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畢業(yè)設(shè)計
生物質(zhì)燃料成型機(jī)
設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
日 期
前 言
長期以來石油、天然氣、煤炭等化石燃料一直是人類消耗的主要能源。但是，由于煤、石油和天然氣等礦物資源是不可再生的。這些資源是有限的，正面臨著逐漸枯竭的危險， 因此它們不是人類所能長久依賴的理想資源。開發(fā)利用生物質(zhì)能可以明顯緩解環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)。但是，我國生物質(zhì)致密成型技術(shù)和炭化技術(shù)的研究、開發(fā)起步較晚。
燃料擠壓成型機(jī)是指以農(nóng)村的玉米秸稈、小麥秸稈、稻草、稻殼等廢棄的農(nóng)作物為原料, 經(jīng)過粉碎后加熱、加壓。無需添加任何添加劑和粘結(jié)劑。生產(chǎn)成型秸稈燃料，生物質(zhì)固態(tài)燃料成型常用到的技術(shù)有螺旋擠壓、活塞壓縮兩種熱壓成型技術(shù)和輥壓成型這一種冷壓成型技術(shù)。生物質(zhì)擠壓成型機(jī)有多種形式。常用的有螺旋擠壓機(jī)和液壓擠壓成型機(jī)，環(huán)模成型機(jī)。
螺旋式生物質(zhì)燃料成型機(jī)相比較其它的成型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：1）生產(chǎn)效率高，每小時可達(dá)200kg。 2）致密程度高，成型后不易變形和散盤。 3)價格低廉，使用實惠，可更換螺旋擠壓頭，可以有效降低因磨損而帶來的損失所以設(shè)計選型為螺旋式生物質(zhì)燃料成型機(jī)。
目 錄
緒論 1
1．1生物質(zhì)燃料成型機(jī)械研究的意義 1
1．2 本課題研究的現(xiàn)狀分析 1
1.2.1國外研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 2
2主要部件的設(shè)計及計算 2
2．1螺旋體的優(yōu)化設(shè)計 2
2.2螺旋體優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型及計算 2
2.3 套筒數(shù)據(jù)的計算 2
3關(guān)鍵部位的校核 2
3.1 螺旋軸螺距 2
3.2壓縮段螺桿的錐角設(shè) 2
3.3螺旋升角 2
3.4螺桿強(qiáng)度校核 2
4電機(jī)選擇 2
5 帶的選擇和帶輪的確定 2
6加熱部分 2
結(jié)論 2
致 謝 2
緒論
1．1生物質(zhì)燃料成型機(jī)械研究的意義
生物質(zhì)燃料成型機(jī)械研究的意義生物質(zhì)是討論能源時常用的一個術(shù)語，是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體。生物能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。據(jù)估計地球上每年植物光合作用固定的碳達(dá)2×1011t，含能量達(dá)3×1023J，因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當(dāng)于全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源，生物質(zhì)遍布世界各地，其蘊(yùn)藏量極大。世界上生物質(zhì)資源數(shù)量龐大，形式繁多，其中包括薪柴，農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢棄物，生活污水和水生植物等等（中國生物質(zhì)資源主要是農(nóng)業(yè)廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾等四個方面）。
秸稈成型技術(shù)可將各類農(nóng)作物秸稈原料經(jīng)過粉碎和高壓成型等環(huán)節(jié)，是原來分散的沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定形狀的原料，根據(jù)瑞典的以及歐盟的生物質(zhì)顆粒分類標(biāo)準(zhǔn)，若以其中間分類值為例，則可以將生物質(zhì)顆粒大致上描述為以下特性：生物質(zhì)顆粒的直徑一般為6~8毫米，長度為其直徑的4~5倍，破碎率小于1.5%~2.0%，干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%。若使用添加劑，則應(yīng)為農(nóng)林產(chǎn)物，并且應(yīng)標(biāo)明使用的種類和數(shù)量。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對生物質(zhì)顆粒的熱值沒有提出具體的數(shù)值，但要求銷售商應(yīng)予以標(biāo)注。瑞典標(biāo)準(zhǔn)要求生物質(zhì)顆粒的熱值一般應(yīng)在16.9 兆焦上。生物質(zhì)燃料的熱值符合使用要求，在一定程度上滿足了燃料的需求。從能源發(fā)展的長遠(yuǎn)角度來看尋求一條可持續(xù)發(fā)展的能源道路，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有重大意義，用壓縮成型技術(shù),一方面解決環(huán)境保護(hù)問題,另一方面又能生產(chǎn)代用燃料,近年來越來越受到人們的廣泛重視。該技術(shù)以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的易儲存、易運(yùn)輸、能量密度高的生物質(zhì)棒，塊燃料和碳化棒塊狀燃料,可以使成型燃料的燃燒性能得到 明顯改善,熱利用效率顯著提高,因此成為減少二氧化碳排放、支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效措施。
1．2 本課題研究的現(xiàn)狀分析
1.2.1國外研究現(xiàn)狀
國外生物質(zhì)燃料成型機(jī)械的研究早在上世紀(jì) 70年代,美國就開始研究壓縮成型燃料技術(shù),并研制了螺旋式成型機(jī),在溫度80—350℃和壓力100MPa,能把木屑和刨花壓縮成固體成型燃料。它的密度是1-1.2g/mm3,含水率為10%-12%。日本于90年代從國外引進(jìn)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn),并發(fā)展成了日本壓縮成型燃料的工業(yè)體系。70年代后期,西歐許多國家如比利時、法國、德國等也開始重視壓縮成型燃料技術(shù)的研究。法國開始時用秸稈的壓縮粒作為奶牛飼料,近年來也開始研究壓縮塊燃料。德國研制的KAHI系列壓粒機(jī)和壓塊機(jī)。亞洲除日本外,泰國、印度、菲律賓等國從90年代開始也都先后研制成了加粘結(jié)劑的生物質(zhì)壓縮成型機(jī)。
圖1- 1 壓式成型原理圖
1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國從80年代起開始致力于生物 質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。南京林化所在“七五”期間設(shè)立了對生物質(zhì)壓縮成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究課題 湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠于1985年研制了第一臺ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī),江蘇省連云港東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn) 了一臺OBM-88棒狀燃料成型機(jī)1990年前后,陜西武功輕工機(jī)械廠,河南鞏 義包裝設(shè)備廠等單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組.1994年湖南農(nóng)大,中國農(nóng)機(jī)能源動力所分別研究出PB-1型、CYJ-35型機(jī)械沖壓式成型機(jī) 1997年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)又研制出HPB-1型液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī) 2002年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備。目前我國成型機(jī)生產(chǎn)和應(yīng)用已形成了一定的的規(guī)模,熱點(diǎn)主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上,但存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點(diǎn)。我國生物質(zhì)固體成型技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年的歷史，20世紀(jì)90年代主要集中在螺旋擠壓成型機(jī)上，但存在著成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大、成型工藝過于簡單等缺點(diǎn)，因此必須從技術(shù)上進(jìn)一步加大研究力度、攻克難題,以利生物質(zhì)壓縮成型燃料技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。導(dǎo)致綜合生產(chǎn)成本較高，發(fā)展停滯不前。進(jìn)入2000年以來，生物質(zhì)固體成型技術(shù)得到明顯的進(jìn)展，成型設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用已初步形成了一定的規(guī)模。
對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析開發(fā)生物質(zhì)是將“木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草、糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉”進(jìn)一步加工成為（利用生物質(zhì)成型機(jī)）便于運(yùn)輸?shù)钠渌I(yè)的原料：統(tǒng)稱可再加工分類成型的“生物質(zhì)燃料棒”或“秸稈壓塊”。 過將秸稈〖包括糧食經(jīng)濟(jì)作物的莖葉、木材加工廢料、樹木殘枝、灌木、柴草〗粉碎，送入“成型器”中，在外力作用下，壓縮成需要的形狀，便于儲存運(yùn)輸，供“家庭”氣化爐、氣化站、取暖爐、鍋爐發(fā)電作燃料使用，同時還能夠用于生產(chǎn)制造肥料、飼料、纖維密度板、隔墻板、植物地膜、餐飲具、包裝材料、育苗缽、灑精、淀粉、栽培食用菌等。壓縮的密度根據(jù)用途、設(shè)備造價等情況進(jìn)行綜合選擇。
燃料壓塊的標(biāo)準(zhǔn)為（厘米）：φ1X10、φ2X10、φ1X20、φ2X20、φ5X20、φ5X40、φ5X80、5X15X21
通過對秸稈壓塊成型的主要技術(shù)、工藝設(shè)備、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的分析，確定了秸稈壓塊成型燃料在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)是可行的。秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)中的核心技術(shù)HPB-Ⅲ型液壓式生物質(zhì)成型機(jī)在工作原理的創(chuàng)新方面及配套技術(shù)和技術(shù)路線，顯示了秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)在技術(shù)上是可行的；每套秸稈壓塊成型燃料生產(chǎn)線具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，不僅能節(jié)約大量的化石能源，又為2噸以下的燃煤鍋爐提供了燃料，有廣闊的應(yīng)用情景；秸稈燃料塊燃燒后煙氣中CO、CO2、SO2、NOx等成分的排放均低于目前燃煤鍋爐規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了國家的環(huán)保要求，生態(tài)環(huán)保效益明顯。因此秸稈壓塊成型燃料的生產(chǎn)的在國內(nèi)廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)實行產(chǎn)業(yè)化是可行的。螺桿擠壓式成型機(jī)工作原理:生物質(zhì)成型機(jī)是指把能源密度低的作物秸稈、農(nóng)林廢棄物壓縮制成能源密度高、質(zhì)地堅硬的棒狀或顆粒狀燃料，以便于儲存和運(yùn)輸。成型燃料具有熱值高、著火容易、含灰分低、熱效率高、燃燒時清潔衛(wèi)生等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活鍋爐及民用燃料。螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)的工作過程和工作原理口。是首先從喂料口將粉碎的物料喂人壓縮室，當(dāng)物料填滿壓縮室后，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和擠壓，在螺桿的推動下，使物料體積減少，實現(xiàn)成型壓縮，成型燃料壓縮后外徑為61 mm，中孔L直徑為15mm。螺桿擠壓式成型機(jī)效果圖如圖1-1所示。
圖1-2成型機(jī)設(shè)計整體外觀圖
1．進(jìn)料口2．套筒3．出料口4．機(jī)架5．螺桿6．轉(zhuǎn)動輪7．機(jī)身8．機(jī)架
成型生物質(zhì)顆粒受力分析及設(shè)計物料顆粒在輸送過程中，物料的運(yùn)動由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響，并非沿軸線作純直線運(yùn)動，而是在復(fù)合運(yùn)動中沿螺旋軸作空間運(yùn)動。當(dāng)螺旋面的升角α在展開狀態(tài)時，螺旋線可用一條斜直線表示，則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為r(離螺旋軸線的距離)處的物料顆粒A上的力為Pa，由于磨擦的原因，Pa的方 向與螺旋線的法線方向偏離了φ角，此力可分解為切向分力Pb和法向分力Pc，如圖1-3所示。物料顆粒在合力的作用下，有圓周速度移Vb。和軸向速度Vc”。，其合成速度為Va。，圖1-4表示了其速度的分解；轉(zhuǎn)速一定，螺距S在某一范圍內(nèi)物料可以得到較好的軸向輸送速度，螺距過大或者過小，都會影響物料的軸向速度。螺旋輸送面上任一直徑上物料的軸向運(yùn)動速度是相等的。則可以得出，單位長度單位面積輸送面的軸向負(fù)荷僅與單位長度單位面積上物料量成正比。
通過上述分析，在成型燃料生產(chǎn)過程中螺桿頭部和成型套筒的收縮區(qū)是受力集中區(qū)，如圖1.5所示，白色顯示了受力強(qiáng)度情況。因此，往往是螺桿頭部已經(jīng)完全磨損，而螺桿后部(2倍“導(dǎo)程”之后的部分)仍然完好如初，本文通過將整體螺桿分拆為桿頭和螺桿主體兩部分、將成型套筒拆分為成型活套和保型套筒兩部分，來提高兩部分主體壽命。由于螺桿主體的應(yīng)力不集中，使兩者的壽命都顯著增長。從而通過更換螺桿頭和成型活套來達(dá)到降低生產(chǎn)磨損的目的，從而降低生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)成本。
圖1-3 物料顆粒受力分析 圖1-4物料顆粒速度分析
圖1-5 螺旋擠壓軸
2主要部件的設(shè)計及計算
2．1螺旋體的優(yōu)化設(shè)計
螺旋體的主要尺寸有：螺旋直徑D、螺旋軸直徑d、螺距S、長度L、葉片厚度t(圖5)。參照原成型機(jī)螺旋體的結(jié)構(gòu)參數(shù)：L=450 mm，t=6 mm，D=61mm，d=30 mm，S=25 mm，若要保證螺旋體有足夠的強(qiáng)度、剛度，同時還要保證有足夠的輸送量和消耗較小的動力，則螺旋體葉片直徑D、葉片螺距Js、螺旋軸直徑d、長度￡、葉片厚度t存在一個最佳組合問題。在此優(yōu)化設(shè)計中，取L=450 mm，t=6mm，以D、d、S為本機(jī)需要確定的優(yōu)化設(shè)計變量，即.圖2-1螺旋體結(jié)構(gòu)簡圖
2-1螺旋體結(jié)構(gòu)簡圖
由于螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)工作時，有時需要經(jīng)常移動，故以螺旋體的質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)。G=（V1+V2）ρ
式中V1螺旋軸體積，m2
V2-螺旋面體積，m3
ρ螺旋體材料的密度kg/m3
則由此確定目標(biāo)函數(shù)為
（2-1）
1)剛度限制條件
即限制撓度不超過許用值。不超過許用值[門。螺旋體力學(xué)
模型如圖2-2所示。
圖2-2螺旋體力學(xué)模型
最大撓度為
(2-2)
其中 ,
式中 —計算系數(shù)。
E—螺旋體彈性模量，
I—螺旋軸的轉(zhuǎn)性慣矩，
q—均布載荷N/m
整理的
有相關(guān)的設(shè)計手冊，可以查到許用撓度值[?]股約束條件為
(2-3)
(2)功率限制條件
限定螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)的電動機(jī)功率在15kW以下。螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)在帶載啟動條件下的功率計算式為
(2-4)
式中 Q—產(chǎn)量，本機(jī)確定產(chǎn)量Q=0.20t/h
K—電動機(jī)安全系數(shù)，K=1.2
—物料與料槽的摩擦因數(shù)，取
—螺距與直徑之比，=S／D
—物料輸送的工作長度，取=0．6 m
—進(jìn)料口物料堆積壓力的等效計算高
度，取0．=0.3 m
—送料筒橫截面半徑，取
—進(jìn)料口長度，取=0．3 m
將上述參數(shù)代人并整理得
可的約束條件為
(2-5)
(3) 轉(zhuǎn)速約束條件
螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸送量密切相關(guān)。轉(zhuǎn)速與輸送量的關(guān)系為
式中 —物料充填系數(shù)，=0.5
—傾斜影響系數(shù)， =0.6
—物料堆積密度，=0.75
整理的
為了降低物料的破碎率和成型機(jī)震動，取n<360 r／min?？梢缘玫郊s束條件為
(2-6)
(4)抗扭強(qiáng)度限制條件
根據(jù)螺旋軸受力條件，螺旋軸所受的最大剪應(yīng)力
(2-7)
其中
將N、n、的計算式代入上式，整理可得
按照強(qiáng)度條件，，此處，取=。
約束條件為
(2-8)
(5)邊界約束條件
為保證正常運(yùn)送物料，螺旋直徑D和螺距s應(yīng)滿足D—d≥0．1；
0．7D≤S≤D；另外螺旋直徑D和螺旋軸直徑d不應(yīng)過大，限定條件為：D≤0．35；d≤0．13。轉(zhuǎn)換為優(yōu)化問題的約束條件為
（2-9）
（2-10））
（2-11））
（2-12））
（2-13）
2.2螺旋體優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型及計算
由約束條件建立數(shù)學(xué)模型是一個3維9個約束的小型優(yōu)化問題，采用約束隨機(jī)方法計算，用本程序在航域內(nèi)取初始點(diǎn),搜索初始步長： ，隨機(jī)方向m=500，迭代精度Z=0.00001，經(jīng)過計算，計算出最優(yōu)解為：
將最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行圓整處理后得：。計算出其質(zhì)量。轉(zhuǎn)速r=300r/min,功率N=9.06KW，最大撓度，而原始可行方向的目標(biāo)函數(shù)值為5.25kg，說明優(yōu)化后提高了使用價值。
2.3 套筒數(shù)據(jù)的計算
成型套錐角與錐長的大小直接影響每次喂入秸稈前后的體積之比、成型壓強(qiáng)及成型棒的
密度。秸稈種類不同，所需的成型壓強(qiáng)、成型套錐角和錐長也不相同。當(dāng)成型套錐角一定時，增加成型套的錐長，或成型套錐長一定，增加成型套的錐角，成型后所得成型棒的密度都較大，所需的成型壓強(qiáng)也較高，消耗能量也越多。
生產(chǎn)指標(biāo)中成型棒外徑為61 mm，中孔直徑為15mm，考慮到成型誤差，保型筒內(nèi)徑設(shè)計為63．5mm；螺桿頭部的錐度為14°。螺桿頭部和錐形套筒的間隙為，可計算錐形套筒錐度約為4.5°。螺桿擠壓物料的部分呈圓柱型，為防止轉(zhuǎn)動過程中物料被反送，螺紋和套筒的間隙不宜過大，一般取，則物料輸送部分套筒內(nèi)徑為67 mm。成型套筒分成了兩個可以拆卸的部分，即錐形套筒和保形套筒部分，有上述數(shù)據(jù)可知，錐型套筒(活套)內(nèi)部大徑為68mm，小徑為58 mm，錐形套筒長度為100mm。
當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，被擠壓的秸稈原料進(jìn)入保型筒內(nèi)，需保型一段時間以便成型，然后被再次進(jìn)入保型筒前部的秸稈依次推出成為捧狀。保型時問或保型筒長度越長，保證成型所需的最低成型壓強(qiáng)越小，能耗也較小。保型時間與保型筒長度和生產(chǎn)率有關(guān)，當(dāng)保型時間一時，生產(chǎn)率越高，保型筒長度應(yīng)適當(dāng)加長。根據(jù)設(shè)計的保型時間和擠出速度，可計算出該保型套筒的長度為250 mm。
3關(guān)鍵部位的校核
3.1 螺旋軸螺距
螺距不僅決定著螺旋升角還決定著在一定填充系數(shù)下物料運(yùn)行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料運(yùn)送過程。最大螺距應(yīng)該滿足下列兩個條件：要考慮螺旋面與物料的摩擦系數(shù)
以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個條件，來確定最合理的螺距尺寸。
物料顆粒在螺旋面軸向方向上的作用力為，為了使則必須滿足條件。在最小半徑處的螺旋升角是最大的，擠壓方向的作用力最小。根據(jù)這個條件，最大的許用螺距值，由下式確定：
或 (3-1)
若以（D-螺旋的外徑）代入上式，得
另外，在確定最大許用螺距時，必須滿足的第二個條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系基礎(chǔ)上的，即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時又使螺旋面上的各點(diǎn)軸向速度大于圓周速度。螺距的大小將影響速度各分量的分布，當(dāng)螺距增加時，速度各分量的分布情況較好，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r，相反當(dāng)螺距較小時，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。
于是，根據(jù)在螺旋圓周處的的條件，→。
所以，s要滿足，和.兩個條件。
物料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運(yùn)動取向、運(yùn)動速度、物料的尺寸、濕度以及螺旋葉片材料及表面狀態(tài)有關(guān)，成型物料的摩擦系數(shù)可查閱設(shè)計手冊。
通?？砂聪率接嬎懵菥啵簊=k.D
對于標(biāo)準(zhǔn)的螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)，k值一般取0.8~1.當(dāng)成型物料流動性較差時，k<0.8；當(dāng)水平布置，可取k值等于0.8~1.
綜上所訴，取螺距p=s=26mm。
3.2壓縮段螺桿的錐角設(shè)定
根據(jù)以上計算，可知:
公稱直徑;；中徑mm；小徑。再設(shè)定螺桿錐形擠壓部分的水平長度為70mm。
設(shè)壓縮段螺桿的錐角為，則有所以：
本設(shè)計將壓縮段螺桿與螺桿整體拆分為兩個獨(dú)立的部分。
3.3螺旋升角
五是指在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角。螺桿的螺旋升角五對物料流動性影響比較大，螺旋角越小，會提高加料段的成型輸送能力，螺桿的單耗減小，生產(chǎn)率增大。但螺旋角并不是越小越好，因為螺旋角過小，物料在機(jī)筒中停留時間變長，物料的溫度升高，達(dá)到一定程度后就會出現(xiàn)焦料的現(xiàn)象，使物料的流道堵塞。所以，螺旋角在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下越小越好。由圖3-1可知：
圖3-1 螺紋升角的計算
得：
3.4螺桿強(qiáng)度校核
螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用，危險截面上受壓應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)
度理論，螺桿危險截面的強(qiáng)度校核公式為
(3-2)
式中，為螺桿螺紋小徑（mm）; 為螺桿材料的需用應(yīng)力（mpa）；T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩（N.m）
(3-3)
（1） 查表得螺桿最小需用應(yīng)力
（2） 螺桿所受轉(zhuǎn)矩
（3）
說明：1）因為成型機(jī)的螺桿受力最大的部分集中在螺桿頭部，所以只需校核螺桿頭部的螺紋和螺桿強(qiáng)度即可。
2）設(shè)成型機(jī)的擠出速度為，根據(jù)設(shè)計的生產(chǎn)速率，由公式可計算如下：
求出
4電機(jī)選擇
(1) 由上式計算可知，成型部件需要的最佳功率為9.06kw。轉(zhuǎn)速為300r/min。最大擾度，根據(jù)以上工況要求，選擇三相籠型異步電機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為380v，Y型。
（2） 選擇電機(jī)的容量
電機(jī)所需工作功率為
（4-1）
圖5-1整體示意圖
由式（4-1） 或
因此電機(jī)所需的工作功率為：
由電機(jī)傳至螺旋成型機(jī)夠的傳動總效率為
(4-2)
式中：分別為帶傳動，軸承，齒輪傳動，聯(lián)軸器，成型機(jī)構(gòu)的傳動效率。
取，（滾子軸承），（齒輪精度為8級），（聯(lián)軸器），則傳動總效率：
所以 kw
（3）確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速
已知螺桿轉(zhuǎn)速為300r/min，取v帶傳動比i=2~4,以及圓柱齒輪減速器傳動比i=2~6,則總傳動比合理范圍為i=4~24 ，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速可選范圍為
在這一范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速有750,1000,1500 其他的排出,綜合考慮電動機(jī)傳動裝置的尺寸，重量，價格和帶傳動，減速器的傳動比，選用Y160M-4電動機(jī)。
表3-1 電動機(jī)的類型
方案
電動機(jī)型號
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
電動機(jī)
質(zhì)量
參考價格
最大轉(zhuǎn)矩
1
Y160M-4
11
1500
1460
123
2400
2.2
該電動機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表6—2：
表6—2電動機(jī)主要外形尺寸
中心高
H
外形尺寸
L（AC/2+AD）×HD
地腳安裝尺寸
A×B
地腳螺栓孔直徑
K
軸伸尺寸
D×E
裝鍵部位尺寸
F×GD
160
600×365×315
245×210
15
42×110
12×45
5 帶的選擇和帶輪的確定
由選用的電機(jī)型號和輸出轉(zhuǎn)速，確定電機(jī)轉(zhuǎn)速為1460r/min，輸出轉(zhuǎn)速設(shè)為600r/min
（1） 求計算功率
查表課本13-8得，故
（2） 選用v帶型號
根據(jù)需要選用普通v帶
由，查圖13-15確定選用B型V帶
（3） 求大小帶輪基,準(zhǔn)直徑
查表13-9，應(yīng)不小于125，現(xiàn)取，由式(13-9)得
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取
（4） 驗算帶速v
帶速在5~25m/s范圍內(nèi)合適
（5）求v帶基準(zhǔn)長度和中心距a
初選中心距a
取750mm，符合
由式得帶長
對于D型帶選用
計算實際中心距
(6) 驗算小帶輪包角
故選擇合適
(7)求v帶根數(shù)z
令 得
傳動比 =2.6
查表可得單根普通v帶i≠1時額定功率的增量
由得
（）
取四根帶
（8）求作用在帶輪上的壓力
查表13-1得
N （）
作用在軸上的壓力
（）
（9）v帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計
帶輪常用鑄鐵制造，有時也采用鋼。鑄鐵帶輪（HT150，HT200）允許最大圓周轉(zhuǎn)速為25m/s. 小帶輪采用實心輪，大輪采用幅板式，查閱設(shè)計手冊可計算帶輪的尺寸, 可得v帶輪的輪緣寬B，輪轂直徑ds和輪轂長L的尺寸，以及V帶兩側(cè)的夾角。
6加熱部分
加熱部分的改進(jìn)意見主要從以下幾個方面： 1)在試驗進(jìn)行過程中，由于成型機(jī)出料速度較快，加熱不及時而造成成型阻力較大的情況時有發(fā)生，由于成型密度相對較小，并沒有發(fā)生俗稱的“放炮”現(xiàn)象，但是還是有大量的煙氣放出。加熱功率仍然需要提高。為此，我們現(xiàn)在正在進(jìn)行采用成型廢料和篩選出的大木塊等為燃料的專用加熱爐，來實現(xiàn)對成型套筒的加熱的實驗。這樣可以保證加熱功率，并降低加熱耗電成本，而且解決成型阻力的問題。
2)我們是處于實驗階段，由于條件限制，我們的電源接線柱是暴露在外的，有一定危險性，所以建議以后這部分應(yīng)該作好絕緣工作，以免出現(xiàn)危險
3)實驗過程中，由于機(jī)身震動較大，電源接線柱的壓緊螺絲不能完全壓緊，同時由于使用380V的高壓，所以不時會在電源接線柱上冒出火花，所以改進(jìn)時應(yīng)該保證壓緊螺絲完全壓緊，保持接觸。
結(jié)論
本論文主要是從一種生物質(zhì)成型的新的方式來設(shè)計和研究成型機(jī)械的。眾所周知，生物質(zhì)成型有機(jī)械常溫成型、熱壓成型、預(yù)熱成型和成型炭化四種成型工藝。機(jī)械成型的原理也不同，有螺旋式的、液壓式等不同的機(jī)械形式。通過我們的優(yōu)化設(shè)計和相關(guān)試驗，針對螺旋預(yù)熱擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)，我們得出了如下結(jié)論：
1)雖然螺桿式成型機(jī)應(yīng)用的最早，缺點(diǎn)也是顯而易見的，但是其造價低的優(yōu)勢非常明顯，在市場上的占有率是最高的。通過提高其螺桿和成型套筒的使用壽命，來提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步降低其生產(chǎn)成本，將更加適合在原有生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠家的推廣應(yīng)用。
2)通過對成型生物質(zhì)的受力及運(yùn)動分析，得出了在一定的轉(zhuǎn)速下螺距s在某一范圍內(nèi)物料可以得到較好的軸向輸送速度；在此基礎(chǔ)上，對成型機(jī)主要零件的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出了使螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)獲得最佳的工作效率的螺距S的取值范圍，以及在螺桿質(zhì)量最小的目標(biāo)條件下的螺桿的標(biāo)稱直徑、螺桿軸直徑、螺距s的最佳配合值，對后面的機(jī)械設(shè)計部分起到了指導(dǎo)的作用。
3)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果和新的設(shè)計思路，在結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新：將原來整體式的螺桿拆分為可以拆卸的螺桿和螺桿活頭兩部分；將原來一體的套筒拆分為可以拆卸的成型活套和保型套筒兩部分，從而大大延長了螺桿和保型套筒的使用壽命，節(jié)約了生產(chǎn)成本。并重新設(shè)計了螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)的各生產(chǎn)參數(shù)(包括螺桿擠壓式生物質(zhì)成型機(jī)的螺桿長度、螺距、齒高、螺桿長度、活頭長度、成型活套長度和保型套筒長度等一系列工藝參數(shù))。
4)根據(jù)該成型機(jī)的生產(chǎn)能力和生物質(zhì)炭的市場需求，對新型秸稈液壓成型技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，得出使用該機(jī)型經(jīng)濟(jì)可行，可以使投資方迅速收回成本，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計終于完成了，大學(xué)四年也就接近尾聲了，通過這次設(shè)計，我感慨很多。首先要感謝我的母校---塔里木大學(xué)，感謝母校給我們學(xué)習(xí)的平臺，感謝各位老師對我的辛勤教育，教會我們學(xué)習(xí)和做人。有了這次畢業(yè)設(shè)計等于我將以前學(xué)到的各種知識又重新學(xué)習(xí)了一遍，知道了學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)與學(xué)習(xí)心態(tài)的重要性。同時，我更應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師丁羽老師，有了丁老師的耐心指導(dǎo)，我才能順利地完成了畢業(yè)設(shè)計。在此，我要深深地感謝丁羽老師，給予我的耐心的指導(dǎo)和幫助。因為我們平時不注意積累專業(yè)知識，對學(xué)過的知識掌握的也不夠扎實，所以在整個設(shè)計的過程中，遇到甚多各種各樣的困難，每次他都耐心的指導(dǎo)，幫我解決了一個個難題。這讓我非常感動，體現(xiàn)了王老師對工作的高度責(zé)任心和對學(xué)生的深切關(guān)懷。在答辯前檢查時，由于我的設(shè)計問題尤為突出，特別是圖紙上的，王旭峰老師耐心為我指出圖紙中的錯誤，不耐其煩的講解，使我知道自己有好多不足。也讓大家學(xué)習(xí)了制圖中應(yīng)該注意的地方。范修文老師也認(rèn)真地指出我的設(shè)計存在的問題，讓我明白自己的不足和需要改進(jìn)的方向。讓我非常感動，在此也要謝謝兩位老師。
對于這次畢業(yè)設(shè)計，由于時間緊張和我所學(xué)知識有限的緣故，使這次畢業(yè)設(shè)計無法達(dá)到最完美的效果，其中肯定存在許多問題。但是，這次畢業(yè)設(shè)計啟發(fā)了我的創(chuàng)造思維，提高了我的動手能力和實際觀察能力，同時，也讓我不得不把學(xué)過的理論知識又重新復(fù)習(xí)了一遍。這都是平時我肯定沒有機(jī)會去實現(xiàn)的工作，這次設(shè)計讓我感慨頗多，也收獲頗多。通過這次設(shè)計，為我以后的學(xué)習(xí)和工作都敲響了警鐘，也為我以后的學(xué)習(xí)和工作建立了正確的方法和方向。
最后，再一次衷心的感謝母校能夠給予我的這次機(jī)會，使我能將所學(xué)理論知識與實踐相結(jié)合；再一次感謝指導(dǎo)我的所有老師和教授我知識的所有老師，你們傳授的知識使我受用一生，你們的恩情我會銘記一生。
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