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我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈能源相當(dāng)豐富，它不僅是優(yōu)良的燃料資源，還是寶貴的粗飼料資源。但是在農(nóng)村，由于秸稈所占面積較大，很多被當(dāng)即焚燒，造成了秸稈能源的浪費(fèi)。而秸稈經(jīng)壓縮之后，不僅提高熱效率，還便于存放、儲(chǔ)存，牲畜采食率也高，而其排放的污染物低于煤。大量燃燒一次性能源，會(huì)排放大量的S02和C02等，秸稈中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)小于煤炭，僅為0.12%～0.18%，煤炭中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.8%左右。因此秸稈壓實(shí)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。但是目前的秸稈壓塊機(jī)存在著很多的不足，如產(chǎn)出率低、生產(chǎn)成本偏高等，從而限制了成型機(jī)的推廣。因此，如何提高秸稈燃料產(chǎn)出率、降低生產(chǎn)成本，就成了它能否在市場(chǎng)上應(yīng)用的關(guān)鍵。 1、旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料壓塊機(jī)的工作原理 以農(nóng)作物秸稈為原材料，設(shè)計(jì)一種高產(chǎn)加工植物作物機(jī)器。這種機(jī)器可以將農(nóng)作物秸稈原材料壓成圓柱體狀的成品。它的優(yōu)點(diǎn)是將自然界植物作物的廢料加工成燃料，消耗自然界的可再生資源，無(wú)污染，有利于環(huán)保。為了提高秸稈燃料生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機(jī)，然后為進(jìn)一步提高秸稈燃料生產(chǎn)率，對(duì)成型機(jī)的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機(jī)與以往的成型機(jī)有著很大的不同。以往的秸稈燃料成型機(jī)主要有兩個(gè)成型缸：預(yù)壓缸和壓實(shí)缸，這兩個(gè)缸是固定不動(dòng)的。其成型過(guò)程一般分為兩個(gè)階段，送料預(yù)壓階段和壓實(shí)推出階段，而且這兩個(gè)階段是在相互垂直的兩個(gè)方向上進(jìn)行的，即預(yù)壓完成之后，把預(yù)壓的燃料推到成型缸內(nèi)進(jìn)行壓實(shí)然后推出。這樣增加很多的等待時(shí)間，造成時(shí)間浪費(fèi)，從而使產(chǎn)出率偏低。 旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機(jī)是液壓驅(qū)動(dòng)活塞桿沖壓成型的，主要由三個(gè)相同的壓縮棒、三個(gè)等大的成型缸、工作臺(tái)、料斗及輸送裝置組成。 因?yàn)槿齻€(gè)成型缸是相同而且旋轉(zhuǎn)的，故把在輸送裝置下半部位置的缸作為推出缸。推出缸下面的工作臺(tái)有一個(gè)和成型缸直徑等大的孔，便于秸稈成品推出。秸稈成型流程圖如圖l。成型原理如下：第一個(gè)周期，粉碎好的秸稈原料輸送到預(yù)壓缸并進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓動(dòng)作完成之后，三個(gè)成型缸旋轉(zhuǎn)1200，即預(yù)壓缸旋轉(zhuǎn)到壓實(shí)缸的位置，壓實(shí)缸旋轉(zhuǎn)到推出缸的位置，推出缸旋轉(zhuǎn)到預(yù)壓缸的位置，旋轉(zhuǎn)結(jié)束，預(yù)壓缸再進(jìn)料預(yù)壓，同時(shí)，壓實(shí)缸進(jìn)行壓實(shí)，此時(shí)，推出缸是空的，兩個(gè)動(dòng)作完成之后再旋轉(zhuǎn)1200，此時(shí)，預(yù)壓缸進(jìn)料預(yù)壓，壓實(shí)缸進(jìn)行壓實(shí)，推出缸推出秸稈成品。再旋轉(zhuǎn)1200回到初始位置，完成第一個(gè)周期；第一個(gè)周期只推出一次成品，在以后的每個(gè)周期，三次推出成品。秸稈壓塊機(jī)工藝流程圖 2、秸稈成型機(jī)的參數(shù)優(yōu)化 2.1數(shù)學(xué)建模 在旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機(jī)成型原理的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高成產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，對(duì)幾個(gè)重要沒(méi)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的目標(biāo)可以是單位時(shí)間的生產(chǎn)率最大，也可以是生產(chǎn)一定質(zhì)量的秸稈所用的時(shí)間最小。本論文以生產(chǎn)一定質(zhì)量的秸稈所用的時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，以一定的動(dòng)力為約束條件進(jìn)行優(yōu)化。由于成型的三個(gè)階段同時(shí)進(jìn)行，只有三個(gè)動(dòng)作都完成之后，成型缸才能旋轉(zhuǎn)，因此成型周期取決于最慢的那個(gè)階段。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)即為： min(max(t1，t2，t3)）式中：tI為進(jìn)料預(yù)壓階段所用的時(shí)間，s；t2為壓實(shí)階段所用的時(shí)間，s；t3為推出階段所用的時(shí)間，s。 旋轉(zhuǎn)式秸稈燃料成型機(jī)的總體框架如圖2所示。由于秸稈具有很高的壓實(shí)比，所以預(yù)壓階段壓縮位移較大，因此我們把預(yù)壓筒分為兩部分，上半部分和輸送裝置連在一起，上半部分的長(zhǎng)度即為預(yù)壓位移，預(yù)壓后秸稈燃料的長(zhǎng)度即為預(yù)壓缸下半部分的長(zhǎng)度，這樣能減少壓縮缸的長(zhǎng)度，從而減少了壓縮和推出時(shí)間。 旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機(jī)是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的，功率一定，為提高成型機(jī)的產(chǎn)出率．將給定的功率通過(guò)參數(shù)優(yōu)化分配給三個(gè)階段。因此本文考慮預(yù)壓位移（預(yù)壓筒上半部分的長(zhǎng)度），壓實(shí)階段的位移、推出階段的位移以及三個(gè)工作和非工作階段（成型缸后退階段）所需的動(dòng)力這八個(gè)量作為自變量?？梢粤谐鋈缦路匠蹋航斩拤簤K機(jī)秸稈壓塊機(jī)秸稈壓塊機(jī) 由式(1)可以看出，壓實(shí)時(shí)問(wèn)和推出時(shí)間都是由進(jìn)給和后退兩部分組成的，只有壓實(shí)棒退出成型缸后，成型缸才能旋轉(zhuǎn)，而預(yù)壓時(shí)，預(yù)壓棒只需運(yùn)行到成型缸的頂端即可，無(wú)需后退，成型缸也可以旋轉(zhuǎn)，因此預(yù)壓時(shí)間只包括預(yù)壓進(jìn)給時(shí)間。旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機(jī)的生產(chǎn)周期為T(mén)： 2.2仿真實(shí)例 由北京林業(yè)大學(xué)對(duì)生物質(zhì)燃料常溫高壓致密成型技術(shù)及成型機(jī)理研究可知，玉米秸稈的壓縮比一般在7.95～8.74之間，本文取8。研究的成品燃料棒直徑約為100 mm，長(zhǎng)度約為80 mm。因此這三個(gè)成型缸的直徑也是100 mm。由于預(yù)壓階段秸稈松散，壓縮位移較大，而壓實(shí)階段壓縮位移較小，推出位移就是壓實(shí)位移和成型棒的長(zhǎng)度和。取旋轉(zhuǎn)式秸稈成型機(jī)的電機(jī)功率為36 kW，目標(biāo)函數(shù)為： 傳統(tǒng)秸稈成型機(jī)分為兩個(gè)階段：預(yù)壓和壓實(shí)。秸稈成品的推出力是依靠后一個(gè)秸稈的壓實(shí)力擠出的，所以相同情況下，傳統(tǒng)式秸稈成型機(jī)單個(gè)秸稈成品所用的時(shí)間是預(yù)壓時(shí)間與壓實(shí)時(shí)間的和，即： t"=t1+t2 =18.5s 由此可見(jiàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的產(chǎn)出率大大增加。 4、結(jié)論 以減少成型等待時(shí)間來(lái)提高成型機(jī)產(chǎn)出率為目標(biāo)，提出壓實(shí)缸旋轉(zhuǎn)的新設(shè)汁方案，并通過(guò)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了成型機(jī)的三個(gè)成型階段的功率合理分配。對(duì)成型機(jī)的研究具有很好的理論和實(shí)際意義。