊粗饲料的要求, 有利于畜牧业的快速发展, 是促进农业生产良性循环的有效技术措施之一;二是作为新型清洁燃料, 具有便于储存和运输的特点, 不仅可为农村家庭提供炊事、取暖能源, 也可作为工业锅炉和发电厂燃料, 替代煤、天然气、燃料油等石化能源;三是该机具推广后可杜绝或减少因农作物秸秆焚烧引起的空气污染等, 对保护环境、促进农业现代化的可持续发展具有十分重要的意义。

二、工作原理分析

环模秸秆压块机生产的压块, 通常为方棱柱形或圆柱形, 其直径或截面积的对角线一般>25 cm, 长度不等。主要构成部件有:机座、进料口、输送绞龙、压辊、环模、出料口等。其与平模压块机的主要区别是出料速度快、生产率高、能满足长时间不间断的生产要求 (见图1、图2) 。

1. 立式环模秸秆压块机

立式环模压块机的主要工作部件由垂直放置的固定方 (圆) 模孔的环模和转动的偏心压轮组成, 构造如图2所示。其工作原理为:将粉碎好的秸秆经上料输送机送入压块机的进料口, 利用绞龙将物料传送到压辊与环模之间, 通过主轴转动带动压辊转动, 将物料布满环模腔, 由沿着环模腔内切公转和摩擦自转的偏心压轮, 将物料强制挤进环模孔中, 形成块状或柱状, 从出料口落下。原料进入环模后先经过较低压力作用, 原先松散凌乱的固体颗粒排列结构开始改变, 随着压力的进一步增大, 颗粒间的接触越来越紧密, 物料产生不可逆变形, 经过在模孔中一段时间的保型作用, 最终形成块 (棒) 料, 这种机型在生产过程中没有额外的压力消耗。因此, 生产率较高, 能耗较低, 生产出的压块质量也较好。但其缺点是物料在垂直环模中, 因受自身重力的影响, 下半部的量较多, 上半部的量较少, 且随着压轮转向的不同, 上方切向方向的前方料出的较少, 这也是立式环模机总是9有一J个Y角出K料-不畅1的0主0要原0因A。型

2. 卧式环模秸秆压块机

卧式环模秸秆压块机主要是将成型装置由立式改为平卧式, 这种设计是利用物料在随着压辊高速旋转过程中产生的离心力原理, 使原料均匀分布在环模腔内, 再利用环模、压辊和物料三者间的相互摩擦挤压使物料成型。压辊和环模相对运动, 将物料逐渐压入压模孔内, 再通过物料与压模孔壁之间的摩擦使得物料分层成型, 避免了因局部物料过于集中而造成的闷机现象。

该项目结合卧式秸秆压块机的工作原理, 将压模平放, 并在压辊主轴上加装均料器, 压辊在运转时, 均料器也随之运转, 将物料逐渐送入模腔内。

均料器的原理是叶片沿主轴呈螺旋状展开, 物料落下后, 随着均料器的旋转, 物料被螺旋送入压模腔中, 在理论上来讲, 不仅能控制进入模腔中料量的一致性, 也能防止因为加料过快而产生的冒顶现象。

3. 试验样机

试验样机由江苏圆通农机科技有限公司生物质燃料设备分公司生产, 该机型独特的模具成型角度, 在保证成型率的前提下, 出料顺畅, 生产效率更高, 采用改进模具, 模盘的磨损同步, 方便间隙调整, 有效延长了核心部件的使用寿命, 满足长时间不间断生产的需求, 大大降低维修费用。

三、试验设计

1. 试验条件

该试验结合江苏省农业机械试验鉴定站承担的2009年度省农机3项工程项目《秸秆成型机械化关键技术研究与系列产品开发》进行, 机具的试验场地在丹阳市窦庄镇江苏圆通农机科技有限公司内, 试验原料为水稻秸秆, 含水率控制在15%～25%, 长度控制在10～20 cm。操作人员和试验人员都是相同一批人员, 这也就消除了因为操作或试验等原因造成的对试验结果的影响。

2. 试验项目

检验项目和技术要求见表1。

测吨料电耗时, 采用的是分段计时求值再取平均值方法。将钳式电力品质分析仪连接到控制柜上, 与成型机形成一个串联电路, 这样通过机具的电流量就能在仪器上实时显示并储存起来, 在一段取样时间结束后, 得到生产压块在这段时间的耗电量, 多测几次后取平均值, 最后得出的吨料电耗值就比较接近真实值, 其单位是k Wh/t。

3. 试验前准备和要求

试验前, 制定性能试验方案。同一工况测试不少于3个行程。试验物料应根据试验样机的适应范围, 选择当地有代表性的物料;物料的试验条件要基本相同, 含水率及形态应能满足各测试项目的测定要求, 每段取样试验时间要求不低于20 min。

试验机组的技术状态应良好, 试验中物料和操作人员均不得随意更换。试验所用的测试仪器, 必须在标准计量单位检定有效期内。

四、试验结论

1. 结论

试验是在普通立式环模压块机基础上进行简单的理论分析, 提出环模平置式的结构设计, 并进行性能和可靠性试验, 分析其技术状态, 试验结果见表2。

从性能试验和可靠性考核来看, 该结构设计是可行的。吨料电耗、生产率、压块成型料、压块密度以及可靠性指标等均满足Q/321181 YTSW 002-2009《9JYK系列生物质秸秆压块成套设备》标准要求。

2. 建议

论压块生物质成型燃料的优势 第4篇

大家都知道煤和石油是重要的能源, 同时也是不可再生能源, 它的形成要上亿年, 目前, 中国能源消费量已位居世界第二。根据有关计算, 为了保证中国GDP年均增长7%以上, 能源供应则应保持每年递增4%左右。以现有的开采速度, 中国已探明煤炭能够使用30年, 石油只够使用44年, 天然气还能连续开采63年, 这样算来, 我们用完了, 下一代怎么办。中国煤炭大多直接燃烧, 使用于工业锅炉、窑炉和采暖的煤炭占47.3%, 在使用效率不高的同时造成严重的环境污染。煤炭消费是造成煤烟型大气污染的主要原因, 也是温室气体排放的主要来源, 若持续下去, 将给生态环境带来巨大压力, 因此急需替代能源的出现。

目前清洁能源风电、太阳能等发展迅猛, 由于其占地较大, 地域性较强, 尚不能适合全国分散型的需求, 然而有一种生物质压块型燃料好像更适合代替煤炭, 成为中小企业及各类园区的首选。

生物质成型燃料多为茎状农作物、花生壳、树皮、锯末以及固体废弃物 (糠醛渣、食用菌渣等) 经过加工产生的块状燃料, 其直径一般为6~8毫米, 长度为其直径的4~5倍, 破碎率小于1.5%~2.0%, 干基含水量小于10%~15%, 灰分含量小于1.5%, 硫含量和氯含量均小于0.07%, 氮含量小于0.5%。河北省地方标准《生物质成型燃料》 (DB13/T 1175-2010) 中规定了生物质成型燃料应满足的指标要求, 其中要求全硫≤0.20%。

下面从几个方面说明生物质成型燃料的清洁性:

1 根据实际调查生物质成型燃料具有以下优势

(1) 生物质成型燃料发热量大, 发热量在3900~4800千卡/kg左右, 经炭化后的发热量高达7000~8000千卡/kg。

(2) 生物质成型燃料纯度高, 不含其他不产生热量的杂物, 其含炭量75%~85%, 灰份3%~6%, 含水量1%~3%, 绝对不含煤矸石, 石头等不发热反而耗热的杂质, 将直接为企业降低成本。

(3) 生物质成型燃料不含磷, 燃烧时不产生五氧化二磷, 不腐蚀锅炉, 可延长锅炉的使用寿命。

(4) 燃烧效益高, 易于燃尽, 残留的碳量少。与煤相比, 挥发份含量高燃点低, 易点燃;密度提高, 能量密度大, 燃烧持续时间大幅增加, 可以直接在燃煤锅炉上应用。

(5) 生物质成型燃料清洁卫生, 投料方便, 减少工人的劳动强度, 极大地改善了劳动环境, 企业将减少用于劳动力方面的成本。

(6) 生物质成型燃料燃烧后灰碴极少, 极大地减少堆放煤碴的场地, 降低出碴费用。

(7) 生物质成型燃料燃烧后的灰烬是品位极高的优质有机钾肥, 可回收创利。

(8) 生物质成型燃料是可再生的能源, 与传统的燃料相比, 不仅具有经济优势也具有环保效益, 完全符合了可持续发展的要求。

2 污染物排放

根据《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册·第十分册》燃烧生物质锅炉排放系数:废气量6552.29Nm3/t燃料 (有末端治理) ;二氧化硫产污系数17Skg/t燃料 (S为含硫量) ;烟尘产污系数37.6kg/t燃料;NOx产污系数1.02kg/t燃料。燃煤排放系数:废气量6552.29Nm3/t燃料 (有末端治理) ;二氧化硫产污系数16.5Skg/t燃料 (S为含硫量) ;烟尘产污系数9.18Aar+7.56kg/t燃料;NOx产污系数9.7kg/t燃料。

我们以日产150吨蒸汽的锅炉为例, 年运行300d, 吨蒸汽需热量2260MJ, 1千卡=4182J, 计算需用生物质成型燃料 (热值4500千卡/kg计) 量5404吨/年。如用煤 (热值7000千卡/kg计) 作燃料, 用量为3474吨/年。

锅炉烟气采用双碱法麻石水膜除尘器处理, 烟尘去除效率99.5%, 二氧化硫去除效率80%, NOx去除率50%。

根据以上数据, 计算同样热量需求情况下, 生物质成型燃料和燃煤两种燃料污染物产生及排放达标情况对比, 见表1。

由上表可知, 在以上同样热量需求下, 燃生物质成型燃料比燃煤少产生污染物为:烟尘460.91t/a, SO227.48t/a, NOx28.187t/a。锅炉烟气经双碱法麻石水膜除尘器治理后, 燃生物质成型燃料锅炉产生烟气经双碱法麻石水膜除尘器治理后, 外排烟气中污染物能符合《锅炉大气污染物排放标准》 (GB13271-2014) 表3燃煤锅炉标准要求, 即烟尘≤30mg/m3、SO2≤200mg/m3、NOx≤200mg/m3。而如果采用燃煤为燃料, 则经双碱法麻石水膜除尘器治理后外排烟气中污染物浓度不能满足《锅炉大气污染物排放标准》 (GB 13271-2014) 表3燃煤锅炉标准要求。

面对如此严峻的大气污染形势, 和越来越严格的污染物排放控制标准, 在不改变炉型燃烧方式和除尘脱硫设施的基础上, 采用生物质成型燃料替代煤炭可见是最佳选择。

3 经济成本低

使用生物质成型燃料的经济成本如何, 我们以蒸汽锅炉把1t水变成蒸汽的经济成本为例来进行对比, 见表2。

再以把1t的水从20℃加热到60℃的经济成本为例进行对比, 见表3。

根据表1和表2数据对比分析, 要想替代煤炭, 减少污染物排放, 在目前经常使用的替代能源轻柴油、重油、天然气、电、生物质成型燃料中, 生物质成型燃料经济成本是最低的, 可见是企业的首选。

综上所述, 生物质成型燃料替代煤炭具有绝对优势, 具有显著环境效益和经济效益, 随着对清洁、低碳能源需求的增长, 我国生物质成型燃料必将发展前景广阔。

参考文献

[1]《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册·第十分册》.

[2]《生物质成型燃料》 (DB13/T 1175-2010) .

秸秆压块设备的设计研究 第5篇

我国具有丰富的农作物秸秆资源,据不完全统计,全国农作物秸秆年产量约7亿t,但利用率非常低,不足20%,而80%的秸秆被烧掉或烂掉,既浪费资源又影响环境卫生。按《十一五发展纲要》节能减排的要求,提高利用率30%,可创造价值1 500亿元。仅陕西省3 000万t秸秆利用率提高30%,就可创造70亿的价值。宝鸡300万t的秸秆利用率提高30%,可创造7亿元的价值,对农民增收和社会效益都非常可观。秸秆是一种非常规饲料资源,其共同特点是质地粗硬、适口性差、消化率低且营养价值不高,必须经过合理加工,提高营养价值,增加采食量和消化率,才有可能被养殖者接受。玉米秸秆压块饲料是以玉米秸秆为原料,经过粉碎、揉搓、高温和高压而制成的块状饲料。

1 结构设计

1.1 压缩成型系统

1.1.1 系统受力分析

压缩成型系统主要由主轴、环模和压辊组成。颗粒在压模与压辊之间的挤压下完成,其挤压过程见图1所示。

图2 变形区一小段脱离体的受力分析

引压辊表面A点的切线和压模内表面A1点的切线交于C点,∠ACA1=α-β,称为攫取角。

从图2可知,对物料作用有两个力,即压辊压力P和环模内表面的反力R。阻碍物体进入变形区的力为 Psin(α-β),攫取物料的力为 Fcos(α-β)+T=FPcos(α-β)+f1R。欲使物料被攫入变形区而不被滑出,则必须满足以下条件,即

f1R+ FPcos(α-β)≥Nsin(α-β) (1)

式中 f1压模与物料间的摩擦系数, f1=tgϕ1;

f带槽沟压辊与物料间的摩擦系数,f=tgϕ;

α物料对压辊的包角;

β与压辊压模有关的角。

R=Pcos(α-β)+fPsin(α-β) (2)

若f1=f,整理后得到攫入条件为

tg$(\alpha -\beta )\frac{2f}{1-f{}^2}$ (3)

从式(3)可以看出,攫取角α-β与摩擦系数f成正比。物料的成分不同,摩擦系数也不同,因此其攫取角也不同,一般f=0.37～0.1,即α-β40°～70°。不同粉料之间,α-β的差异比较显著,满足攫取条件即可制粒。由图1可知,当α-β一定,模辊尺寸一定,变形区即一定,物料层厚度也就一定了,即使过多的物料也不会增加产量。模孔中的物料在轴向压应力为σ(x),则根据沿孔无变形和广义胡克定律,可求得物料径向压应力为

${\rm N}(X)=\frac{\mu }{1-\mu }\sigma (X)$

式中 N(X)模孔内物料径向应力;

μ物料的泊松比。

从式(3)可知,作用于物料在轴向压应力为作用于物料径向压应力的$\frac{\mu }{1-\mu }$倍。对任何物料 μ<0.5, 故N(X)>σ(X)。

压模模孔除承受径向压力之外,同时还承受由径向压力而产生的切向摩擦力F(F=fN,f为摩擦系数,N为径向压力)。沿模孔取出一段物料进行分析,见图3所示。

综上所述,可得出以下结论:一是增大摩擦系数f,减小模孔半径r0,衰减速度加快,意味着物料在模孔内的饱压过程缩短,物料成型性变差;反之,减少摩擦系数f,增大模孔半径r0,衰减速度减慢,表明物料在模孔内的饱压过程延长。由此得出:设计压模时模孔r0不应过小,同时将模孔加工光滑,以减小摩擦系数f,提高成型性能;二是影响物料压制过程的不只是摩擦系数f,反映物料纵横向变形的物料泊松比也是一个重要的特性参数;三是压模厚度H不是随便选定的尺寸,其大小直接受模孔半径r0所要求的颗粒密度以及物料特性的制约。

试验表明,随着模孔深度(即压模厚度H)增大,颗粒产量明显降低,耗能增加,颗粒硬度提高。这是因为随着模孔深度的加大,摩擦面成正比增加。为了获取较好的制粒性能,使产量和质量处于最佳状态,每种物料都应该有比较适宜的长径比(模孔深度H与孔径d0的比值)。因此,根据玉米秸秆的特性和需要加工产品的密度要求,经过大量的实验,确定模孔直径d0=10mm,模孔深度H=40mm。

1.1.2 工作负荷的确定

将压缩过程分为松散阶段过渡阶段和压紧阶段,用不同的方法对3个阶段的曲线进行拟合,分别建立了数学模型,见图4所示。

初步将压块机工作所需最大压强定为P=0.62MPa。

1.1.3 环模的设计

环模是成型系统的主要部件,其质量对产量和颗粒质量有很大影响。环模的设计如图5所示。

1)环模直径。环模直径和有效宽度是环模的主要参数。确定环模内直径为600mm,参环模有效宽度为140mm(有效宽度是指环模中间与压辊接触部分)。

2)压辊直径的确定。根据经验确定压辊外径与压模内径比为0.475, 再经过多次试验圆整后确定压辊直径为260mm。

3)环模转速的确定。环模转速与机器本身的几何参数(压辊个数、模孔直径和深度等)相关。确定环模转速v=5.2m/s。

4)环模压缩比I=H/d,它是反映颗粒挤压强度的一个指标。压缩比越大,挤出的颗粒越结实。所以,环模模孔d确定,即在环模压缩比I一定的条件下,环模的有效厚度H=I*d就确定了,但生产成本高。压缩比其实就是长径比,不同物料有所不同,一般在3～9左右,4～6比较常见。选定环模孔d0=10mm,压缩比为4,则模孔长度为40mm。

5)环模工作面积。环模工作面积为S=πDL。环模制粒机的设计功率与环模工作面积成正比,因此功率一定的制粒机,一般环模直径D和环模有效宽度L之比为0.2～0.3。由于本机器的产量要求,为保证环模出料均匀,因设定环模内径为600mm,所以选择环模有效宽度为130mm。

6)环模开孔率。环模开孔率为

ψ=S1/S

式中 S1所有孔的总面积,S1=nπr${}_0^2$;

η模孔的个数;

r0模孔的半径;

S环模工作面积。

本设计采用的9排模孔的直径为10mm,均部圆周125排。由上面的公式可得

$\begin{array}{l}S{}_1=9125\text{π}5{}^2‚S=\text{π}600130\\ \psi =S{}_1/S=\frac{9125\text{π}5{}^2}{\text{π}600130}=36.1\%\end{array}$

即环模开孔率约为36.1%。

7)粗糙度。最终确定粗糙度值为3.2μm。

电动机型号选取Y280M-4,额定功率为90kW额定转速为1 480r/min。

2 调质与输送系统设计

2.1 调质料斗

调质料斗的主要作用:一是对于水分含量过于低的物料再加入适量的水分后进行搅拌;二是向压缩环模中输送物料,以保证环模中物料的数量与质量。

为了使物料水分含量能保持在一定范围内,在物料水分含量不足时,可以人工向物料中加入一定的水分,然后经过输送螺旋适当地搅拌送入压膜室。

2.2 输送系统

计算输送系统输送量时,由于受设备空间所限,首先确定螺旋长度与直径,然后根据产量确定节距及螺旋叶片的倾角。其喂料量计算公式及基本参数为

Q = 47D2ϕsnγC

式中 D螺旋直径,取D=0.247m;

ϕ充满系数,取ϕ=0.25;

s螺旋节距,取s=0.09m;

n螺旋转速,取n=63.5 r/min;

γ物料容重,取γ=0.08 t/m3;

C倾斜输送修正系数,取C=1;

Q产量( t/h )。

带入以上数据,考虑到物料容重与水分含量有关,经计算调制输送器的输送量为Q=328t/h。因此,调质输送机每小时产量为328kg,能够满足设计要求的每小时240kg的最大产量要求。

1)环模速度及传动比计算。环模传动比$i=\frac{120}{160}\frac{19}{30}\frac{{\rm Z}{}_1}{{\rm Z}{}_2}\frac{{\rm Z}{}_5}{{\rm Z}{}_6}=0.156$,环模速度 n =960i=150r/min。

$\begin{array}{l}2)\text{压}\text{辊}\text{传}\text{动}\text{比}\text{计}\text{算}。\text{压}\text{模}\text{传}\text{动}\text{比}i=\frac{120}{160}\frac{19}{30}\\ \frac{{\rm Z}{}_1}{{\rm Z}{}_2}\frac{{\rm Z}{}_3}{{\rm Z}{}_4}=0.066\end{array}$

。压模转速 n=960i=63.5r/min。

根据以上计算,确定环模的转速为150r/min,压辊的转速为63.5r/min。

3 秸秆压块设备的结构图

秸秆压块设备的结构图如图6所示。

4 结语

目前,市场上的秸秆饲料压块设备价格过高,不适合作为农用机械。这里设计了占地面积小、结构简单且造价低廉的秸秆饲料压块设备。本文对该设备的压缩系统中主轴、环模和压辊主要参数进行计算设计,使颗粒在压模与压辊之间的挤压下完成。秸秆压块设备的设计成功可以大大地减少秸秆在资源利用中的浪费,推进农业可持续发展的进程。

参考文献

[1]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[K].北京:中国农业科学技术出版社,2007.

[2]史仲平.生物质和生物质能源手册[K].华兆哲,译.北京:化学工业出版社,2007.

[3]佚名.饲料工业标准汇编[M].北京:中国标准出版社,1996.

[4]吴创之,马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工业出版社,2003.

日照秸秆压块燃料技术推广实现突破 第6篇

检查组实地查看了示范点的秸秆压块燃料设备、加工场地、运输路线、原料堆放地及配套设备等, 听取了示范点负责人关于秸秆压块燃料机械化加工生产和市场销售情况的汇报, 对秸秆综合利用推广项目进展情况给予了充分肯定。

今年以来, 市农机部门通过加强宣传引导, 组织农机大户外出观摩学习等措施, 重点推广了秸秆压块燃料技术, 并利用购机补贴政策, 积极扶持鼓励农民机手购机用机。全市共补贴购进秸秆压块成套设备4套, 落实省级

秸秆压块机主轴的有限元分析 第7篇

关键词：秸秆压块机,UG,ANSYS,有限元法,模态分析

0 引言

秸秆压块机是把松散的农作物秸秆压制成块状物料的设备。经压缩后的秸秆块便于存放,牲畜易于咀嚼,营养也易于吸收,便于储运,同时也可制成燃能很高的生物质燃料[1,2,3]。我国是世界农业生产大国,农作物秸秆年生产6亿t多[4],秸秆资源丰富。近几年,随着我国畜牧业的发展及农业部关于秸秆综合利用方案的推行,秸秆块的需求存在着巨大的市场空间。为了更好更快地抢占市场,压块机的设计效率与设计水平需要进一步提高。

随着科技的迅速发展和计算机CAD/CAE技术的应用,机械设计已由传统二维设计向三维设计转变。为了适应现代机械设计发展的趋势,需要综合应用CAD/CAE技术进行机构的三维设计与分析。本文采用UG软件对秸秆压块机进行机构实体建摸和整机的装配,运用ANSYS 有限元分析软件取代手工计算对秸秆压块机进行分析。此种设计方法不仅缩短了秸秆压块机的设计周期,而且提高了设计精度,使秸秆压块机的机械结构更趋合理。

1 秸秆压块机的设计及原理

1.1 建模思路

对秸秆压块机的CAD建模主要有两种建模思路,分别是“自底向上”与“自顶向下”两种[5]。通常采用的设计思路是“自底向上”。这种方法是先构造基本的几何图元(如点、线、面等),然后逐渐地向上构造体,直到整个零件的生成。“自顶相下”的构造思路基本相反。秸秆压块机的设计结合这两种设计思路,进行混合设计。

1.2 建模方法

UG软件对产品的三维建模的具体方法有显式建模、参数建模、基于约束的建模及复合建模。为了使建模后的压块机各机构的重构性更好,建模过程中多采用草图的构图方式,使得所建模型的参数化更强,便于后续的修改。

1.3 压块机总装

对构建好的压块机所有零部件进行装配,生成如图1所示的秸秆压块机总装图。

运用UG软件的分解图功能,可清晰地了解压块机的各部件组成情况,如图2所示。

1.机座 2. 压辊 3.环模 4.喂入螺旋装置 5.料斗

2 压块机主轴的有限元分析

2.1 ANSYS中主轴模型的导入

通过IGES接口把UG中建好的主轴模型导入ANSYS中进行分析[6]。图3是导入ANSYS 的主轴几何实体模型。

2.2 对主轴进行有限元网格划分

在ANSYS中,网格划分的方法主要有自由、映射以及扫掠等方法[7]。网格划分的好坏直接影响到后续的计算速度与计算精度。此处为了使划分的网格更加均匀,采用扫掠与自由划分相结合的方法进行网格划分。

图4为网格划分示意图(有限元模型)。由于结构比较规则,适宜采用ANSYS9.0中的solid95六面体单元进行网格划分。划分结果:节点总数为19 168,单元总数为12 024。

2.3 主轴的应力分析

2.3.1 应力求解

在求解之前,定义有限元分析的边界条件,即键槽的自由度约束与轴端裙板最大扭矩的施加。

求解得到阶梯轴的最小直径ϕ75处的最大剪切应力为12.9 MPa,小于许用应力40 MPa。轴的设计满足应力要求。

2.3.2 分析比较

经过ANSYS 的分析计算,得到ϕ75轴的横截面应力分布,如图5所示。

X与Y坐标分别为主轴径向的两个坐标,Y轴延裙板竖直方向,主轴圆心为坐标原点。图6为ϕ75轴剪切应力的等值线图。

根据设计经验,阶梯轴应力分布完全符合实际应力分布情况,证明了ANSYS分析结果的正确性。

根据材料力学的最大应力计算公式[8]τmax=Tmax / Wt,理论计算得到ϕ75轴所受最大应力值为11.5 MPa。这与有限元分析的结果最大剪切应力为12.9 MPa很相近,进一步证明了ANSYS 有限元分析软件分析结果的正确性。

2.4 主轴的模态分析

2.4.1 模态的概念

模态是结构系统的一种属性,表征模态的特征参数是振动系统各阶固有频率、振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼等[8]。不论何种阻尼情况,机械结构对外力的响应都可以表示成固有频率、阻尼比与振型等模态参数组成的各阶振型模态的叠加。模态分析就是用模态参数来表示结构系统的运动方程,并确定模态参数的过程。

有限元模态分析的核心问题就是找到结构的各阶固有频率,以及机构的弯曲刚度与扭转刚度的分布情况。知道了固有频率,就可以指导机构设计和使用,使得设计固有频率和使用时的外部激振频率相避开。同时,根据刚度的分布情况,可以指导机构刚度的改进,提高整体刚度分布,从而保证机构使用的可靠性。

2.4.2 主轴的模态计算

主轴的弹性模量E=2.08105 MPa,泊松比μ=0.3,密度ρ=7.810-6 kg/mm3。根据主轴的材料与几何参数,采用Block Lanczos(兰索斯法)方法[9],计算得到主轴前25阶振型,其中主要振型如表1所示。

2.4.3 结果分析

由振型的分布情况可以看出:当外部激振频率低于22 Hz时,主轴整体机构的刚性足够;当激振频率大于150 Hz并且不断增高后,阶梯轴将不受到扰动,工作稳定,此时的裙板变形明显增大,刚性严重不足;当工作频率高于51 Hz时,需要改变裙板的尺寸或结构来提高其刚性。

3 结论

1) 通过以上的一系列分析计算与比较,充分证明了ANSYS有限元分析软件的可靠性,采用此种设计方法可大大提高压块机的设计效率。

2) 由计算结果可知,主轴的设计远远满足设计要求,有很大的改进空间。由以往的设计经验可知,空心轴比实心轴具有更良好的抗扭矩能力,而且又节省材料,因此有必要对主轴进行进一步的结构优化。

3) 优化后可以很方便地通过ANSYS软件进行分析验证,或直接采用ANSYS软件对主轴进行自动结构优化设计,以得到满意的设计结果。

参考文献

[1]李旭英,尚士友,杨明韶,等.沉水植物压块试验研究[J].饲料工业,2003,24(11):22-24.

[2]杨德川.牧草压块机组的研究与应用[J].畜牧机械,2003(1):34-36.

[3]Shahab Sokhansanj.Forage Processing for Cubing and Double Compacted Balfs[C]//ASAE,annual international meeting technical papers,1998:1053/1-981053/16.

[4]刘建胜.我国秸秆资源分布及利用现状的分析[D].北京:中国农业大学,2005.

[5]戴春祥.UG NX4高级装配培训教程[M].北京:清华大学出版社,2006.

[6]张潮晖.ANSYS8.0结构分析与实例解析[M].北京:机械工业出版社,2005:196-211.

[7]周宁.ANSYS机械工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2006:163-175.

[8]刘鸿文.材料力学[M].北京:高教出版社,1997:89-125.

农作物秸秆压块饲料加工技术应用 第8篇

1 农作物秸秆压块饲料加工技术

秸秆压块加工的技术原理, 主要是用工业化学处理和物理处理法, 以玉米秸、稻草、麦秸、葵花秆、高粱秸之类的农作物秸秆等低值粗饲料, 利用压缩时产生的温度和压力, 使秸秆氨化、碱化及熟化, 使秸秆本质素彻底变性, 提高其营养成份制成品质一致的颗粒状饲料, 成为反刍动物的基础粮食。其粗蛋白含量从2%~3%提高到8%~12%, 消化率从30%~45%提高到60%~65%, 其营养成份相当于中等牧草, 产品没有任何危害性物质, 具有无毒、无病菌、水分低、不易发生霉变、营养成份高等特点。

2 秸秆压块饲料加工技术工艺

秸秆压缩饲料成套设备由铡切系统、上料系统、搅拌系统、压缩系统及输出系统5个部分组成, 其加工技术工艺是:农作物秸秆原料经晾晒风干后, 经铡切系统进行铡切, 铡切长度以3~5 cm为宜。然后将铡切后的秸秆进行搅拌堆积, 使温度均匀, 水分控制在20%为宜。然后通过输送系统上料, 上料时要求保持均匀, 尽量去除原料中的杂质, 把原料送入搅拌系统搅拌, 此系统装有去铁装置, 可以有效的去除原料中的金属物质。经搅拌后的原料进入压缩系统, 在压缩系统进行摩擦挤压, 并通过模块形成块状成品挤出, 出口最高温度可达100℃以上, 由此原料由生变熟, 饲料块通过冷却输出系统输出, 经晾晒后, 使水分控制在14%左右, 进行称重包装, 便可储存或运输。

3 秸秆压块饲料与原始秸秆饲料比较

3.1 提高采食率

秸秆经过机械化压块加工后, 在高温的作用下, 秸秆由生变熟, 喂养牲畜适口性好, 采食率可达100%, 如玉米秸秆压块饲料可比原始秸秆的采食率提高48%, 比机械粉碎秸秆采食率提高28%。

3.2 提高消化率

应用表明, 经过高温压制后秸秆块并经过碱化处理, 玉米秸秆消化率可由处理前的50%提高到74%, 麦秸秆的消化率可由处理前的39%提高到70%。

3.3 提高肉牛重量

如果每天喂6.58 kg玉米秸秆饲料块, 约占采食量的77%, 每日肉牛增重可达932 g, 比秸秆铡碎喂食增重450 g, 提高增重率达48%。

3.4 提高奶牛产奶量

喂食秸秆压块饲料比秸秆铡切喂食提高奶牛的产奶量及提高牛奶的质量, 如在奶牛的总采食量中, 秸秆压块饲料占60%, 浓缩饲料占40%, 粗纤维为23%时, 日产奶量可达15 kg, 每日每头增加2 kg, 奶的质量也得到提高。

3.5 有利于饲草储存和运输

每年到春、冬两季时, 各地的牧草和农作物秸秆短缺, 牲畜普遍缺草, 而到了夏秋两季, 各种农作物秸秆及牧草资源极为丰富, 但却不能有效的利用。在秋季通过机械加工压块饲料, 使之成为可以长途运输或长期储存的四季饲料, 可有效地解决部分地区饲草资源稀少和冬、春短草的问题。