摘要能源危机日益严重，秸秆能源作为新能源的一种，其被大规模开发利用势在必行。在这种情况下，秸秆致密成型技术便显得尤为重要。但由于成型原料密度小，体积大的特点，为加工带来了极大的不便，因此为节省秸秆原材料的储运费用，便于推广，本设计在对国内外已有的成型机做了大量的调查后，完成了秸秆挤压成型机的设计。挤压成型部分包括螺杆、套筒、 模头。主成型系统是利用电动机驱动的，采用闭式成型方式将秸秆原料在常温下压缩成型的一套设备，其特点是：无需粘合剂与加热，节省了加工成本，且对秸秆的成型效果尤其好。挤压系统采用螺旋压缩方式，可同时实现进料和挤压。指导思想：在满足技术要求及结构合理的条件下，减少附属件，降低生产成本，使其结构简单，使用方便。关键词：秸秆；挤压成型；设计AbstractThe increasingly serious energy crisis, straw energy as a new energy, its large-scale development and utilization was inevitable. In this case, forming dense straw technology appears to be particularly important. However, due to molding raw material density, the volume of the characteristics for processing has brought great inconvenience, in order to save storage and transportation of biomass raw material costs, facilitate the promotion, in the design of the machine at home and abroad have done a lot of The investigation, completed a straw forming part of the machine. Pressure forming including straw and sleeve, Forming the main system is to use motor, by way of closed molding raw material and raw materials at room temperature compression molding of a set of equipment, its features are: adhesives and without heating, saving processing costs, and the forming of straw Particularly good effect. Pressure system uses helical compression method, which can achieve pre-feed and pressure. The thought of guide: at satisfy the technique request and the reasonable term in construction descends, reducing subsidiary piece, lower the production cost, make its construction simple, usage convenience. Key words: straw; pressure molding; design目 录1绪论- 1 -1.1设计的目的与意义- 1 -1.2国内外生物质成型机的发展现状- 3 -1.2.1国外发展现状- 3 -1.2.2国内发展现状- 3 -1.3目前主要的成型机类型及其成型方法- 6 -1.3.1活塞式成型机- 6 -1.3.2螺旋式成型机- 7 -1.3.3模压颗粒成型机- 7 -1.4秸秆燃料成型加工技术与装备发展趋势- 7 -1.5秸秆成型技术存在的问题- 8 -1.5.1成型机的问题- 8 -1.5.2成型原料问题- 9 -1.5.3配套设备问题- 9 -2 秸秆燃料挤压成型机的结构及成型原理- 9 -2.1秸秆燃料挤压成型机的结构设计- 9 -2.2秸秆燃料挤压成型机的成型原理- 11 -3主要部件的设计- 12 -3.1电动机的选择- 12 -3.2套筒的设计- 12 -3.2.1套筒结构设计- 12 -3.2.2套筒基本参数的确定- 13 -3.3模头的设计- 13 -3.3.1模头设计的基本原则- 14 -3.3.2模头材料要求- 14 -3.4螺杆的设计- 14 -3.4.1螺杆结构的设计- 14 -3.4.2螺杆基本参数的确定- 15 -3.4.2螺杆的强度校核- 16 -3.5传动装置的设计- 17 -3.5.1设计功率- 17 -3.5.2选取V带型号- 18 -3.5.3确定带轮基准直径- 18 -3.5.4确定中心距a和带的基准长度- 18 -3.5.5验算包角- 19 -3.5.6确定带的根数- 19 -3.5.7定初拉力- 19 -3.5.8计算轴压力- 20 -3.6轴的设计- 20 -3.6.1轴材料的选择- 20 -3.6.2轴径的确定- 20 -3.7轴承的选择- 23 -4结论- 24 -参考文献- 25 -致谢- 27 - 1绪论1.1设计的目的与意义伴随着人类社会的不断进步，在利用资源取得一个又一个的胜利的同时人们惊异地发现：地球母亲能够提供给我们的资源已越来越少了，而且这些资源也自然而然的包括了为我们的生活提供保障的那些能源。
这绝对是我们应该重视起来的问题，否则能源问题将带来毁灭性的灾难。因此，为了人类社会持续发展，开发新能源已势在必行。目前，世界能源消耗主要是以煤炭、石油和天然气为主的不可再生：目前占全球能源消耗总量近50％21世纪中叶将耗尽，中国的能源状况比起全球的能源状况来更为，解决这一的主要办法是“开源节流”，开辟新的能量源泉，另外，作为世界主要能源的化石能源在为人类作出巨大贡献的同时，也在严和，而和等气体浓度的增加将会对人类的健康造成直接的危害，并产生“温室效应”。另外就是石化能源的燃烧产生大量的粉尘，这也是直接威胁人类健康的。所以，现在作为新能源出现的可再生能源将是人类社会未来能源的基石，它必将在不久的将来替代石化能源。可再生能源主要有风能、水能、太阳能和生物质能。其中生物质能是一种高效和廉价的太阳能浓缩储存，而且分布最广，：一25亿人生活能源的90％以上是生。大体上相当于其生长时通过光合作用所吸收的，所以燃用生物质能时的排放量可以认为是零，甚至有所减少（考虑到燃烧后草木灰中含有大量的），这是气、油、煤等常规能源所无法比拟的。因此，生物质能在世界能源结构中占有十分重要的地位，特别是在广大农村和经济不发达地区，生物质能的应用仍占有很大的比例。
。6亿多t，0.28亿t用于造纸，1.13亿t用作饲料，1.08亿t还田，3.5亿t用作燃料或就地荒烧。收获、打10％～30％，因此作为高效洁净燃料必须加工成型。(加热或不加热)的方法，使原来松散的、）的成型燃料成型后的原料的热性能优于,热值为14~17 MJkg,相当于中质烟煤,可直接燃烧,同时具有黑烟少,火力旺、燃烧充分,不飞灰、, 和极微量排放生物质固化成型燃料具有加工简单、成本较低、便于储存和运输、易着火、燃烧性能好、热效率高的优点，可作为炊事、取暖的燃料，也可以作为工业。对生物质能源资源丰富的贫油、贫煤国家来中国作为一个迅速崛起的发展中农业大国，在保护环境的前提下，要实现国民经济的持续增长，必须改变传统的能源利用和能源生产方式，开发利用生物质资源，生产清洁能源是一项必然的选择。作为人类传统燃料的农作物秸秆，是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的CO2而成为碳元素的汇（Sink）而被称为清洁能源[。近年来随着农业生产经济水平的不断提高，农村生活用能中高品位的商品能源的比例增加，秸秆所占的比重正逐步下降。燃烧秸秆成为被替代的对象，田间地头或田间焚烧的秸秆量。
本题主要研究了废弃的农作物秸秆转化为高品位的能源，替代部分煤炭、石油等化石燃料，来提高农民的收入，缓解农村能源紧张的局面，从而实现农村能源的可持续发展。 开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。20世纪30年代美国开始了压缩成型燃料技术的研究，并研制了螺旋压缩机日本、，南非目前这些国家生物质成型燃。并且一些机型极具代表性，如：比利时研制成功的T117型螺旋压块机，其180℃，轴向压缩力大于686kN，压块的移动速1700～2500mm/min，耗能量45～55kWh/t，压块燃料的低位热值18～19.7MJ/kg，KAHI系列压粒机可生产直径为3～40mm的压缩粒，所用电20～400kW，能耗为15～40kWh/t。80年代研制成加粘20世纪80年代引进螺旋挤压式生物质成型机生物质压缩成型技术的研究开，环境。
浙江大学生物机电。。 表1-2我国生物质致密成型设备的主要性能指标研究单位与生产单位产品型号规格 台/年生产率kg/h电耗kwh/t江苏省连云港市东海粮食机械厂OBM-88150120120.5陕西省武功县轻功机构厂SX-7.5,1120085~150100广西林市安无机械炭机械厂150120100河北正定厂宏木炭设备制造厂JD-A150120100西北农业大学能源研究室SZJ-8A8071.4江苏林产化学工业研究室HD120100辽宁省能源研究所产业基地200100110~130中国农机院能源动力所SYJ-3550~10083.3江苏盯治国营九三O五厂HD型100110~130102.9河南农业大学HPB-Ⅲ型10060~8039.78~47.91）螺旋挤压技术螺旋挤压成型技术是目前生产生物质成型燃料最常用的技术，尤其是以机制炭为最终产品的用户，大都选用螺旋挤压成型机。1990年，通过实施国家“七五”公关项目“木质棒状（螺旋挤压）成型机的的开发研究”工作，国内建立了第一条年产1000吨棒状成型燃料生产线；1993年前后，国内一部分企业和有关省的农村能源办公室从日本、中国台湾、比利时、美国引进了近20条生物质压缩成型生产线，这些生产线基本上都是采用螺旋挤压式，大多数是以木屑为原料，生产“炭化”燃料棒状成型燃料的形状为直径50mm左右、长度450mm左右，横截面为圆形或六角形，每根重约1kg,用于蒸发量1000kg/h工业锅炉或民用炉灶。
螺旋挤压成型技术的优点：(1)成品密度高。以木屑、稻壳、麦草等为原料，国内生产的几种螺旋挤压式成型机加工的成型棒料的密度1100-1400kg/.(2)成品质量好、热值高，更适合再加工成为炭化燃料、螺旋挤压成型技术的缺点是：(1)产量低。目前国产设备的最高台时产量不到150kg/h，距离规模化生产的产量要求相差较大。(2)能耗高。粉料在螺旋挤压成型前先要经过电加温预热，挤压成型过程的吨料电耗就在90kw*h/t以上。(3)易损件寿命短。国产设备主要工作部件螺杆的最高寿命不超过500h，距离国际先进水平1000h以上还有不小的距离。(4)原料要求苛刻。螺旋挤压成型机采用连续挤压，成型温度通常在之间，为了避免成型过程中原料水分的快速汽化造成成型块的开裂和“放炮”现象的发生，一般要将原料含水率控制在8%-12%之间，所以对有的物料要进行预干燥处理，增加了加工成本。这一点，对于移动式的成型燃料加工系统来说也许是一个致命伤，因此与螺旋挤压成型工艺相衔接还需要配套的烘干机。2）活塞冲压技术这种技术的优点是成型密度较大，允许物料水分高达20%左右。但因为是油缸往复运动，间歇成型，生产率不高，产品质量不太稳定，不适宜炭化。
活塞式的成型模腔容易磨损，一般100h要修1次，有的含少的生物质材料可维持300h。2003年，通过实施科技部“秸秆压块成型燃料产业化生产的可行性研究”项目，开发了液压驱动式秸秆成型机，该设备采用活塞套筒双向挤压间歇成型。生产率为400kg/h;吨料电耗为60kw*h/t左右。3）辊模挤压技术生物质颗粒燃料的辊模挤压成型技术是在颗粒饲料生产技术基础上发展起来的，两者的主要区别在于纤维性物料含量的多少和成型密度的高低。用辊模挤压式成型机生产颗粒成型燃料一般不需要外部加热，依靠物料挤压成型时产生的摩擦热，即可使物料软化和黏合。对原料的含水率要求较宽，一般在10%-40%之间均能成型。其成型最佳水分为18%左右，相比于螺旋挤压和活塞冲压而言，辊模挤压成型法对物料的适应性最好。因此，国内一些生产秸秆颗粒饲料的企业在生产颗粒饲料的同时也生产颗粒燃料，以提高设备的利用率。目前国内一些知名的饲料机械企业，在环模制粒机和平模制粒机的设计、制造方面，已积累了丰富的经验，某些方面已达到世界先进水平。在生物质颗粒成型燃料加工机械的研发方面也进行了多年的探索，并取得了可喜的成绩。（1）环模挤压成型技术。1994年-1998年，通过实施国家林业局“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”项目，成功开发了以木屑和刨花为主要原料的颗粒燃料成型机，当时产量在250kg/h,成型燃料产品的规格为直径6mm，长8-15mm,颗粒密度>1000kg/m,其热值为20096.7Kj/kg左右。
产品质量达到日本“全国燃料协会”公布的颗粒成型燃料标准的特级或一级。但是由于当时在材料和加工工艺等方面的原因，主要易损件环模在面对粗纤维物料时暴露出了使用寿命短的缺陷。使用成本高成为环模式制粒机难以在生物质成型燃料领域大面积推广的重要原因。但是，该项目的开展，为我国辊模挤压成型燃料技术的发展打下了良好的基础。（2）平模挤压成型技术。由于在平模制造工艺水平和主要加工物料对象方面与国外的差距等原因，以前国内在对平模式制粒机的研究方面不够深入，国内能生产的最大平模直径只有400mm.2000年，通过实施农业部引进国际先进农业科学技术项目“秸秆颗粒饲料加工技术与设备引进”，在引进国际上著名的德国卡尔公司的38-780型大型平模制粒机的基础上，结合我国实际，又进行了多处技术改进和创新。研制的具有自主知识产权的SZLP-780型平模制粒机的主要技术参数为：颗粒直径12mm;生产能力：2100kg/h;吨粒耗电量：31Kw*h/t;颗粒成型率：94%；颗粒成型密度：920；平模直径：780mm.与其他生物质成型颗粒加工技术相比，大型平模式制粒机的优点在于：(1)原料适应性广。(2)产量大。(3)吨粒耗电低。
(4)辊模寿命长。(5)成型密度可调。2004年，一些发电企业利用SZLP-780型平模制粒机生产的颗粒燃料来发电，（配套电机为75KW电机）进行了以棉杆为原料的制粒试验，当成型颗粒密度在1100kg/时，产量达到1300kg/但总体来看，目前，我国的生物质固化成型装备在设备的实用性、系列化、规模化上还是不足，距估计先进水平还有不小的差距。这一问题以成型机最为突出，表现在生产率低、成型能耗高、主要工作部件寿命短、机器故障率多、费用高等方面。1.3目前主要的成型机类型及其成型方法目前世界各地的成型机主要有两种:压块和颗粒成型机。根据成:活塞成型机、螺旋式成型机和模压。:一类是用发动机或电动机通过机械传动驱动的称为机械;另一类是用液压机构驱动的称为。这两类成型机的成型过程是靠活;开式成型机依靠被压缩物与压缩1.3.2螺旋式成型机根据成型过程中粘结机理的不同可分为加热和不加热两种形式。一种是先在物料中加入粘结剂，然后在锥型螺旋输送器的压送下，压在。此类成型机最早被研制开发，也是目前各地推广应用较为普遍的一种机型。1.3.3模压颗粒成型机根据压模型形状的不同可分为:平板模颗粒成型机和环板模，其中环模成型机根据其结构布置方式又可分为立式1-3t/h。
卧式环模成型机的压模和500-800kg/h。平板模颗粒机的工作原理是平板上4-6个辊子，辊子随轴作圆周运动，并与平模板间有相对运动，原料在辊子和模板间受。螺杆是1.5.3配套设备问题由于成型机对原料的粒度和含水率要求较高，而成型设备自动化低、粉碎、干燥、进料和包装设备没有形成配套的生产线，工作时原料往往达不到生产要求。建议在研制和生产生物质致密成型设备的同时，要配套相应的粉碎和干燥设备。2 秸秆燃料挤压成型机的结构及成型原理2.1秸秆燃料挤压成型机的结构设计本次设计的机器主要有驱动装置、进料装置、螺杆、机筒、成型装置等几个部分组成，如图2-1所示。图2-1秸秆燃料挤压成型机螺杆螺杆是秸秆燃料挤压成型机的最重要的工作部件。是用来产生必须的压力，使物料挤出模头。螺杆通常设计矩形、梯形或三角形的阿基米德螺线，可以是单头或多头。有的是为了提高产品的混炼效果，可将螺纹中断或将其做成若干个缺口，成为缺断式螺纹。套筒套筒是秸秆料成型机的另一个重要部件。在挤压机套筒内壁，刻有连续的倒槽，可以是直的，也可以是带螺旋形，其螺旋方向与螺杆旋向相反。倒槽使物料避免随螺杆作轴向旋转，这样，如果螺杆十分光滑，物料易与螺杆发生滑动，而不与套筒发生轴向滑动则物料的推进速度与螺杆速度大致成正比。
成型装置挤压机的成型装置是最终决定产品形状和结构的主要部件，它的主要部件挤压成型机前端的模头。模头借助螺钉固定在机筒出料端的法兰上，模头上有不同形状的孔，以使挤压过的秸秆通过模头来成型。模头是一个很精确的零件，必须有足够的强度来承受挤压机机筒内的高压。模孔由极耐磨的材料组成，常用的材料有铬钢、青铜合金，有时在模孔内镶嵌聚四氟乙烯材料。模头的构造对产品结构影响颇大，不同模头的设计对产品结构的影响不同。作为圆锥形模孔，它将降低螺腔内的压力要求，使产品获得光滑的表面。具有突变截面，模孔长度短的模头，它会对压出的产品造成较大的机械损伤从而导致产品组织细粒化、柔软化和产生髓化结构。加热与冷却装置加热与冷却是挤压加工过程顺利进行的必要条件。伴随螺杆的转速、挤出压力、外加热功率以及挤压系统周围介质的温度变化，机筒中的温度也会相应的发生变化。以使秸秆物料始终能在其加工工艺所要求的温度范围挤压，通常采用电阻或电感应加热和水冷却装置来不断调节机筒温度切割装置挤压加工系统中常用的切割装置为端面切割器，切割刀具旋转平面与模板端面平行。通过调整切割刀具的旋转速度和挤压产品的线速度来获得所需挤压产品的长度。根据切割器驱动电机位置和割刀长度的不同，可分为飞速和中心两种切割器。
飞速切割器的电机装在模板中心轴线外面，割刀臂较长，以很高的线速度旋转。中心切割器的刀片较短，并绕模板装置的中心轴线旋转。控制装置挤压加工系统控制主要有微电脑、电器、传感器、显示器、仪表和执行机构等组成，其主要作用是：控制电机，使其满足所需的转速，并保证各部分协调的运行；控制温度、压力、位置和产品质量；实现整个挤压加工系统的自动控制。2.2秸秆燃料挤压成型机的成型原理植物细胞中除了含有纤维素、半纤维素外，还含有木质素（木素），在阔叶木、针叶木中木素含量为27-32%（绝干原料），禾草类中含量为14-25%。现在知道，木素是具有芳香特性的结构单体为苯丙烷铣型的立体结构高分子化合物。虽然各种植物都含水素，但它们的组成、结构并不完全一样。在常温下木素主要部分不溶于任何有机溶剂，木素属非晶体，没有熔点但有软化点，当70-100时，粘合力开始增加。木素在植物组织中有增加细胞壁、粘合纤维的作用，不能被动物消化，在土壤中能转化成腐殖质。用化学方法分离木素可制成木质塑料，如苯酚木素树脂，其物理机械性能类似热塑性酚醛压塑粉，用途也相仿，但熔融时粘度高，成品脆性大、耐水性差、木素在适应温度下（200-300）会软化，此时加以一定压力使之与纤维素紧密黏结，并与相邻秸秆颗粒相互胶接，冷却后即可固化成型。
因此，采用热压法成型秸秆燃料可不用任何添加剂、粘结剂，大大降低了加工成本，而且利用木质素软化的特点适当提高热压成型时的温度有利于减小挤压动力。因此，秸秆挤压加工就是：将粉碎的小块状物料置于挤压机的高温高压状态下，突然释放到常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。挤压加工方法是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌、摩擦以及高剪切力作用，使木素粒解体，同时机腔内温度压力升高（温度可达到150-200，压力可达1MP以上），然后从一定形状的模孔瞬间挤出，其中游离水分在此压差下急剧汽化，水的体积可膨胀大约2000倍，有高温高压突然降至常温常压，从而使产品定型。3主要部件的设计3.1电动机的选择设计秸秆燃料挤压成型机的要求产量Q=250kg/h,度电量为
