木屑顆粒機(jī)在加工生產(chǎn)
生物質(zhì)顆粒燃料時(shí)，需要各部件之間相互協(xié)調(diào)合作工作才能保證木屑顆粒機(jī)的質(zhì)量和產(chǎn)量。那么木屑顆粒機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各主要部件之間是如何運(yùn)行的呢，我們河南省富通新能源科技有限公司為大家介紹一下。
1、喂料特性
物料進(jìn)入木屑顆粒機(jī)的第一個(gè)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(gè)特點(diǎn)，一是喂料空間廣闊，為專門(mén)擠壓生物質(zhì)原料的大直徑壓輥提供了空間，也為蓬松的生物質(zhì)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(shí)用。
像如鋸末、樹(shù)枝、樹(shù)杈粉碎料和秸稈粉末這一類生物質(zhì)原料,粗纖維含量高，質(zhì)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(qiáng)對(duì)粗纖維物料的攫取能力。據(jù)測(cè)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(shí)壓縮比在6以上，這就對(duì)喂料空間提出了較高的要求。平模顆粒機(jī)具有寬敞的喂料室，以PM60顆粒機(jī)為例，其有效喂料容積約120dm3，單次喂料可達(dá)24kg，完全能滿足機(jī)器需求。
其次，物料喂入的過(guò)程是在重力作用下自然下落的過(guò)程。不需要強(qiáng)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(yōu)于環(huán)模顆粒機(jī)，環(huán)模顆粒機(jī)工作時(shí)，對(duì)應(yīng)不同的物料都需要探索相應(yīng)的導(dǎo)料板參數(shù)，物料性質(zhì)稍有改變，導(dǎo)料板就得改變，這就限制了環(huán)模顆粒機(jī)對(duì)原料的適應(yīng)性。
2、平模特性
在動(dòng)輥式平模制粒機(jī)中，平模被固定在機(jī)座上，物料從靜止的�？字袛D出，被切刀切斷后形成顆粒。而環(huán)模制粒機(jī)中，環(huán)模是旋轉(zhuǎn)的，旋轉(zhuǎn)的環(huán)模常常把顆粒甩在機(jī)殼上，部分顆粒被摔碎，成型率下降。因此平模制粒機(jī)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(jī)的核心工作部件，平模的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否合適直接決定了顆粒質(zhì)量的優(yōu)劣。加工不同的物料，應(yīng)當(dāng)配備不同的模板。模板的開(kāi)孔面積，�？壮叽�，�？着挪挤绞降纫囟际菦Q定制粒性能的重要因素。�？组L(zhǎng)徑比越小，產(chǎn)量越大，但是顆粒密度越小、質(zhì)量也越差。長(zhǎng)徑比過(guò)大，則容易堵機(jī)。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，用同一種原料生產(chǎn)相同規(guī)格的產(chǎn)品，平模厚度要比環(huán)模的小許多。
與環(huán)模相比，平模的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)的對(duì)稱性決定了模板雙面可用，一面磨損量過(guò)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(chǎn)成本。
3、壓輥特性
壓輥方面，平模機(jī)壓輥的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較低、直徑大，與某些型號(hào)的環(huán)模機(jī)相比，其轉(zhuǎn)速甚至不到環(huán)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(duì)物料有較強(qiáng)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(dòng)，從其軸向上看，壓輥的里側(cè)與外側(cè)都會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，這種滑動(dòng)作用是平模機(jī)的工作原理決定的，并不因物料的改變而改變。筆者認(rèn)為，滑動(dòng)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(qiáng)了制粒機(jī)的擠壓性能，使平模制粒機(jī)在加工含粗纖維較多的生物質(zhì)原料方面成為佼佼者。下面將從運(yùn)動(dòng)分析和受力分析方面對(duì)滑動(dòng)作用進(jìn)行討論。
以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的壓輥為例，平模制粒機(jī)工作時(shí)，壓輥上必定存在一條純滾動(dòng)的圓周線H，在純滾動(dòng)線H內(nèi)側(cè)，壓輥發(fā)生超前性滑動(dòng)，稱之為滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)；在純滾動(dòng)線外側(cè)，壓輥發(fā)生滯后性滑動(dòng)，稱之為滑移滾動(dòng)。
在壓輥與物料接觸的任意點(diǎn)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(xiàn)必定沿切線方向，但指向有待討論。
當(dāng)機(jī)器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，壓輥處于平衡狀態(tài)，建立如圖所示的柱坐標(biāo)系，以磨輥軸心為Z軸，磨輥?zhàn)钔饨孛鎴A心為Z軸0點(diǎn)，以豎直方向半徑為角坐標(biāo)0點(diǎn)。因平模壓輥的自轉(zhuǎn)是從動(dòng)的，不存在驅(qū)動(dòng)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(shè)純滾動(dòng)線H的Z坐標(biāo)為 ，則①式可寫(xiě)作顯然，③式右側(cè)表示滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)區(qū)的合力矩，左側(cè)表示滑移滾動(dòng)區(qū)合力矩,兩個(gè)合力矩等大反向。在滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)區(qū)，磨輥因轉(zhuǎn)速較快，相對(duì)于物料產(chǎn)生滑動(dòng)，因此力F沿切線指向上，合力矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針，則由力矩平衡關(guān)系可推得，③式左邊描述的滑移滾動(dòng)區(qū)所受合力矩必定為順時(shí)針?lè)较�，因此該區(qū)內(nèi)的大部受力點(diǎn)所受摩擦力F應(yīng)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(diǎn)B，物料受壓輥對(duì)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。則物料受力的平衡方程為：
從上述的壓輥運(yùn)動(dòng)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(duì)比可以看出，產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)和滑移滾動(dòng)的時(shí)，與純滾動(dòng)相比，相當(dāng)于在豎直方向和水平方向?qū)ψ饔昧M(jìn)行了重新分配。從式④可以看出，在滑移滾動(dòng)區(qū)，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(qiáng)。從式⑨可以看出,在滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)區(qū)，物料在豎直方向上受力增加，豎直方向的擠壓作用增強(qiáng)。兩種滑動(dòng)作用的效果并不是消極的。
（2）由運(yùn)動(dòng)分析知，在滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)區(qū)，壓輥產(chǎn)生超前性滑動(dòng)，因此對(duì)平模徑向上單位長(zhǎng)度的物料而言，在壓輥上的擠壓行程增加，這相當(dāng)于在豎直方向增長(zhǎng)了物料的預(yù)壓縮行程。在滑移滾動(dòng)區(qū)，壓輥產(chǎn)生滯后性滑動(dòng)，對(duì)于平模徑向上單位長(zhǎng)度的物料，在平模上的擠壓行程增加，相當(dāng)于在水平方向上增長(zhǎng)了預(yù)壓縮行程。這就能解釋為什么環(huán)模制粒機(jī)和平模制粒機(jī)加工相同原料、相同規(guī)格的產(chǎn)品時(shí)，平模機(jī)的模板厚度遠(yuǎn)薄于環(huán)模厚度：盡管二者都是模板擠壓制粒，但平模機(jī)的兩種滑動(dòng)作用相當(dāng)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(dòng)作用導(dǎo)致了摩擦力的產(chǎn)生，摩擦力F使壓輥和物料之間產(chǎn)生了兩種剪切作用�；D(zhuǎn)滾動(dòng)區(qū)的超前性滑動(dòng)使磨輥在豎直方向?qū)ξ锪袭a(chǎn)生了較強(qiáng)的剪切作用，這種剪切作用越靠近模板中心越明顯�；茲L動(dòng)區(qū)的滯后性滑動(dòng)使磨輥在水平方向?qū)ξ锪袭a(chǎn)生了較強(qiáng)的剪切作用，這種剪切作用越遠(yuǎn)離模板中心越明顯。
試驗(yàn)時(shí)從出料口往里觀察，我們發(fā)現(xiàn)平模的中間幾圈�？壮隽峡�，越是里圈和外圈的�？祝隽显铰Ｈ绻兜羟械队^察，中間幾圈的物料被擠出較短的長(zhǎng)度就會(huì)斷裂、墜落。而里圈和外圈的�？字袛D出的物料不易自動(dòng)斷裂和墜落，有許多甚至長(zhǎng)至200mm以上才脫離模板。這是因?yàn)�，由于兩種剪切作用的存在，模板內(nèi)側(cè)和外側(cè)的物料受較大剪切力，物料粒子被充分地揉切、撕裂進(jìn)而充填、嵌合，所以越是兩側(cè)，成型顆粒質(zhì)地越密實(shí)，出料越緩慢。平模機(jī)之所以在加工粗纖維含量較多的物料時(shí)具有優(yōu)越的性能，也正是因?yàn)檫@兩種較強(qiáng)的剪切作用對(duì)物料進(jìn)行了充分的預(yù)處理。
（4）滑移滾動(dòng)和滑轉(zhuǎn)滾動(dòng)的存在會(huì)導(dǎo)致壓輥平模等零件的磨損程度增加，但在設(shè)計(jì)時(shí)可將平模設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能夠正反使用用，這將有效降低易損件成本。
4、結(jié)語(yǔ)
隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及國(guó)家環(huán)保工作力度的增加，社會(huì)對(duì)清潔的替代能源的需求越來(lái)越迫切；今年中央1號(hào)文件明確規(guī)定“推進(jìn)以非糧油作物為主要原料的生物質(zhì)能源研究和開(kāi)發(fā)”；發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料符合國(guó)策，順應(yīng)民意。性能優(yōu)異穩(wěn)定的成型機(jī)在生物質(zhì)燃料顆粒成型過(guò)程中扮演著重要的角色。結(jié)合太陽(yáng)能干燥工藝，利用PM60型環(huán)模制粒機(jī)加工鋸末、鋸末秸稈混合料等生物質(zhì)燃料顆粒，成型率在93%以上，噸電耗在55千瓦時(shí)以下，小時(shí)生產(chǎn)能力在800kg～900kg左右。從試驗(yàn)結(jié)果和理論分析來(lái)看，環(huán)模制粒機(jī)是加工生物質(zhì)顆粒燃料的理想機(jī)型。
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