秸秆压块机设计开题报告

1.1本课题所涉及的内容
  传动装置总体设计 减速器的设计计算  压块成型系统机构的设计计算
1.2国内(外)研究现状文献综述
1.2.1国内外研究文献综述
    生物质压缩成型技术的发展历史及研究现状
生物质压缩成型技术的研究始于20世纪，到目前为止，世界各国研究的重点还是集中于在生物质压缩成型燃料的制造技术和相应的燃烧设备的开发上
1.2.2国外发展历史及研究现状
    国外的生物质致密固化成型产品现状及发展趋势：
国外生物质致密固化成型产品的发展分为三个阶段，从20世纪30-50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标，最早是英国一家机械研究所以煤泥原料研制成的，后用于加工褐煤和精煤，逐步发展到用造纸厂的废弃物。20世纪30年代，螺旋式成型机在美国开始设计生产；同时，现代化的活塞式成型机也在瑞典、德国得到推广。以锯末为原料的燃料块在市场上有了竞争力，50年代后又相继产生以油压、水压为动力的生物质压缩成套设备以及以机械为动力滚筒式小颗粒成型设备。
20世纪70-90年代为第二阶段，各国普遍重视化石能源对环境的影响，同时由于出现能源危机，生物质压缩固化成型燃料发展很快，西欧及日本等国家已成为一种产业。1984年日本已有172家工厂生产生物质压缩固化成型燃料，年总产量达26万吨。
第三阶段为90年代后，首先以丹麦为首开展了规模化利用研究工作，率先研制成功了利用生物质直接燃烧发电厂，随后瑞典、德国、奥地利等过都先后开展利用生物质固化成型燃料发电和作为大型锅炉的代替燃料的研究，联合国也将此作为重点研究开发项目。
美国在1993-1998年，每年生物质压缩固化成型燃料销售总量约50-60万吨，占住宅取暖需求量的0.025%；目前，已在25个州建立了树皮成型燃料加工厂，每天产量超过300吨。欧洲现有上百家固化成型燃料加工厂，瑞典2000年生物质压缩固化成型燃料的生产能力已达到100万吨，人均年耗量达160公斤。亚洲的
菲律宾，越南等在2003年建立了4座以木材废弃物为原料、年产量达20万吨的大型固化成型燃料加工厂。
国外生物质固化成型技术发展有以下几个特点：
一是生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；二是已由过去烧壁炉的生活用能为主转向了生产阶段；设备制造比较规范，耗能较高、成本较贵，同等生产能力的设备是国内的5-10倍
在发达国家中，生物质能研究开发应用工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。
美国2004年生物质能供应量72Mtoe，约占美国能源供应总量的3%，计划2030年达到30%。
欧盟2003年欧盟25国生物质能消费量69Mtoe, 约占欧盟能源消费总量的4%，计划2010年达到8.6%。
国外生物质能政策的出发点和目标：
(1)保障国家能源安全，提高能源自我供给能力；
(2)促进农业产业调整和农村发展，把发展“能源农业”作为实现农业转型和农村可持续发展的重要途径。
(3)增加新的就业机会，把发展生物质能看作是解决本国就业问题的一个重要手段；
研究表明：在工业化国家，陆上石油（包括开采、冶炼和销售）每百万吨标准有的能源需要工作岗位959个：煤炭业为925个；天然气业为430个。而生物质固体燃料业为3000-5000个；生物乙醇业为18000-28000个；生物柴油业为29000个；生物质发电业为1650个。
(4)改进环境保护，把发展生物质能源看作减少CO2排放的重要措施。
国外主要生物质能政策：
   美国
(1)政府行政命令
1999年，总统克林顿签署13134号‘开发和推进生物及产品和生物能源’的总统令，提出‘目前生物基产品和生物能源技术有潜力将各再生农林资源转换成能满足人类需求的电能、燃料、化学物质、药物及其它物质的主要来源。这些领域的技业和雇佣机会；为农林业废弃物建立新的市场；给未被充分利用的土地带来经济机会；以及减少我国对进口石油的依赖和温室气体的排放，改善空气和水的质量。’并提出了‘到2010年生物基产品和生物能源扩大三倍，2020年增加十倍，每年为农民和乡村经济新增200亿美元的收入和减少一亿吨碳排放量’的宏大目标。
(2)生物质能立法与政策措施
2002年国会通过了‘生物质研究开发法案’，制定了（生物质技术路线图,成立了‘生物质项目办公室’即生物质技术咨询委员会。2002年通过了‘农田安全和农村地区发展法案’。    提出鼓励生物质发展的一些政策措施，包括；要求农业部制定政府生物质能采购政策，协调分摊生物质商业项目的成本；鼓励生物质能相关领域的教育计划；鼓励农民、农场主和农村小型实体使用可再生能源技术和产品，购买可再生能源系统等。
2005年颁布（能源政策法）.它是一部综合性能源法规，规定了一系列的鼓励生物质能发展的政策措施，包括：税收激励；强制性联邦政府购买可再生能源产品配额；强制性的标准和规范；生物能产品生产和消费补贴；生物质技术研发支持；贷款担保等。
(3)政府部门有专门的生物质能发展计划
    如能源部制定的‘美国生物质路线图’；生物质能办公室管理的‘生物能多年计划’；环保署管理的‘甘蔗乙醇计划’。
(4)地方州政府的优惠政策
美国各州和地方政府通过税收减免、低息贷款及其它的财政手段鼓励生物质能产品的生产和使用。
其中有18个州和华盛顿特区对电力供应实行包括生物质在内的可再生能源配额制；14个州建立了可再生能源效益基金。
欧盟
(1)欧盟政策
      通过发布一系列的政策法令。为欧盟及成员国生物质能源和其它可再生能源的开发利用提供指导。以发布的有关文件是：2001年发布的<2010欧洲交通政策白皮书>、<欧盟可再生能源发电令>；2003年发布的<能源生产与电力税收法令>、<欧盟交通生物质燃料法令>、<欧盟内部电力市场法令>通过《欧盟能源各级计划》为生物质能技术的研发、推广、示范提供资金支持。
通过欧盟委员会下设的能源环保研究机构为欧盟委会及成员国的政府、研究机构、公司提供生物质资源、技术等方面的信息服务。
(2) 成员国政策
     欧盟成员国也以法律或联邦政府法令的方式建立起促进生物质能技术研发、投资、生产和消费的政策框架。如;德国、西班牙等15国对生物质发电实行保护性电价；德国、英国、芬兰、丹麦等11国为生物质供热提供投资补贴；瑞典、荷兰、意大利等4国为生物质供热免税。
(3) 州和地方政策
各国地方政府积极采取措施租金生物质嫩黄的发展。如各国的巴伐利亚洲政府把发展生物质能列为该州发展非食品农业、租金农村社会发展的重要举措，制定了州生物质能发展规划和目标。州政府整合地方基础研究、技术开发、市场营销等机构，成立了州生物质能技术开发中心。并为村落型生物质热电联产示范项目提供配套补贴资金。
1.2.3国内发展历史及研究现状
我国从20世纪80年代引进并开始致力于生物质压缩成型技术的研究。南京林华所在七五期间开展了对生物质压缩成型机的研制及对生物质成型理论的研究；湖南省衡阳市粮食机械厂于1985年研制了第一台ZT-63型生物质压缩成型机；江苏省连云港东海粮食机械厂于1986年引进一台OBN-88棒状燃料成型机；1990年前后，陕西省武功县轻工机械厂，河南工艺包装设备厂等单位先后研制和生产了几种不同规模的生物质成型机和碳化机组；1994年湖南农大，中国农机能源动力所分别研制出PB-1型，CYJ-35型机械冲压式成型机；1997年河南农大又研制出HPB-1型液压驱动活塞式成型机；2002年中南林学院也研制了相应设备。
1.2.4国内麦秸压块机存在的问题
目前我国成型机的生产和应用已形成一定规模，热点主要集中在螺旋式挤压成型机，但是仍然存在着诸如成型筒及螺旋轴磨损严重，寿命较短耗电大等问题，因此有待一步深入研究
作为秸秆压块机来说，成型是一个十分重要的问题，但是，作为成型的机理，应是原料在被挤压进入出料道孔中所停留的时间越长，其成型状态也越好。但是，现技术中是采用单层的出料道孔，在此结构形式中出料道孔普遍感到不足。为了追求产量，也只有从追求设备的出料速度来满足提高产量要求。这样，也就影响到成型的质量。形成一个恶性循环。这也是现有技术中又一个无法克服的技术难点。多层出料道孔秸秆压块机在技术上很好地解决了这一难题。
参考文献：
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[13] 邱宣怀主编 机械设计 高等教育出版社，1995
2.本课题有待解决的主要关键问题
根据麦秸压块机结构特点，在设计该机器时，要注意以下几点问题：
1） 总体方案的确定，通过分析对比确定采用何种机构。
2） 采用何种传动方式。
3） 喂料室设计。
4） 模孔压辊设计。
5） 平模与压辊的磨损问题。

3.对课题要求及预期目标的可行性分析 (包括解决关键问题技术和所需条件两方面)

3.1课题任务介绍

图1   传动装置部分简图

1电动机 2V-带轮  3二级圆柱齿轮减速器 4圆柱齿轮 5圆柱齿轮

6圆柱齿轮 7圆柱齿轮 8联轴器 9分配轴

生物质原料主要含有纤维素，半纤维素和木质素等物质，其平模机模辊间的成型机理如下：见图1 供料区内的物料在重力作用下紧贴在平模上，当压辊向前滚动，物料进入变形压紧区，这时因受到挤压，原料粒子不断进入粒子间的空隙内，间隙中的空气被排除，粒子间相互位置不断更新，粒子间所有较大的空隙逐渐都被能进入粒子占据。随着压辊继续滚动，被压实的原料进入挤压成型区，部分楔形区，摸孔区的锥孔部分和前半部分都属于挤压成型区，该区域压力继续增加，粒子本身发生变形和塑料流动，在垂直于最大主应力的方向被延展，并继续充填周围较小间隙，由于压辊和物料间的摩擦作用加剧而产生大量热量，导致原料中含有的木质素软化，粘合力增加，软化的木质素和生物质中固有的纤维素联合作用，使生物质逐渐成形，这时部分残余应力存储于成型块内部，粒子结合牢固但不甚稳定。成型块在挤压作用下进入摸孔的保型段，在该段不利于形状保持的残余应力被消除，颗粒或压块被定型。

3.1.1麦秸压块机产量分析

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。这个现在很热门，利润也非常的不错~这事成本核算方面的一些资料
成本核算：每小时产量1.5吨，日产：12吨
按日产10吨计算：
1、秸秆原料收购价（高估）平均按100元/吨
2、粉碎过程的耗能（玉米秸秆）粉碎机5.5kw×0.8元/吨=4.4元/吨 压块过程的耗能18.5KW×0.8元/度=14.8元/吨 合计耗能4.4+14.8元=19.2元/吨
3、粉碎过程：需人工2人，压块过程需人工2人，管理人员1人，共用5人。平均每人日工资40元×5人=200元
合计用工费200元÷10吨=20元/吨
总成本费：原料100元/吨+总耗能14.8元/吨+工资费用20元/吨=134.8元/吨（成本）
市场销售价：每吨350元—生产成本134.8元=每吨利润215.2元
日产10吨 按每年生产10个月计算：年产3000吨×215.2元/吨=645600元
3.2 关键问题的技术解决
1） 传动装置麦秸压块机的传动方式采用皮带传动。
2） 较大的直径可以增加压辊的攫取角。
3） 喂料室设计要空间广阔。
4） 采用平模静止的工作方式。
5）  为了使平模与磨辊磨损速度减小，在满足加工要求的前提下使粒经尽量大些，
    并把平模设计成对称结构。
3.3设计的优点
1） 传动装置 麦秸压块机的传动方式采用皮带传动，皮带传动具有过载保护和缓冲吸振的能力保护压块机。
2）大直径的增加压辊的攫取角，可以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
3） 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，要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，也为蓬松的生物质提供喂料空间。

机构选择说明：如图四机构的动力传输有三个齿轮联合组成，齿轮传动有着高稳定性，可以承载和高速载荷等优点，而且结构简单，加工方便易于维护。

图3工作原理：电动机通过减速箱驱动主轴，主轴带动磨辊，磨辊绕主轴公转的同时也绕磨辊轴自转。加工颗粒或压块时，生物质原料被送入平模机的喂料室，在分料器和刮板的共同作用下均匀地铺在平模上，主轴带动压棍连续不断地滚过料层，将物料挤压进入模孔，物料在模孔中经历成型，保型等过程，一定时间后以圆柱状态被挤出，旋转的切刀将物料切断，形成颗粒或压块，有扫料板将颗粒或压块送出。

图4运动说明：主轴曲柄转动，带动摇杆进行摆动，和摇杆同轴的齿轮使底部齿条水平移动的同时再将运动专递给下一级齿轮，而下一级齿轮的运动带动最右边的齿轮开始转动，最右边的齿轮带动第二齿轮条进行竖直运动。

方案说明：

平模机是专为农村饲养专业户及小型饲养场设计的中小型颗粒加工设备。且能够加工草业，麦秸颗粒以及无机肥颗粒。主要特点：1. 结构简单，适用性广，占地面积小，噪音小。2. 粉状饲料，草状不需液体添加即可进行制粒。故颗粒饲料的含水率基本为制粒前物料的含水率，更利于储存。3.本机制成的颗粒硬度高，表面光洁，内部熟化程度比较充分，可以提高营养的消化吸收。又能杀灭一般致病微生物及寄生物，适于饲养兔，鱼，鸭和实验动物，比混合粉末饲料可获得更高的经济效益。4. 该机型备有15到20多种孔径模具，适应不同物料制粒，达到最佳效果。5. 适应不同饲料，保证压制效果。木屑，玉米秸等压缩成型需要很大的压力，在同类治理设备中，辊轮部件是整个设备中心部件，且采用优质合金刚，提高辊轮的使用寿命。

环模麦秸压块机机工作原理 ：物料通过进料口进入到转动着的料盆内，由于离心力作用，使得物料不断的甩向内模的内壁面上，形成均匀的环形料层，这一环形料层被带入到压模和滚轮的接触面上，经过压模和滚轮强烈挤压，呈圆柱状从摸孔中挤出，并被固定在罩壳上的切刀切断成长度均匀的颗粒饲料。

图5 压缩室结构                 图6 环模机构示意图

图 5 麦秸原料的压缩是靠环模与压轮间的相对运动实现的。环模通过螺栓固定在机体上，两个压轮由前挡板和后挡板固定连接，后挡板与主轴连接由电动机带动旋转，由于物料的摩擦压轮在公转的同时自转。

图 6 组合环模由多个单独的小模块拼接而成，摸孔为矩形方孔，模块用螺栓与机体紧固在一起，便于维修更换，此种结构在加工工艺，材料消耗以及安装上更具有优势，加工精度易于保证，孔内表面质量高，一个优质环模使用寿命达800至1000h，这是指环模正常使用压制物料产生疲劳的破坏的寿命。

方案说明：

环模机，经过了对国外现有饲料颗粒机的考虑到适用对象对颗粒饲料的不同要求，特别是考虑到了压制颗粒的硬度更高，密度更大特点，设计制造了这种换模式颗粒制粒机。该机型具有结构简单，因而可以广泛适用中小型水产养殖，粮食饲料加工厂，畜牧场，家禽养殖场及个体养殖户使用。该机械特点：1.饲料经该机型加工，温度适中，能很好的保持原料内各种微量元素，适口性好，动物采食量大，有利于消化吸收各种营养。2.颗粒成分均匀，外形整齐，表面光滑，直径可在1.5至1.6之间变换，长度可在5至20之间调节，而且颗粒密度大，便于存储和运输，适宜于各种养殖对象在不同生长期的需要。3.加工鱼饲料能在水中保持较长的时间，提高饲料的利用率。有利于防止水污染。4.该机型对物料的适应性广，可加工各种不同要求的全价配饲料。5.该机型即可加工含水量低的粉末状饲料，也可加工含水量较高的鲜活饲料
环模麦秸压块机与平模麦秸压块机比较
一、 喂料方式：环模压块机采用曲线上料槽滚动压缩进料，高速旋转点对点进入压缩仓，即原料送到压轮也刚好转到，因物料本身重量的原因，喂料上下不太均匀；平模制粒机是靠物料自身重量垂直进入压制室，能够均匀喂料。
二、 压力：任何压块机器对生物质的压缩，只能在1-2.5毫米的间隙下才能够压缩成块，间隙大了，往往无法压缩成块，而环模压块机的调整间隙在0-8毫米之间，不受模具直径的限制，所以也就不存在间隙无法调整一说；平模压轮直径的大小不受模具直径的限制，可以加大内装轴承空间，选用大号轴承增强压轮的承受能力，不仅提高了压轮的压制力，而且还延长了使用寿命。
三、出料方式：环模属于高转速，物料排出时破损率高；而平模属于低转速，破损率低。 （密度达到了，块状成品出来，破损度跟出料速度没有关系，最多跟接收平面的高度有关）
四、压轮调节方式：环模压块机要是用压轮中间的偏心轮上的两个螺丝来调节压轮模块间隙以控制压力，方便快捷；平模制粒机是采用螺纹丝柱m100中心调节机构，顶力百吨，下落平稳、触击柔和、压力均匀。可采用旋转手动和液压自动调节两种方式。
五、压缩成型多样化，圆棒、方块、颗粒更换模具都可以做适应不同物料压缩成型，达到最佳效益。
比较两者有些方面平模优于环模 我决定选择设计平模麦秸压块机