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木屑顆粒機運行過程中各主要部件之間是如何運行的

發布時間:2014-08-08 10:33:20      瀏覽次數:

 
    木屑顆粒機在加工生產生物質顆粒時,需要各部件之間相互協調合作工作才能保證木屑顆粒機的質量和產量。那么木屑顆粒機運行過程中各主要部件之間是如何運行的呢,宇冠機械小編為您作以下講解:
 
1 喂料特性
    物料進入顆粒機的第一個工位是喂料室,喂料室起到緩存物料和喂料的作用,完成物料向磨輥楔形攫取角的喂入。喂料室有兩個特點,一是喂料空間廣闊,為專門擠壓生物質原料的大直徑壓輥提供了空間,也為蓬松的生物質原料提供了喂料空間;二是靠重力作用直接喂料的原理高效實用。
    像如鋸末、樹枝、樹杈粉碎料和秸稈粉末這一類生物質原料,粗纖維含量高,質輕而蓬松,不易喂入。寬敞的喂料室,首先能為物料提供廣闊的喂料空間。其次能允許配備大直徑壓輥,從而增大攫取角,增強對粗纖維物料的攫取能力。據測算,鋸末原料容重約為200kg/m3,孔隙率為75%左右,物料本身輕而蓬松,制成顆粒時壓縮比在6以上,這就對喂料空間提出了較高的要求。平模機具有寬敞的喂料室,以PM60顆粒機為例,其有效喂料容積約120dm3,單次喂料可達24kg,完全能滿足機器需求。
    其次,物料喂入的過程是在重力作用下自然下落的過程。不需要強制喂入,原料便可直接落到適合擠壓的工位上。這種喂料方式明顯優于環模顆粒機,環模機工作時,對應不同的物料都需要探索相應的導料板參數,物料性質稍有改變,導料板就得改變,這就限制了環模機對原料的適應性。
 
2平模特性
    在動輥式平模制粒機中,平模被固定在機座上,物料從靜止的模孔中擠出,被切刀切斷后形成顆粒。而環模制粒機中,環模是旋轉的,旋轉的環模常常把顆粒甩在機殼上,部分顆粒被摔碎,成型率下降。因此平模制粒機中平模靜止的工作方式有利于顆粒成型率的提高。
 
    作為制粒機的核心工作部件,平模的結構參數是否合適直接決定了顆粒質量的優劣。加工不同的物料,應當配備不同的模板。模板的開孔面積,模孔尺寸,模孔排布方式等要素都是決定制粒性能的重要因素。模孔長徑比越小,產量越大,但是顆粒密度越小、質量也越差。長徑比過大,則容易堵機。從實踐經驗看,用同一種原料生產相同規格的產品,平模厚度要比環模的小許多。
 
    與環模相比,平模的優勢在于結構簡潔,體積緊湊,能正反使用,成本低廉。模板是易磨損件,需要定期更換,平模結構的對稱性決定了模板雙面可用,一面磨損量過大后,可以將模板反裝,這大大提高了平模的使用壽命。易損件壽命的提高有助于降低生產成本。
 
3壓輥特性
    壓輥方面,平模機壓輥的特點是轉速較低、直徑大,與某些型號的環模機相比,其轉速甚至不到環模壓輥的一半,而較大的直徑可以增大壓輥的攫取角。這使工作中的壓輥對物料有較強的攫取力,并且降低了打滑的可能性。
    但是工作中的壓輥并非整體在做純滾動,從其軸向上看,壓輥的里側與外側都會發生滑動,這種滑動作用是平模機的工作原理決定的,并不因物料的改變而改變。筆者認為,滑動作用的存在,固然在一定程度上加快了壓輥的磨損,但是客觀上卻增強了制粒機的擠壓性能,使平模制粒機在加工含粗纖維較多的生物質原料方面成為佼佼者。下面將從運動分析和受力分析方面對滑動作用進行討論。
 
    以順時針旋轉的壓輥為例,平模制粒機工作時,壓輥上必定存在一條純滾動的圓周線H,在純滾動線H內側,壓輥發生超前性滑動,稱之為滑轉滾動;在純滾動線外側,壓輥發生滯后性滑動,稱之為滑移滾動。
木屑顆粒機
    在壓輥與物料接觸的任意點A,其受力如圖4所示,因擠壓物料而收到物料施加給壓輥的反作用力N,N大小隨 變化而變化,但總是沿半徑指向圓心方向;壓輥與物料之間還可能存在摩擦力F,F必定沿切線方向,但指向有待討論。
    當機器進入穩態時,壓輥處于平衡狀態,建立如圖所示的柱坐標系,以磨輥軸心為Z軸,磨輥最外截面圓心為Z軸0點,以豎直方向半徑為角坐標0點。因平模壓輥的自轉是從動的,不存在驅動力矩,故其自身力矩之和為零,可以得到其力矩平衡方程:
    其中:假設純滾動線H的Z坐標為 ,則①式可寫作顯然,③式右側表示滑轉滾動區的合力矩,左側表示滑移滾動區合力矩,兩個合力矩等大反向。在滑轉滾動區,磨輥因轉速較快,相對于物料產生滑動,因此力F沿切線指向上,合力矩方向為逆時針,則由力矩平衡關系可推得,③式左邊描述的滑移滾動區所受合力矩必定為順時針方向,因此該區內的大部受力點所受摩擦力F應沿切線指向下方
    明確了壓輥的受力情況,就可以分析物料受力,物料受力情況如圖5所示,在磨輥擠壓物料的任意一點B,物料受壓輥對其施加的力 與 ,分別為 和 的反作用力。在與平模接觸的平面,物料受到水平方向上的摩擦力S和鉛直方向上的支撐力T。則物料受力的平衡方程為:
    從上述的壓輥運動情況和物料受力情況我們可以作出以下分析:
    (1)從上面三組平衡式的對比可以看出,產生滑轉滾動和滑移滾動的時,與純滾動相比,相當于在豎直方向和水平方向對作用力進行了重新分配。從式④可以看出,在滑移滾動區,物料在水平方向上受力增加,因此水平方向的擠壓作用增強。從式⑨可以看出,在滑轉滾動區,物料在豎直方向上受力增加,豎直方向的擠壓作用增強。兩種滑動作用的效果并不是消極的。
    (2)由運動分析知,在滑轉滾動區,壓輥產生超前性滑動,因此對平模徑向上單位長度的物料而言,在壓輥上的擠壓行程增加,這相當于在豎直方向增長了物料的預壓縮行程。在滑移滾動區,壓輥產生滯后性滑動,對于平模徑向上單位長度的物料,在平模上的擠壓行程增加,相當于在水平方向上增長了預壓縮行程。這就能解釋為什么環模制粒機和平模制粒機加工相同原料、相同規格的產品時,平模機的模板厚度遠薄于環模厚度:盡管二者都是模板擠壓制粒,但平模機的兩種滑動作用相當于增加了物料的壓縮行程。
    (3)從式④、⑤和式⑧、⑨可以看出,兩種滑動作用導致了摩擦力的產生,摩擦力F使壓輥和物料之間產生了兩種剪切作用。滑轉滾動區的超前性滑動使磨輥在豎直方向對物料產生了較強的剪切作用,這種剪切作用越靠近模板中心越明顯。滑移滾動區的滯后性滑動使磨輥在水平方向對物料產生了較強的剪切作用,這種剪切作用越遠離模板中心越明顯。
    試驗時從出料口往里觀察,我們發現平模的中間幾圈模孔出料快,越是里圈和外圈的模孔,出料越慢。如果卸掉切刀觀察,中間幾圈的物料被擠出較短的長度就會斷裂、墜落。而里圈和外圈的模孔中擠出的物料不易自動斷裂和墜落,有許多甚至長至200mm以上才脫離模板。這是因為,由于兩種剪切作用的存在,模板內側和外側的物料受較大剪切力,物料粒子被充分地揉切、撕裂進而充填、嵌合,所以越是兩側,成型顆粒質地越密實,出料越緩慢。平模機之所以在加工粗纖維含量較多的物料時具有優越的性能,也正是因為這兩種較強的剪切作用對物料進行了充分的預處理。
    (4)滑移滾動和滑轉滾動的存在會導致壓輥平模等零件的磨損程度增加,但在設計時可將平模設計成對稱結構,能夠正反使用用,這將有效降低易損件成本。
 
    4 結語
    隨著人們環保意識的增強以及國家環保工作力度的增加,社會對清潔的替代能源的需求越來越迫切;今年中央1號文件明確規定“推進以非糧油作物為主要原料的生物質能源研究和開發”;發展生物質顆粒燃料符合國策,順應民意。性能優異穩定的成型機在生物質燃料顆粒成型過程中扮演著重要的角色。結合太陽能干燥工藝,利用PM60型環模制粒機加工鋸末、鋸末秸稈混合料等生物質燃料顆粒,成型率在93%以上,噸電耗在55千瓦時以下,小時生產能力在800kg-900kg左右。從試驗結果和理論分析來看,平模制粒機是加工生物質顆粒燃料的理想機型。不過環模顆粒機在壓制飼料尤其是精飼料方面的確是一把好手,其產量大,耗電少,這是平模顆粒機無法比擬的。而平模顆粒機由于其轉速低于環模顆粒機等原因,其產量小于環模顆粒機,而由于其壓力過大,壓制的精飼料的密度很大,所以在這方面環模顆粒機還是遙遙領先的。