雙出頭秸稈液壓成型機的設計

河南科技學院2009屆本科畢業(yè)論文（設計）論文題目：雙出頭秸稈液壓成型機的設計學生姓名：張松飛 所在院系：機電學院所學專業(yè)：機電技術(shù)教育 導師姓名：馬孝琴完成時間：2009年5月26日摘 要我國農(nóng)作物秸稈資源非常豐富，但大部分沒有得到合理有效的利用。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)在使秸稈資源得到充分利用的同時，也增加了農(nóng)民的收入，為促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。本論文是通過對HPB-III生物質(zhì)成型機出現(xiàn)的各種問題進行理論分析，并在此基礎上做出改進設計，設計出一種新型成型機(雙出頭秸稈液壓成型機)。這種成型機以液壓驅(qū)動、雙向成型為基礎，從產(chǎn)業(yè)化的角度對HPB-III型生物質(zhì)成型機進行了液壓系統(tǒng)和成型部件的改進設計，采用雙缸雙活塞雙閥，使該成型機運行壓力在8 MPa左右，低壓運行，穩(wěn)定性提高，綜合性能提高，生產(chǎn)率達到500kg/h，單位能耗70kWh/t左右，進一步推動了生物質(zhì)固化成型技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)(秸稈)，液壓成型機，液壓成型，改進設計 The Design of Bi-Direction Biomass Briquetting Machineby Hydraulic DrivenABSTRACTCrop residues are very abundant in our country. but most of them havent got sufficient use. Biomass energy converting technology make the full use of straw resource become possible, on the same time, it also increase the income of farmer, and pay attribute to the improvement of the agricultural sustainable development.This paper used theory analysis to analyze all kind problems of HPB-III, used improved design, designed a new briquetting machine (THE BI-DIRECTION BIOMASS (STRAW) BRIQUETTING MACHINE BY HYDRAULIC DRIVEN). Based on the fluid power drive and bi-direction briquetting, the hydraulic system and the HPB-III briquetting machine components were improved on design. Two-cylinder, double-valve, and double-piston technology has been used. After operation test, it showed that the operation pressure has dropped, the stability has enhanced and the overall performance has improved. The productivity achieves 500kg/h, unit energy consumption reaches to 70kWh/t, and the operation pressure was about 8 MPa, basically solved the technical promotion problems of the briquetting machine.Key words: Biomass (Straw), Briquetting machine by hydraulic piston, Hydraulic press, Improved design目 錄1 緒論11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外生物質(zhì)成型機研究現(xiàn)狀11.3 秸稈壓縮成型研究現(xiàn)狀21.3.1 秸稈的物理特性21.3.2 秸稈的切碎特性21.3.3 秸稈的壓縮特性21.3.4 壓縮成型工藝31.4 目前主要的成型機類型31.4.1 活塞式成型機31.4.2 螺旋式成型機31.4.3 模壓顆粒成型機31.4.4 各類生物質(zhì)成型機存在的缺陷41.4.5 HPB III型生物質(zhì)成型機41.5 本課題的提出目的及意義51.6 研究思路52 HPB-III型生物質(zhì)成型機運行狀況分析62.1 設計上的問題分析62. 2 加工上的問題分析63 雙出頭秸稈液壓成型機的設計73.1 設計指導思想73.2 液壓系統(tǒng)的設計83.2.1 主油缸的設計83.2.2 液壓系統(tǒng)的設計83.3 成型機結(jié)構(gòu)的設計103.4 設計指標及設計參數(shù)113.4.1 設計指標113.4.2 主要設計參數(shù)113.5 成型機工作流程124 雙出頭秸稈液壓成型機設計計算過程134.1 擬定液壓系統(tǒng)圖134.2 主要計算過程135 結(jié)束語18致謝20參考文獻211 緒論1.1 研究背景 22當今人類使用的主要能源是石油、天然氣、煤炭,它們都是不可再生的能源。能源是國民經(jīng)濟和社會活動賴以生存和發(fā)展的物資基礎。能源工業(yè)一方面滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活對能源的需求,另一方面又是國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)。1995年,我國能源工業(yè)(煤炭、石油、天然氣開采和發(fā)電)的增加值為2 361 億元,占全國工業(yè)增加值的28.4% ,占國內(nèi)生產(chǎn)總值的13.7%。能源工業(yè)就業(yè)人數(shù)868 萬人,占工業(yè)就業(yè)職工人數(shù)的13.1%1。改革開放30余年來我國能源工業(yè)已得到巨大的發(fā)展,為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了重大貢獻。同時,能源也是制約我國國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),能源的可持續(xù)利用至關(guān)重要。我國作為一個迅速崛起的發(fā)展中大國，面臨著經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力。2003年我國能源消費總量16.78億，位居世界第二，約占世界能源消費總量的11%，其中煤炭占67.1%，原油占22.7%，天然氣占2.8%，可再生能源及其它能源占7.4%。并且能源消耗還以每年6%7%的速度增長23。我國是一個能源消耗大國，一次能源消費仍以煤炭為主，煤在直接燃燒過程中產(chǎn)生的CO2、 SO2、 NOx、粉塵及其它有害物質(zhì)，對大氣環(huán)境造成了嚴重的污染，而中國防止大氣污染法和中國簽定的“京都議定書”都對中國城鎮(zhèn)直接燃煤問題提出了量的限制和技術(shù)改造要求。所以研究開發(fā)可替代煤的清潔燃料勢在必行。利用秸稈成型技術(shù)，將松散細碎的無定型的秸稈擠壓成質(zhì)地致密、形狀規(guī)則的成型燃料。原料擠壓成型后，密度可達0.81.3kg/m3，能量密度與中值煤相當，成型后的秸稈成型燃料燃燒特性較成型前有明顯改善，火力持久、黑煙小、爐膛溫度高，且儲存、運輸、使用方便、干凈衛(wèi)生，可代替礦物能源用于生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。1.2 國內(nèi)外生物質(zhì)成型機研究現(xiàn)狀中國從20世紀80年代引進螺旋推進式秸稈成型機，生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年歷史。20世紀90年代期間河南農(nóng)業(yè)大學，中國農(nóng)機能源動力研究所分別研究出PB-I型機械沖壓式成型機、HPB系列液壓驅(qū)動活塞式成型機、CYJ-35型機械沖壓式成型機89。盡管引進和研究的有很多種生物質(zhì)成型機械，但我國的壓縮成型機基本上就兩種：螺旋擠壓成型機和液壓沖壓成型機9-13。目前這些設備大都停止了運行，主要原因是：以木屑為原料，市場和資源的針對性差，成本高。螺旋擠壓設備磨損嚴重，維修周期短(6080h)，耗能高。由此看來螺旋式成型機的關(guān)鍵技術(shù)是螺桿的使用壽命。而液壓式生物質(zhì)成型機是液壓驅(qū)動活塞沖壓成型，其運行性能穩(wěn)定，延長了易損件的使用壽命。國外發(fā)達國家對秸稈等生物質(zhì)致密成型技術(shù)都普遍重視，并投入了大量的資金和技術(shù)力量研究和開發(fā)致密成型技術(shù)。20世紀30年代，美國就開始研究壓縮成型燃料技術(shù)，并研制了螺旋壓縮機814;日本、西德等國也開始研究成型技術(shù)處理木材廢棄物、農(nóng)業(yè)纖維物等。進入20世紀70年代以來，隨著全球性石油危機的沖擊和環(huán)保意識的提高，世界各國越來越認識到開發(fā)和高效轉(zhuǎn)換生物質(zhì)能的重要性，相應地投入一定的資金和技術(shù)力量研究開發(fā)生物質(zhì)成型燃料技術(shù)及設備。日本1983年前后從美國引進顆粒成型燃料生產(chǎn)技術(shù)，1987已有10多個顆粒成型燃料工廠投入運行，年生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒成型燃料超過10萬噸，現(xiàn)已經(jīng)形成工廠化規(guī)模15。 1.3 秸稈壓縮成型研究現(xiàn)狀為解決秸稈合理利用問題，歐美工業(yè)化國家如丹麥、瑞典、荷蘭、美國等，還有亞洲的印度、日本等國都在秸稈成型方面做了大量的研究，我國在這方面的研究起步較晚。根據(jù)目前國內(nèi)外壓縮成型的研究文獻來看，各國研究的側(cè)重點雖有所不同，但主要研究以下幾方面內(nèi)容：1.3.1 秸稈的物理特性秸稈本身的物理特性是影響秸稈切碎和壓縮成型的主要因素之一。秸稈的物理特性受物種、品種、產(chǎn)區(qū)、成熟度等多種因素的影響。國內(nèi)外對麥秸、飼草等軟莖稈的拉伸強度、剪切強度、彈性模量、剛度模量等物理特性研究較多。1.3.2 秸稈的切碎特性切碎能耗、切碎長度和切斷效率對秸稈的切碎特性均有影響，如切割速度、割刀參數(shù)、受切根數(shù)等因素對切割過程的影響。秸稈切割過程中有一臨界速度，在1530 m/s范圍內(nèi)，低于臨界速度，能耗和無效切割快速增加；大于臨界速度，能耗基本不變，實際切割長度接近于理論長度。1.3.3 秸稈的壓縮特性由于植物纖維物料的材料特性不同，國內(nèi)外在對其壓縮特性的研究中也提出了各種研究方法。國外許多學者都把秸稈當作理想的線性粘彈體，運用流變學的理論，采用各種不同的流變模型來描述物料的壓縮流變過程。相對于金屬、塑料等材料而言，植物纖維物料壓縮過程中的應力與應變的變化畢竟是非常復雜的，因此還有待于進一步探討，從而更接近實際情況。1.3.4 壓縮成型工藝秸稈壓縮成型工藝可以分為加粘結(jié)劑和不加粘結(jié)劑的成型工藝,根據(jù)對物料加溫形式不同，不加粘結(jié)劑的成型工藝又可劃分為常溫成型(不加溫)、熱壓成型(成型過程中原料在擠壓部位被加熱)、預熱成型(擠壓之前加溫)和成型碳化(擠壓后熱解碳化)4種主要形式。1.4 目前主要的成型機類型目前世界各地的成型機主要有兩種：壓塊(Briquette)和顆粒(Pellet)成型機。根據(jù)成型原理的不同可分為：活塞成型機(Piston press)，螺旋式成型機(Extruder press)和模壓顆粒成型機(Matrix pellet press)。1.4.1 活塞式成型機按驅(qū)動動力的不同可分為兩類：一類是用發(fā)動機或電動機通過機械傳動驅(qū)動的稱為機械驅(qū)動活塞式成型機(Piston presses with mechanical drive)；另一類是用液壓機構(gòu)驅(qū)動的稱為液壓驅(qū)動活塞成型機(Piston presses with hydraulic drive)。這兩類成型機的成型過程是靠活塞的往復運動實現(xiàn)的。其進料、壓縮和出料都是間歇進行的，即活塞往復運動一次可以形成一個壓塊，在成型套內(nèi)壓塊之間被緊密擠在一起，但其端面之間的連接不牢固。因此，當壓塊從成型機的出口被擠出時，一般在重力的作用下自行分離。根據(jù)壓縮室末端有無擋板又分為開式和閉式兩種。閉式柱塞壓塊依靠壓縮室末端的擋板形成擠壓阻力，壓塊形成后再開啟擋板排出，這種機構(gòu)不需要很大的擠壓力，消耗能量較少；開式成型機依靠被壓縮物與壓縮室壁之間的摩擦力和錐形壓模形成擠壓阻力實現(xiàn)原料的壓縮成型，這種形式的成型機出料方便，不需要特殊的擠出成型塊機構(gòu)和動作。1.4.2 螺旋式成型機根據(jù)成型過程中粘結(jié)機理的不同可分為加熱(with die heating)和不加熱(without die heating)兩種形式。一種是先在物料中加入粘結(jié)劑，然后在錐型螺旋輸送器的壓送下，壓在原料上的壓力逐漸增大，到達壓縮喉口時物料所受的壓力最大。物料在高壓下體積密度增大，并在粘結(jié)劑的作用下成型，然后從成型機的出口處被連續(xù)擠出。另一種是在成型套筒上設置加熱裝置，利用物料中的木質(zhì)素受熱塑化的粘結(jié)性，使物料成型。此類成型機最早被研制開發(fā)，也是目前各地推廣應用較為普遍的一種機型。1.4.3 模壓顆粒成型機根據(jù)壓模型形狀的不同可分為：平板模顆粒成型機(Disk matrix pellet press)和環(huán)板模顆粒成型機(Ring matrix pellet press)，其中環(huán)模成型機根據(jù)其結(jié)構(gòu)布置方式又可分為立式和臥式兩種形式。由于立式環(huán)模成型機具有壓模易更換、保養(yǎng)方便、易進行系列化設計等優(yōu)點而成為現(xiàn)有顆粒成型機的主流機型，其生產(chǎn)率可達13t/h。臥式環(huán)模成型機的壓模和壓輥的軸線都為垂直設置，生產(chǎn)率可達500800kg/h。平板模顆粒機的工作原理是平板上46個輥子，輥子隨軸作圓周運動，并與平模板間有相對運動，原料在輥子和模板間受擠壓，多數(shù)原料被擠入模板孔中，切割機將擠出的成型條按一定的長度切割成粒。1.4.4 各類生物質(zhì)成型機存在的缺陷（1） 螺桿式成型機雖然這種成型機造價低，成型時的力度要求小，但是它對粉碎程度要求比較高。另外它的生產(chǎn)率比較低，約為130kg/h。它最大的不足在于其螺桿容易磨損，即使是耐熱材料使用時間60小時。而更換新的造價又非常高為1000元/個。（2） 沖壓式成型機優(yōu)點是連續(xù)工作時間長，但是其造價高為10萬/臺，還有就是生產(chǎn)率比螺桿式高。但還是低，僅為300kg/h。如果壓力過大，危險性大且易出現(xiàn)“放炮”現(xiàn)象。另外這種成型機對物料含水率要求比較高,要求在16%以下。1.4.5 HPB III型生物質(zhì)成型機HPB-III型液壓活塞式雙向成型機，其主要工作部件有活塞沖桿、保型筒、錐形筒、夾緊套、活塞套筒、加熱圈、液壓裝置、電控柜等。它的工作原理是油泵在電機帶動下，將油通過換向閥泵入油缸的一腔，把電能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能，驅(qū)動活塞、活塞桿、沖桿向一端運動，沖桿將進料斗加入的生物質(zhì)壓入成型套內(nèi)的錐形套中，秸稈在機械壓力和溫度的作用下發(fā)生塑性變形，秸稈被擠壓成成型圖1 成型機工作路線與控制系統(tǒng)方框圖棒后，經(jīng)保型筒穩(wěn)型后擠出。在換向閥的作用下，油被泵入油缸的另一腔，則活塞、活塞桿、沖桿向另一端運動，完成另一端成型19。其工作路線如圖1所示。該套設備采用活塞沖壓成型，避免了生物質(zhì)原料與成型部件連續(xù)的相對運動摩擦，解決了螺旋推進成型機螺旋桿頭部磨損嚴重的問題，并且該系統(tǒng)是在不加任何粘結(jié)劑的條件下對生物質(zhì)進行熱壓成型的，所以可以節(jié)約成本。但該成型機也存在一些缺陷，如當進料出現(xiàn)堵塞時不能增大壓力使其正常工作，運行壓力過高，設備振動太大，從進料斗進料時攪拌機攪拌易出現(xiàn)死角，發(fā)生進料堵塞現(xiàn)象。1.5 本課題的提出目的及意義在中國，作物秸稈傳統(tǒng)的利用方式是作為農(nóng)村生活燃料、大牲畜草料與有機肥料的主要來源?，F(xiàn)在隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們對農(nóng)作物秸稈資源的認識越來越深，對農(nóng)作物秸稈的利用日益重視，而且在如何科學有效的利用秸稈資源上已取得進展。但發(fā)展速度較慢，這不僅與人們對開發(fā)利用秸稈資源的認識程度有關(guān)，更重要的是與相關(guān)技術(shù)設備研究嚴重滯后有關(guān)。 為了解決這個問題，提高壓塊成型效率，我們可使用液壓設備對生物質(zhì)進行初壓，將生物質(zhì)加一定的壓力，保持一定時間，然后將已有一定壓力的生物質(zhì)在模具中沖壓以使生物質(zhì)達到成型的效果。并且在沖壓時對成型塊加熱以使生物質(zhì)中的木質(zhì)素在一定溫度下軟化，以便在沖壓過程中得到一定密度的生物質(zhì)壓塊。 吸收己有生物質(zhì)成型機的優(yōu)點，并盡可能的克服其不足之處，使生物質(zhì)能更好的、效率更高的達到成型的效果。主要從采用機械方式為主，并采用液壓原理來設計出新的設備。同時通過實驗來分析對于這種成型機理的各個影響因素，為以后的改進提供參考依據(jù)。 成型機造價低，生產(chǎn)效率較高，預計可達0.5t/h。能夠達到農(nóng)村采暖需要生物質(zhì)壓塊的密度要求，大大提高生產(chǎn)效率，盡可能的降低能量的消耗。以便生物質(zhì)壓塊在一定程度和一定范圍內(nèi)作為煤的替代能源得到推廣和應用。在部分緩解能源危機的同時，也避免生態(tài)環(huán)境受到秸桿焚燒等不合理用能的破壞。因此，通過本課題的研究，在HPB-型生物質(zhì)成型機的基礎上改進設計出一種新型成型機，使其系統(tǒng)的性能更穩(wěn)定，工況更好;使秸稈成型機械在常規(guī)能源相對缺乏、生物質(zhì)原料充足、經(jīng)濟條件相對較落后的農(nóng)村進行推廣，為秸稈資源得到合理的能源利用提供一個更為有效的利用途徑。1.6 研究思路本論文是在HPB-III生物質(zhì)成型機的基礎上改進設計出一種新型成型機，其研究思路為：通過對HPB-III生物質(zhì)成型機的運行情況和出現(xiàn)的各種問題，進行了理論分析，以取得進一步解決秸稈成型機存在問題的依據(jù)，做出改進設計，目的是使新設備效率更高，低壓運行，性能穩(wěn)定，以消除不安全隱患。2 HPB-III型生物質(zhì)成型機運行狀況分析HPB-III型成型機的設計還是比較合理的，具備一定商業(yè)化推廣的價值。但是仍有些機械加工上的問題和設計上的問題使得該設備不夠完善，以下部分將對HPB-III型成型機運行時出現(xiàn)的問題進行分析。2.1 設計上的問題分析(1)液壓系統(tǒng)設計上的問題：主缸和預壓油缸的換向都是靠電液換向閥控制換向，沒有安裝順序閥，當進料出現(xiàn)堵塞時不能增大壓力使其正常工作;液壓泵的選型是選用了柱塞變量泵，變量泵最大的弊端是功率是定值，功率NPQ，外載壓力和泵的流量成反比，當外載需要很大的壓力時泵流量反而下降，提供不了足夠的工作壓力，當外載小時能量反而浪費；油路管線布置不規(guī)范，增加了局部阻力損失。(2)運行壓力太高：由于主缸是單缸單活塞，根據(jù)FPS，泵提供的壓力一定，活塞的表面積越小，運行壓力就會越高，但是實際上秸稈成型壓力是一定的。運行壓力在20MPa左右，對于預壓油缸來說當沒有負載回油時，易產(chǎn)生較大的振動和噪聲，在90dB左右;由于運行壓力高還經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。(3)設備振動太大：有兩個原因，一是機身重心太高，設備在高壓狀態(tài)運行下易產(chǎn)生振動;二是設備工作壓力在20MPa左右，工作時產(chǎn)生的沖擊力太大。(4)進料斗為方錐形在進料時攪拌機攪拌易出現(xiàn)死角，發(fā)生進料堵塞，如圖2所示，經(jīng)常導致攪拌電機線路燒壞，還直接影響進料量，進而影響整個設備產(chǎn)品的產(chǎn)量。1一方錐形進料斗 2一攪拌器 3一易堵塞位置 4一預壓筒 5一預壓缸沖頭圖2 進料系統(tǒng)示意圖2. 2 加工上的問題分析加工上的問題主要在于整個設備的選材和主要部件的機械加工沒有達到設計要求，導致了諸多不該發(fā)生故障都發(fā)生了，主要在以下幾個方面：(1)機身機座的選材，用的是厚度為20mm左右的鋼板，使得機座的剛度不夠，抗振性較差，在很大的工作壓力的沖擊下，設備振動比較厲害。(2)成型套筒和活塞桿沖桿不同心。主要有三個方面的原因造成的：一是沖桿和活塞桿的選材和熱處理程度沒有達到設計要求；二是設備在強壓力的推動下振動厲害導致沖桿偏離軸心；三是套筒與沖桿的間隙配合不合要求，由于長時間的工作，大量的粉塵進入間隙，在加熱狀態(tài)下粉塵發(fā)生炭化，極其堅硬(如圖3的指示2部分)，使得沖桿偏離軸心，還容易對沖桿表面擦出很多溝壑。1主缸沖頭 2灰塵堅硬層 3物料 4預壓缸沖頭5易堵塞位置 6成型筒圖3 主缸沖頭與預壓油缸沖頭進料堵塞示意圖 (3)噪聲太高(90dB左右)，影響工人工作環(huán)境。主要原因是設備振動大和運行壓力高。3 雙出頭秸稈液壓成型機的設計 通過對HPB-III生物質(zhì)成型機的運行情況和出現(xiàn)的各種問題，進行理論分析，并在其基礎上經(jīng)過改進設計，設計出一種新型成型機，以進一步解決現(xiàn)有秸稈成型機存在的問題。3.1 設計指導思想（1）以河南農(nóng)業(yè)大學HPB-III型液壓秸稈成型機為設計基礎，以降低工作壓力提高機器穩(wěn)定性、生產(chǎn)率，降低能耗為目標，設計新型液壓式秸稈成型機。（2）除關(guān)鍵專用部件外，盡可能多用標準件和通用件，以降低成本。（3）堅持以秸稈(玉米稈、小麥稈、稻稈)為主要原料的設計方向。（4）用大系統(tǒng)設計的觀點，著力解決實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、工廠化的相關(guān)問題。（5）比能耗、成本、磨損三項指標有所突破。3.2 液壓系統(tǒng)的設計3.2.1 主油缸的設計HPB-III型生物質(zhì)成型機運行壓力在20MPa左右，主油缸是單缸單活塞，一個閥控制進油路，使得單位活塞截面積承受的壓力太大，根據(jù)FPS，秸稈成型所需的壓力F一定，增大活塞截面積S可以有效地降低工作壓力P，結(jié)合設備實際尺寸的需要，將主油缸改為雙缸雙活塞，兩個進油路，兩個閥控制，不僅可以增大活塞截面積，還可以不增大設備的大小，如圖4、5。1活塞桿 2、10導向套 3、9壓緊螺母 4、8活塞 5、7缸筒6雙向?qū)蛱?11、12、13、14油管接口圖4 主油缸裝配圖3.2.2 液壓系統(tǒng)的設計按照總體設計思路對HPB-III型生物質(zhì)成型機液壓系統(tǒng)作了較好的改進：主油缸單缸改為雙缸雙活塞，進油路改為雙閥控制，增加一個高壓小流量定量泵，可以避免主油缸活塞推不動而改為手動換向、預壓裝置由于連續(xù)推不動而堵塞等現(xiàn)象，并且增大油箱容積，在油箱上蓋上集成液壓元件，新設計的液壓系統(tǒng)原理圖如圖5。液壓系統(tǒng)工作原理：按動自動按鈕，1DT通電，電液換向閥6的左位接通，主油缸10的活塞右行。進油路：由高壓小流量定量泵3和低壓大流量定量泵16輸出的液壓油經(jīng)電液換向閥6的左位分別進入預壓油缸7的上腔和預壓油缸13的下腔，預壓油缸7的活塞行止下死點和預壓油缸13的活塞行止上死點時，系統(tǒng)的壓力繼續(xù)升高。當系統(tǒng)壓力升高到順序閥8的調(diào)定壓力時，順序閥8被打開，液壓油經(jīng)順序閥8進入主油缸左油缸的前腔和右油缸的后腔，推動主油缸的活塞右行，同時帶動柱塞、沖桿右行?；赜吐罚侯A壓油缸7下腔和預壓油缸13上腔的液壓油經(jīng)電液換向閥6的右位直接回油箱。主油缸左油缸的后腔和右油缸的前腔的液壓油先經(jīng)順序閥12的旁通閥后經(jīng)電液換向閥6的右位回油箱。當主油缸右活塞右行到預定位置時，觸動行程開關(guān)11發(fā)出信號，使1DT失電，2DT得電。1、18油箱 2、17濾油器 3高壓小流量定量泵 4、14溢流閥5、15單向閥 6電液換向閥 7、13預壓油缸 8、12順序閥9、11行程開關(guān) 10主油缸 16低壓大流量定量泵(雙缸雙活塞)圖5 雙出頭秸稈液壓成型機的液壓系統(tǒng)圖2DT接通電源使電液換向閥6的右位接通。主油缸活塞按照左行的工作原理推動沖桿左行，其進油回油程序是：進油路：由高壓小流量定量泵3和低壓大流量定量泵16輸出的液壓油經(jīng)電液換向閥6的右位分別進入預壓油缸13的上腔和預壓油缸7的下腔，預壓油缸13的活塞行止下死點和預壓油缸7的活塞行止上死點時，系統(tǒng)的壓力繼續(xù)升高。當系統(tǒng)壓力升高到順序閥12的調(diào)定壓力時，順序閥12被打開，液壓油經(jīng)順序閥12進入主油缸左油缸的后腔和右油缸的前腔，推動主油缸的活塞左行，同時帶動柱塞、沖桿左行?；赜吐罚侯A壓油缸13下腔和預壓油缸7上腔的液壓油經(jīng)電液換向閥6的左位直接回油箱。主油缸左油缸的前腔和右油缸的后腔的液壓油先經(jīng)順序閥8的旁通閥后經(jīng)電液換向閥6的左位回油箱。當主油缸左活塞左行到預定位置時，觸動行程開關(guān)9發(fā)出信號，使2DT失電，1DT得電，電液換向閥6的左位接通系統(tǒng)，以此循環(huán)往復工作。正常運行期間，液壓泵3和16都處于一種低壓運行狀態(tài)，在所需推力較大時，即外載壓力高于低壓定量泵16的輸出壓力時，出現(xiàn)活塞推不動或者預壓油缸所帶沖桿走不到位置時，高壓小流量定量泵3會提供更高的液壓，液壓油經(jīng)過單向閥5到電液換向閥6，然后重復上述進油回油程序，低壓油泵流出的油液經(jīng)溢流閥直接回到油缸，直至被積壓的物料被推出，防止累積堵塞而中斷工作現(xiàn)象。3.3 成型機結(jié)構(gòu)的設計新型成型機的結(jié)構(gòu)是在HPB-III型生物質(zhì)成型機的基礎上改進設計的，主要是從選材、加工工藝和部分不合理的結(jié)構(gòu)上做了些改進設計，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖6。 1一主油缸(2個) 2一機座 3一成型筒 4一保型筒 5一加熱防護罩6一送料機械 7一預壓油缸 8一油箱集成(包括油泵，電機，液壓元件)圖 雙出頭秸稈液壓成型機結(jié)構(gòu)整體布置簡圖(1)選材和加工工藝上，對于一些易產(chǎn)生變形和易磨損構(gòu)件采用加厚鋼板和耐磨鑄鐵。機座由于受到壓力的沖擊易發(fā)生振動導致兩端翹變形，所以機座采用加厚鋼板增加整個機座的剛度;成型套筒與沖桿之間易進粉塵，這些粉塵在摩擦熱下炭化變得堅硬，使成型套筒和沖桿易磨損，對此采用耐磨鑄鐵，加工工藝簡單，成本低;對于一些要求精度高的構(gòu)件在加工時提高其加工精度。(2)降低機座的重心，進而可以降低整個設備的重心，可以有效地減少設備的振動;進料斗設計為圓錐筒(如圖7 )，攪拌進料時不會產(chǎn)生死角，使進料更順暢，提高物料的喂入量進而提高機器的生產(chǎn)率;行程控制開關(guān)開口放在成型筒的下面，可以減少粉塵進入成型筒，這種沖桿成型筒成型系統(tǒng)顯著地減少了成型部件之間的摩擦，提高成型部件的使用壽命;將沖桿頂端的沖頭表面中央加一個小圓錐體(如圖8)，這樣的設計可以起到切割的效果，無需另加切割裝置，就可以使成型棒料的形狀比較有規(guī)則;在成型部分的錐形筒的四周利用線切割技術(shù)做一些小孔，可以起到排氣效果，降低筒內(nèi)水蒸氣的壓力，減少“放炮”現(xiàn)象。 圖8 活塞沖桿圖7 進料斗圖 3.4 設計指標及設計參數(shù)3.4.1 設計指標生產(chǎn)率：400500/h能耗：70kWh/t成型棒的直徑：l00mm左右成型溫度：160200C成型工作壓力：68MPa，預壓工作壓力：34MPa加熱功率：25kW成型密度：10001300kg /m3成型周期：15秸稈粒度：30mm左右3.4.2 主要設計參數(shù)由設計指標，成型棒的直徑取為l00mm，主缸工作壓力P8MPa，預壓油缸工作壓力P4MPa取主沖桿套內(nèi)徑d108mm主油缸：長2630mm，內(nèi)徑240mm，活塞桿直徑120mm主油缸的活塞桿長度：1845mmFP(S1S2)81063.14(0.22-0.1052)727852N預壓油缸：長600mm，內(nèi)徑80mm，活塞桿直徑40mm預壓油缸的活塞桿長度：800mm由FP(S1S2)41063.14(0.082-0.042)60288N，即約為6噸力根據(jù)上述參數(shù)，液壓系統(tǒng)具體參數(shù)?。旱蛪捍罅髁慷勘茫盒吞枺篊BP80HF型齒輪泵最大排量：80L/min額定壓力：20MPa，最大壓力：25MPa所用電機型號：Y200M4，功率：22kW高壓小流量定量泵：型號：CBFD20最大排量：32L/min額定壓力：20MPa，最大壓力：25MPa所用電機型號：Y 160M-4，功率：15kW3.5 成型機工作流程改進后的新型成型機運行性能更穩(wěn)定，出料更順暢，尤其是進料斗改為圓錐形使進料沒有死角，進料量加大，大大提高了產(chǎn)量，其成型系統(tǒng)控制圖見圖。一個成型周期的壓縮過程可分一下六個步驟：(1)液壓泵在電動機的帶動下，通過電液換向閥將液壓油壓入左、右預壓油缸，右進料斗的物料在右攪拌電機的攪拌下進入右預壓室，在右預壓油缸活塞、活塞桿及沖桿的作用下被預壓并推入右成型筒，同時左預壓油缸活塞回位。(2)右預壓油缸活塞運行到上死點后，左順序閥被打開，液壓油經(jīng)進入主油缸左油缸的前腔和右油缸的后腔，推動主油缸的活塞右行，同時帶動柱塞、沖桿右行，將預壓后的物料擠入右成型套筒內(nèi)的錐形筒中，在機械壓力和右加熱圈加熱溫度的作用下，生物質(zhì)發(fā)生塑性變形并被擠壓成塊，經(jīng)保型筒保型后擠出。(3)當右沖桿到右行程開關(guān)位置時，在電控裝置的控制下，電液換向閥換向。(4)液壓泵在電動機的帶動下，通過電液換向閥將液壓油泵入左、右預壓油缸，左進料斗的物料在左攪拌電機的攪拌下進入左預壓室，在左預壓油缸活塞、活塞桿及沖桿的作用下被預壓并推入左成型筒，同時右預壓油缸活塞回位。圖 成型過程圖(5)左預壓油缸活塞運行到上死點后，右順序閥被打開，液壓油經(jīng)進入主油缸右油缸的后腔和左油缸的前腔，推動主油缸的活塞左行，同時帶動柱塞、沖桿左行，將預壓后的物料擠入左成型套筒內(nèi)的錐形筒中，在機械壓力和左加熱圈加熱溫度的作用下，生物質(zhì)發(fā)生塑性變形并被擠壓成塊，經(jīng)保型筒保型后擠出。(6)在電控裝置的控制下，電液換向閥換向，照此循環(huán)，往復運動。4雙出頭秸稈液壓成型機設計計算過程4.1 擬定液壓系統(tǒng)圖秸稈液壓成型機的液壓系統(tǒng)圖的擬定，如圖所示。4.2 主要計算過程（1）工作負載的計算為得到所要求推力F，應使pAF式中：A-液壓缸的有效工作面積P-作用在活塞上的有效面積-液壓缸的機械效率FPAP3.14700.95522025（N）（2）初選系統(tǒng)工作壓力根據(jù)各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力，選缸的工作壓力為：主缸工作壓力P 8MPa，預壓油缸工作壓力P4MPa系統(tǒng)工作壓力P120MPa（3）活塞桿外徑和活塞直徑的確定活塞受壓時：FP1A1-P2A2(P1-P2)A 式中：P1A1-受壓腔壓力和面積 P2A2-回油腔壓力和面積因為為雙桿活塞缸A1A2A執(zhí)行元件背壓力取P0.5MPa則P20.5MPaA26770.5(mm2)取0.5式中：d-活塞桿直徑 D-活塞直徑則D2dA(2d)2-d2d106.62(mm)查手冊，取d110mm，則D2110220(mm)（4） 活塞行程L的確定根據(jù)成型和進料的需要，取L250mm（5） 活塞桿強度演算當活塞桿在穩(wěn)定狀態(tài)下，僅承受軸向載荷時，可以近似地采用直桿受拉、壓載荷簡單強度計算公式進行計算。d mm式中 P-活塞桿所受的軸向載荷 N-活塞桿制造材料的許用應力 MPa-材料的抗拉強度MPan-安全系數(shù)（n3.5-6），一般取n5根據(jù)GB8162-87590 MPa118 MPad77（mm）活塞桿外徑100 mm，達到強度要求。又因為2.272300油在管路中成層流狀態(tài)，其沿層阻力系數(shù)為：0.026（MPa）10.038(MPa)2） 控制閥的局部壓力損失2nPa式中：n閥的額定流量/sa閥門的額定壓力損失 PaQ-通過閥的流量 /s 0.8 0.2（MPa）0.038+0.20.2380.3 MPa ,故所選泵合適。（12） 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作中，除執(zhí)行元件驅(qū)動外在和輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使溫度升高。這些功率損失主要有：1） 液壓泵的功率損失 2） 溢流閥的功率損失3） 液壓油液流經(jīng)閥或管路的功率損失4） 液壓執(zhí)行元件的功率損失為了簡化計算，我們用下式來計算，即：PhrPr-PcPr-液壓系統(tǒng)的總輸入功率Pc-輸出有效功率； Pr 7.471Pc 6.155Phr7.471-6.1551.316(kW)（13） 油箱容量的確定由經(jīng)驗公式：VQv Qv-液壓泵每分鐘排出壓力油的容積.-經(jīng)驗系數(shù),取4則V480320(L) 5 結(jié)束語查閱了多篇相關(guān)資料，對目前的生物質(zhì)成型工藝類型，現(xiàn)有生物質(zhì)成型技術(shù)及現(xiàn)狀進行了比較，認為液壓式成型機(HPB系列)無論從技術(shù)上還是綜合投資比上都是優(yōu)于其他成型技術(shù)的，說明這個設計思路是可取的，有必要再進行改進，再進行完善。用前面的分析設計思想，以液壓驅(qū)動、雙向成型為基礎，從產(chǎn)業(yè)化的角度對HPB-III型生物質(zhì)成型機的液壓系統(tǒng)和成型部件進行改進設計，主油缸采用雙缸雙活塞，進油路用雙閥控制，使該成型機運行壓力在8MPa左右，低壓運行，穩(wěn)定性提高，綜合性能提高，生產(chǎn)率達到500kg/h，單位能耗70kW/h左右。致謝 本文是在指導老師的悉心指導下完成的。在論文停筆之際，首先感謝我的導師，正是她給予我嚴格而細致的指導，論文才得以順利完成。導師高