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平模制粒机加工生物质燃料的工作特性分析

放大字体 缩小字体 发布日期:2012-02-27 21:41:35   来源:新能源资讯  编辑:www.xny365.com  浏览次数:1468


模辊自动调隙装置能采集模辊间隙数据,通过反馈、对比来控制液压系统,使间隙与设定值相一致,并能在生产过程中随时变化。一般而言,启动阶段,磨辊间隙应当尽量小些,这可以减小启动力矩,降低电机负荷。进入稳态工作后,磨辊间隙应当稍大,这可以增大压缩行程,得到坚硬光滑的颗粒。可以将间隙随时间变化的设置输入控制系统,启动后,机器可以自动调节模辊间隙。压辊和平模都是易磨损件,需要定期更换,压辊的服役期可以稍长一点,但最好能够和平模一起更换。一般,平模可以工作800-2000小时不等,这要视零件的材质和加工工艺而定。利用以上工艺,2007年6月-8月,我们对中国农业机械化科学研究院畜禽机械研究所研制的PM60型平模制粒机进行了性能考核试验。其中部分试验数据如下:表1 PM60型平模制粒机加工生物质颗粒试验数据Table 1 Experimental data of PM60 flat die pellet mill 原料 颗粒直径(mm) 生产率(kg/h) 吨料电耗(kw·h/t) 颗粒密度(kg/m3) 成型率(%) 红松 10 916 49.1 1.21 93 白松 10 823 54.7 1.29 94.5 锯末秸秆混合料 10 850 52.9 1.26 95.3 由试验结果知,PM60型平模制粒机适合加工锯末、锯末秸秆混合料等生物质原料,成型率在93%以上,吨电耗在55千瓦时以下,小时生产能力在800kg-900kg左右。

平模制粒机加工生物质燃料颗粒的特性探讨在加工生物质燃料颗粒的过程中,我们发现,平模制粒机的各工作部件表现出以下特性: 1 喂料特性物料进入平模机的第一个工位是喂料室,喂料室起到缓存物料和喂料的作用,完成物料向磨辊楔形攫取角的喂入。喂料室有两个特点,一是喂料空间广阔,为专门挤压生物质原料的大直径压辊提供了空间,也为蓬松的生物质原料提供了喂料空间;二是靠重力作用直接喂料的原理高效实用。像如锯末、树枝、树杈粉碎料和秸秆粉末这一类生物质原料,粗纤维含量高,质轻而蓬松,不易喂入。宽敞的喂料室,首先能为物料提供广阔的喂料空间。其次能允许配备大直径压辊,从而增大攫取角,增强对粗纤维物料的攫取能力。据测算,锯末原料容重约为200kg/m3,孔隙率为75%左右,物料本身轻而蓬松,制成颗粒时压缩比在6以上,这就对喂料空间提出了较高的要求。平模机具有宽敞的喂料室,以PM60平模机为例,其有效喂料容积约120dm3,单次喂料可达24kg,完全能满足机器需求。其次,物料喂入的过程是在重力作用下自然下落的过程。不需要强制喂入,原料便可直接落到适合挤压的工位上。

这种喂料方式明显优于环模制粒机,环模机工作时,对应不同的物料都需要探索相应的导料板参数,物料性质稍有改变,导料板就得改变,这就限制了环模机对原料的适应性。 2平模特性在动辊式平模制粒机中,平模被固定在机座上,物料从静止的模孔中挤出,被切刀切断后形成颗粒。而环模制粒机中,环模是旋转的,旋转的环模常常把颗粒甩在机壳上,部分颗粒被摔碎,成型率下降。因此平模制粒机中平模静止的工作方式有利于颗粒成型率的提高。作为制粒机的核心工作部件,平模的结构参数是否合适直接决定了颗粒质量的优劣。加工不同的物料,应当配备不同的模板。模板的开孔面积,模孔尺寸,模孔排布方式等要素都是决定制粒性能的重要因素。模孔长径比越小,产量越大,但是颗粒密度越小、质量也越差。长径比过大,则容易堵机。从实践经验看,用同一种原料生产相同规格的产品,平模厚度要比环模的小许多。

与环模相比,平模的优势在于结构简洁,体积紧凑,能正反使用,成本低廉。模板是易磨损件,需要定期更换,平模结构的对称性决定了模板双面可用,一面磨损量过大后,可以将模板反装,这大大提高了平模的使用寿命。易损件寿命的提高有助于降低生产成本。 3压辊特性压辊方面,平模机压辊的特点是转速较低、直径大,与某些型号的环模机相比,其转速甚至不到环模压辊的一半,而较大的直径可以增大压辊的攫取角。这使工作中的压辊对物料有较强的攫取力,并且降低了打滑的可能性。但是工作中的压辊并非整体在做纯滚动,从其轴向上看,压辊的里侧与外侧都会发生滑动,这种滑动作用是平模机的工作原理决定的,并不因物料的改变而改变。笔者认为,滑动作用的存在,固然在一定程度上加快了压辊的磨损,但是客观上却增强了制粒机的挤压性能,使平模制粒机在加工含粗纤维较多的生物质原料方面成为佼佼者。

下面将从运动分析和受力分析方面对滑动作用进行讨论。 图4 压辊的受力情况Figure 4 Forces and moments exerted on the roller 以图4所示的顺时针旋转的压辊为例,平模制粒机工作时,压辊上必定存在一条纯滚动的圆周线H,在纯滚动线H内侧,压辊发生超前性滑动,称之为滑转滚动;在纯滚动线外侧,压辊发生滞后性滑动,称之为滑移滚动。在压辊与物料接触的任意点A,其受力如图4所示,因挤压物料而收到物料施加给压辊的反作用力N,N大小随 变化而变化,但总是沿半径指向圆心方向;压辊与物料之间还可能存在摩擦力F,F必定沿切线方向,但指向有待讨论。当机器进入稳态时,压辊处于平衡状态,建立如图所示的柱坐标系,以磨辊轴心为Z轴,磨辊最外截面圆心为Z轴0点,以竖直方向半径为角坐标0点。
 
关键词: 生物质能 利用技术

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