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内压式平模颗粒机设计

摘要  秸秆等农林业废弃物是丰富的生物质资源，据统计我国秸秆等农林业废弃物的年产量达到数亿吨，而利用率却不到50%。绝大部分的秸秆等农林业废弃物被直接燃烧或丢弃，而利用的部分农林业废弃物也多为在农村地区作为家庭的日常生活用能源直接燃烧使用。对秸秆等农林业废弃物的不合理使用既浪费能源也污染了环境。利用颗粒成型技术对农林业废弃物进形造粒处理，形成绿色环保的可再生燃料，具有非常深远的意义。

本文在调查了海内外多种固体颗粒造粒机后，进行内压式平模造粒机的设计。结合设计标准及实际工作需要，对内压式平模颗粒机的总方案进行规划，明确了本题的总体方案，最后对颗粒机进行计算校核。方案设计主要是传动系统的设计和压紧方案的选择，传动系统主要是一级弧齿锥齿轮减速器的设计。压紧方案选择在主轴轴端螺纹压紧的方式，并对压紧力设计了热膨胀补偿方案。颗粒机设计校核主要进行了电动机功率的核算、传动系统和主要零件的设计校验以及压紧部分的设计校核，保证内压式平模颗粒机的功能及性能上的要求。

关键词：颗粒燃料；平模；内压紧；颗粒机；设计  

 

The Design of flat die type pellet machine

Abstract  Straw and other agricultural waste are rich in biomass resources. According to statistics, China's straw and other agricultural waste annual output reached hundreds of millions of tons, while the utilization rate is less than 50%. Most of the straw and other agricultural waste is directly burned or discarded, and the use of the agricultural and forestry waste are mostly in rural areas as a family of daily life with direct combustion of energy use. The irrational use of straw and other agricultural and forestry wastes not only wastes energy but also pollutes the environment. The use particle molding technology for agriculture and forestry waste into the granulation treatment to format green renewable fuel has a very far-reaching significance. At present, China's particle machine has been widely used in production.

In this paper, I design internal pressure die machine after a variety of solid particles granulator at home and abroad. Combined with the design requirements and the actual technical requirements, determine the design of the problem, and the particle machine design verification. The design of the program is mainly the design of the transmission system and the choice of the compression scheme. The drive system is mainly designed for the first-order spiral bevel gear reducer. The compression scheme is chosen to be screwed at the end of the spindle shaft, and a thermal expansion compensation scheme is designed for the compression force. Particle machine design check the main motor power calculation, the drive system and the main parts of the design verification and compression part of the design check.

Key words：Pellet fuel  Flat mold  Internal pressure type  Granulator

 

目  录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外颗粒机发展现状 1

1.3 本课题研究的内容、目的与意义 2

第二章 方案选择 4

2.1内压式平模颗粒机的工作原理 4

2.2  颗粒机的方案选择 4

    2.2.1 设计任务书 4

    2.2.2 传动系统 4

      2.2.2.1 传动系统的设计 4

      2.2.2.2 传动方案的选择 5

    2.2.3 压紧方案 6

      2.2.3.1 压紧方案的设计 6

      2.2.3.2 压紧方案的选择 6

2.3 本题颗粒机总体设计方案 6

    2.3.1 颗粒机的结构设计 6

    2.3.2 内压式平模颗粒机机型的选择 7

    2.3.3 传动系统的具体设计 7

    2.3.4 压紧方案的具体设计 8

第三章 颗粒机设计与校核 9

3.1  电动机的选择 9

  3.1.1 电动机的功率计算 9

  3.1.2电动机的型号选择 9

3.2 传动系统的设计及校验 10

  3.2.1运动和动力参数计算 10

  3.2.2 弧齿锥齿轮的设计校核 11

    3.2.2.1 齿轮的材料选择和热处理方法 11

    3.2.2.2 弧齿锥齿轮主要参数 11

    3.2.2.3 弧齿锥齿轮几何参数 12

    3.2.2.4 弧齿锥齿轮的强度校核 14

3.3 主轴的设计计算与校核 16

  3.3.1 主轴的设计 16

  3.3.2 主轴的强度校核 18

3.4压轮轴和压轮轴承的设计 19

3.5 压紧部分的设计 19

  3.5.1 平模的设计 19

  3.5.2 压辊的设计 20

3.6 蝶形弹簧的设计计算 20

  3.6.1 蝶形弹簧的作用 20

  3.6.2 蝶形弹簧的计算 20

第四章 全文总结 23

致  谢 24

参考文献 25

 

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

在我国，秸秆等农林业物资极其富裕。根据相关调查研究数据显示，我国小麦、水稻、玉米等农作物的秸秆的年产量达5亿以上，这其中可供利用的秸秆资源约达2亿。合理有效的利用秸秆资源具有非常深远的意义。

从20世纪60年代开始，我国开始把秸秆等农作物作为牛、羊等牲畜的饲料推广使用。改革开放以来，将秸秆等农林废弃物颗粒通过处理后制成颗粒状燃料更有效增加了农林废弃物的使用率。20世纪90年代初，我国开始讲秸秆等农林废弃物制成固体颗粒燃料推广使用，这种新型固体颗粒燃料不但提高了秸秆资源的利用率，而且既清洁无污染又可再生。早期的固体颗粒成型使用的是螺旋挤压机，这种颗粒成型设备因为有功耗大、噪音大、运行不稳定、零件易磨损等特点很难推广普及。21世纪以来，出现了环模和平模颗粒机，颗粒成型生产率得到了很大的提高。因此，笔者在原有平模颗粒机的基础上，设计了新型的内压式平模颗粒机。

1.2 国内外颗粒机发展现状

早在上世纪20年代初，德国、日本等国家就开始利用机械活塞式颗粒成型机加工处理木材废料和农作物的纤维。20世纪30年代，固体颗粒成型科技在社会上引发了很大的反响，吸引了各国人民的目光。1950年前后，日本成为世界上首个制造出长筒形状的颗粒燃料制造机。20世纪中期以来，随着石油等可再生资源的日渐稀缺和人们环保意识的日渐增强，世界各国都越来越重视可再生资源的开发利用，而生物质能作为可再生资源的一种，也受到了世界各国的重视。各国都加大了对生物资源颗粒成型科技与生产设施在人力和物力上的投入。20世纪70年代以来，西欧多个国家合作开发研究生物质可再生资源的利用，先后研制出了多种颗粒成型机。20世纪后期，美国在多个自治州兴建了多个树皮木材废料颗粒成型的加工工厂，开始工业化的生产固体颗粒燃料。当今全球颗粒成型技术较为先进的国家有美国、荷兰和日本，其中日本制造的大功率颗粒机对中国的出口率很高。

1980年左右，中国首次从国外引入螺旋式农作物原料颗粒造粒机，并投入木材废料制粒生产。第七个五年计划时期南林化工科研中心专门成立了研究生物质颗粒造粒机和颗粒成型技术的部门，加大对生物质颗粒成型的研究力度。1988年河南省洛阳农业机械工厂借鉴海外机器模板研发了中国首台ZT-63颗粒挤压造粒机。1986年，江苏省正昌集团顺利制造出功率为11KW的平模颗粒机。同年，湖南省衡阳市的一家粮食机械制造厂从外国买入了一台OBM-88型长筒状燃料颗粒制造机。1989年，山东省牧羊集团引进国外先进的技术，对产品种类进行扩展，先后制造出了多种型号不同平模尺寸的制粒设备。1992年，平模造粒机国家标准（中国行业标准SB/T10122-92）开始实行，其中规范了平模颗粒机的生产商品的类别、技术参数规范、检测标准、存贮方式、运输方式等。1995年，国家农机院机械研究中心成功研制出新型的9KP-36型平模颗粒成型机。1997年，江苏省东南大学机械研究所和国营9305机械厂合作研发制造出MD-15型生物质燃料造粒机。1999年，河南农大和中国农业机械研究中心先后独立的研制出大型冲压式和液压活塞推动式燃料制粒机，但具有成型机构和主轴容易损坏、噪声大、能耗过高等缺陷，使得这种造粒机难以推广，固体颗粒制粒技术的发展停滞不前。同年，武汉科学院结合国外先进技术与国内生产现状研制出了SZLP-78型大型平模颗粒机。进入21世纪后，我国的生物质颗粒制粒技术得到了飞快的发展，尤其是在模辊间压制颗粒成型的科技领域，在国际上也拥有较为先进的技术水准，新的技术极大的改善了颗粒机功率，大大增加了生产效率并增长了设备的使用寿命，打开了国内外的市场。而随着石油等不可再生资源的日渐稀缺以及价格的不断提高，气候变暖等环境问题日渐加剧，世界各国都越来越注重对环保可再生资源的开发与利用，使生物质颗粒制造技术得到了突飞猛进的发展，生物质颗粒产品越来越受到人们的关注与重视。目前，我国的很多科学研究所、高等院校和相关企业都都加大了对生物质颗粒成型设备的研究，并先后研究出各种生物质造粒设备，并广泛应用于发电、生产等多个领域。

1.3 本课题研究的内容、目的与意义

本课题研究的内容是内压式平模颗粒机的设计，为了更合理有效的处理秸秆等农林废弃物，降低秸秆燃烧对环境的污染，改善生物质能源的利用率和生产效率，本文主要针对以下内容进行设计：

结合实际生产时颗粒机的功能需要和具体设计依据，设计出内压式平模颗粒机的设计方案。具体体现在传动系统的选择和压紧方案的确定。并对内压式平模颗粒机的各个组成部分进行分析比较，计算选择出最合适的零件，并解决主要的技术难题。最后对传动系统各零件以及主轴、压轮轴以及压轮轴承等进行核算，保证各零件满足功能和性能上的要求，并使用制图软件画出内压式平模颗粒机装配图和主要零部件图。

根据相关调查的研究，目前市面上比较主流的生物质固体颗粒成型设备有很多的不足。颗粒机按照模的不同可分为环模式颗粒机机及平模式颗粒机。目前我国国内发展较为成熟的造粒设备主要是环模式造粒机。环模式颗粒成型机在生产时，机器内部温度较高，在高温的制粒环境下物料的有效成分会发生改变，制粒后的颗粒还需要经过冷却系统进行冷却，导致这种机器的动力利用率较低。并且环模式颗粒机的结构相对复杂，零件容易损坏，损坏零件的维修也很困难，工作时性能也比较不稳定，难以长时间的连续工作。平模式颗粒成型机根据压紧方式的不同可分为动辊式、动模式以及模辊联动式三种。平模颗粒机的结构较为简单，零件的维护也相对方便，相对于环模颗粒机有一些优点。只是目前国内平模颗粒机的发展还比较不成熟，在实际制粒生产时，主轴在高速旋转时会发生热膨胀，使得压紧螺母松开，压紧力减小，这时就需要工人停下机器进行人为压紧操作，这种生产模式极大的降低了生产力。针对目前国内平模颗粒机的不足，设计出具有压紧力热补偿的内压式平模颗粒机，将会有效的提高生产率，解放劳动力。

生物质能源是非常宝贵的可再生能源，合理有效的开发和利用生物质能源，可以改善地球环境，减缓气候变暖，并能在很大程度上解决能源危机的问题。我国是当今世界的农业大国之一，具有富裕的生物质资源，仅农作物秸秆的年产量都达几亿吨。但这些丰硕的秸秆能源无法得到合理的利用，在很多地区甚至是一种负担。近几年，随着国家对环境保护的日益重视，国家禁止直接燃烧农作物秸秆。寻找更好的开发利用秸秆资源的方法，是当今社会农业领域的一大难题。通过对秸秆资源进行固体颗粒成型处理，可以有效增加秸秆资源的利用率。而提高秸秆资源的利用率，可以有效改善我国的能源供给，提高农村的资源利用率，提高农民的生活水平，实现农村地区经济的高速发展，为建设新农村提供强有力的保障。

图 2 内压式平模颗粒机结构简图

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