【正文】 玉米秸桿生物燃料螺旋壓力機設(shè)計畢業(yè)論文目 錄[摘要] 1ABSTRACT 11緒論 4 4 4 4 玉米秸桿轉(zhuǎn)化為燃料的可能性分析 5 存在主要問題及今后看法 6 6 9 9 11 11 11 11 12 20 20 20 21 21 22 226其他零件的選擇 29 30 319. 螺釘校核 32結(jié)束語 34參考文獻 3410外文翻譯 361緒論 我國從20世紀80年代中期起開始了成型燃料的開發(fā)研究，生物質(zhì)固體成型燃料具有易運輸、易點火、燃燒效率高、燃燒性能好熱值高、火力持久、燃燒時幾乎不產(chǎn)生SO2 、不會造成環(huán)境污染等特點，可作為工業(yè)鍋爐、住宅區(qū)供熱、農(nóng)業(yè)暖房、戶用炊事和取暖的燃料。根據(jù)查閱文獻可知，玉米秸稈的燃燒分為三個明顯的階段，第一階段（大致為初始溫度為150℃ ）為水分的蒸發(fā)，第二階段（大致為150—400℃） 主要是揮發(fā)分的析出燃燒，第三階段 （大致為400—600℃）是固定碳的燃燒。其燃燒主要發(fā)生在揮發(fā)分析出燃燒階段。玉米秸稈的揮發(fā)分含量大，灰分含量較低，易于著火和燃盡。著火溫度為261℃ ，燃盡溫度為535℃[1]。根據(jù)玉米秸稈的燃燒性能可知玉米秸稈壓縮成型后適合于做生物燃料。 能源從柴草時期到煤炭時期，再到現(xiàn)在的石油時期，在人類社會的發(fā)展中扮演重要角色。人類消耗的主要能源長期以來一直都是石油、天然氣、煤炭等化石燃料，它們?yōu)槿祟惤?jīng)濟和社會的進步，及生活水平的提高做出了很大的貢獻。人類經(jīng)濟是不斷發(fā)展的，工業(yè)也在迅猛發(fā)展，解決能源問題就變得更加的迫切。據(jù) IEA（國際能源署）發(fā)布的《IEA世界能源展望 2007》預(yù)測，全球 2005 年到 2030 年間的一次能源需求將增加 55%，年均增長率為 %,其中化石燃料占總能源需求增長量的達到 84%。和其他國家一樣，能源安全同樣是我國的國家戰(zhàn)略安全保障基礎(chǔ)之一。對我國而言，原油產(chǎn)量增長幅度較小，而石油消耗量增長幅度較大，能源短缺表現(xiàn)的日益明顯。由世界能源儲備和消費狀況，我們可以清楚的意識作為主要能源的礦物資源是不可再生的，有一天會耗竭。在自然界中不斷再生、永續(xù)利用的可再生能源，具有取之不盡，用之不竭，循環(huán)再生的特點，如太陽能、風能、水能、地熱能等。研究、開發(fā)、利用各種可再生資源，借此節(jié)約規(guī)資源，對人類社會的發(fā)展有著重大意義。在可再生資源中，生物質(zhì)能是一種值的珍惜利用的資源。植物可以通過自身的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并且固定和儲藏在其體內(nèi)，即產(chǎn)生了生物質(zhì)能。生物質(zhì)能在可再生能源中占有重要地位，是第四大能源，其資源也是很廣泛的，比如農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)生物質(zhì)等。其中因其農(nóng)作物的品種較多，種植面積大即數(shù)量大等特點，農(nóng)作物秸稈在生物質(zhì)資源中占很大的比例。對于秸稈，我國一直對其進行了合理的利用，比如秸稈被用于燒火取暖做飯，建房避雨遮日，養(yǎng)畜積肥還田。隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的變化，以及農(nóng)民生活水平的提高，傳統(tǒng)的秸稈利用方式已不能適應(yīng)。一些農(nóng)業(yè)主生產(chǎn)區(qū)秸稈資源大量過剩問題日趨突出，這些廢棄物密度小、體積膨松、占地面積大，需要一定的人力、物力進行銷毀處理，一部分農(nóng)民采取就地焚燒秸稈的辦法處理，這樣會造成氣體的污染，煙霧使得高速公路被迫關(guān)閉，附近機場的飛機不能下降等嚴重的社會問題。研究、開發(fā)、利用各種可再生資源，借此節(jié)約常規(guī)資源，對人類社會的發(fā)展有著重大意義。開發(fā)利用生物質(zhì)能可以明顯緩解環(huán)境危機和能源危機，因為生物質(zhì)的燃燒緩解了煤炭等資源的消耗速度，并降低了污染氣體的排放量，實現(xiàn)了高效、潔凈化。作為可再生資源的生物質(zhì)能值得人們合理地去開發(fā)、利用。這樣可使能源得到有效利用，改善我國的能源利用和人類的生態(tài)環(huán)境，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前生物質(zhì)作為能源利用主要通過以下五個途徑:(1)生物質(zhì)發(fā)酵制取乙醇,利用是甘蔗,小麥,谷類,甜菜,洋姜,秸稈等為原料,通過不同的催化酶作用將淀粉轉(zhuǎn)化為糖,然后用發(fā)酵劑將糖轉(zhuǎn)化為乙醇,再通過蒸餾除去水分和其他一些雜質(zhì),得到最后濃縮的乙醉尤其是秸稈乙醇技術(shù)最熱門,國內(nèi)有很多高校和科研機構(gòu)正在科技攻關(guān),降低生產(chǎn)成本河南省天冠集團已經(jīng)投入試運行了秸稈乙醇生產(chǎn)線,技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位.(2)生物質(zhì)產(chǎn)生沼氣,生物質(zhì)通過細菌作用進行生物質(zhì)的分解這個過程也是一個發(fā)酵過程,產(chǎn)生C踐和C02氣體混合物在隔絕空氣沒有污水或者動物廢物存在的條件下,生物質(zhì)通過腐爛而生成的產(chǎn)物稱為生物氣(沼氣)這項技術(shù)已基本成熟,在我國的很多農(nóng)村得到了推廣利用(3)生物質(zhì)氣化,是通過生物質(zhì)在高溫(80()~900e)下部分氧化生成CO,也可用作化工原料我國秸稈氣化領(lǐng)域的領(lǐng)軍者,無論從理論還是技術(shù)方面都站在國內(nèi)的前沿尤其是廣州能源所研制的循環(huán)流化床技術(shù),已成功進入了實際應(yīng)用,進而與發(fā)電設(shè)備配套(4)生物質(zhì)制油,是在低溫及高的氣體壓力下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的液態(tài)碳氫化合物通過直接液化和間接液化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成液體燃料生物質(zhì)液化技術(shù)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能利用技術(shù)之一目前中國科技大學(xué)的科研人員已經(jīng)成功的從秸稈中制取重油,可進一步經(jīng)過提煉,作為燃油使用,但由于成本太高,目前還沒有推向市場(5)生物質(zhì)固化成型,是在一定溫度和壓力作用下,將各類分散的!沒有一定形狀的秸稈，農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)原料千燥!粉碎后壓制成規(guī)則的!密度較大的棒狀!塊狀或顆粒狀等成型燃料,從而提高其運輸和貯存能力,改善生物質(zhì)的燃燒性能,提高利用熱利用效率,擴大應(yīng)用范圍可以取代煤!燃氣等作為民用燃料進行炊事!取暖等,也可用于工業(yè)鍋爐(生物質(zhì)燃爐，壁爐，茶水爐，發(fā)電爐)的燃料 玉米秸桿轉(zhuǎn)化為燃料的可能性分析秸稈主要由纖維素,半纖維素和木質(zhì)素組成由于植物生理方面的原因造成秸稈的質(zhì)地疏松各種農(nóng)作物秸稈之所以能夠在不加粘結(jié)劑的情況下熱壓成型,主要是由于木質(zhì)素的存在〔,40/8天然狀態(tài)的木質(zhì)素被稱為原本木素,是一種白色或接近無色的物質(zhì),我們見到的木質(zhì)素的顏色是在分離!制備過程中造成的cm一,之間木材中木質(zhì)素的含量為27%一犯%(絕干原料),禾苗類植物木質(zhì)素含量為14%~25%由x射線衍射可知木質(zhì)素屬非晶體,目前認為木質(zhì)素以本丙烷為主體結(jié)構(gòu),共有三種基本結(jié)構(gòu)(非縮合型結(jié)構(gòu)),即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)!紫丁香基結(jié)構(gòu)和對梭苯基結(jié)構(gòu)十分有意義的是,除了酸木質(zhì)素和銅氨木質(zhì)素外,原本木質(zhì)素和大多數(shù)分離木質(zhì)素為一種熱塑性高分子物質(zhì),無確定的熔點,但具有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度,而且較高這種轉(zhuǎn)化溫度與其是處于濕態(tài)或者是干態(tài)關(guān)系很大, 資料表明,當溫度在70一110e時木質(zhì)素開始軟化,其粘合力開始增加當溫度達到200一300e時可以熔融,在此溫度下給生物質(zhì)施加一定的外力,原料顆粒開始重新排列位置關(guān)系,并發(fā)生機械變形和塑性流變在垂直于最大應(yīng)力方向上,粒子主要以相互嚙合的形式結(jié)合,而在垂直于最小應(yīng)力方向上,粒子主要以相互靠緊的形式結(jié)合,從而使生物質(zhì)的體積大幅度減小,容積密度顯著增大,成型棒內(nèi)部咬合外部融合,并具有一定的形狀和強度在除去外力和恢復(fù)常溫后,維持既定的形狀 存在主要問題及今后看法 秸稈在農(nóng)村的傳統(tǒng)利用在農(nóng)村面臨很多問題。秸稈燃料成型機本機是指以農(nóng)村的玉米秸稈、小麥秸稈、棉花桿、稻草、稻殼、花生殼、玉米芯、樹枝、樹葉、鋸末等農(nóng)作物、固體廢棄物為原料，經(jīng)過粉碎后加壓、增密成型，生產(chǎn)“秸稈燃料”的機器。秸稈成型的基本原理是利用壓模與螺桿間擠壓力和秸稈與模壁摩擦力相互作用原理，使物料獲得成型。物料在加工過程中無需加入任何添加劑或粘結(jié)劑。秸稈等物料中含有一定的纖維素和木質(zhì)素，其木質(zhì)素是物料中的結(jié)構(gòu)單體，是苯丙烷型的高分子化合物，具有增強細胞壁、粘合纖維素的作用。木質(zhì)素屬非晶體，在常溫下主要部分不溶于任何溶劑，沒有熔點，但有軟化點。當溫度達到一定值時，木質(zhì)素軟化粘結(jié)力增加，并在一定壓力作用下，使其纖維素分子團錯位、變形、延展，內(nèi)部相鄰的生物質(zhì)顆粒相互進行嚙接，重新組合而壓制成型。 本文的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個占地面積不大的秸稈成型機，即制塊部分。該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對秸稈、牧草等進行壓縮擠出，作為燃料使用。我運用計算機繪圖軟件，進行秸稈飼料成型機的三維設(shè)計建模，并對齒輪軸進行應(yīng)力分析和對齒輪以及軸承進行壽命及強度分析。經(jīng)查閱資料，得出如下圖 結(jié)論： 1）粉碎玉米秸稈的可壓縮性曲線可表示為指數(shù)模型 2）在玉米秸稈品種和壓縮室形狀等都確定的前提下,當達到相同的壓縮密度時,揉碎玉米秸稈的可壓縮性可以隨壓縮速度的增大而改善。初始的密度出現(xiàn)出差異,同樣的壓縮速度且達到相同的壓縮密度時,粉碎玉米秸稈的體積模量隨初始密度的增大而增大,壓縮密度越大,這種變化趨勢越明顯。且當壓縮密度大于230kg / m3時,可壓縮性趨于減小的速度明顯加快。3在玉米秸稈品種等因素都確定的前提下,隨著含水率的增加,可壓縮性較好。4)粉碎以后玉米秸稈的最佳壓縮密度為230kg / m3左右。 通過螺桿旋轉(zhuǎn)運動，將破碎后的玉米秸稈經(jīng)加熱加壓，從矩形截面的噴嘴擠出成型燃料。 動力傳動系統(tǒng)示意圖如下：電動機通過皮帶傳動同時驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)擠出產(chǎn)品 本來設(shè)計并沒有設(shè)計加熱料套。雖然轉(zhuǎn)動的螺桿對物料做功產(chǎn)生一定的熱，但并不足夠。為了使物料中的木質(zhì)素軟化熔融，外加熱能進行補償可使擠壓更加充分。 為了使物料在機筒內(nèi)承受逐漸增大的壓縮力，常將螺桿與機筒配合為如下三種型式 ： a. 種機筒 呈圓錐形，因此 ,機筒制造困難，很少采用。b. 種螺桿制造較為方便，在單螺桿機上, 應(yīng)用也較多。，制造方便、這種配合方式， 應(yīng)用較為廣泛。 料筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳遞的穩(wěn)定性和均勻性，并影響固體輸送效率。同時，料筒的機械加工性能和使用壽命也影響到整個擠出系統(tǒng)的工作性能。料筒必須采用優(yōu)質(zhì)的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕和高強度的材料制成。同時，還應(yīng)當具備較好的機械加工性能和熱處理性能。 常用的材料有45鋼、40Cr、38CrMoAl以及鑄鋼和球墨鑄鐵。我們選用45鋼或40Cr。機筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量的傳遞的穩(wěn)定性和均勻性；機筒的機械加工和使用壽命也影響到整個擠壓系統(tǒng)的性能設(shè)計機筒，要考慮到機筒結(jié)構(gòu)形式的選擇及機筒上加料口的形式，機筒與機機頭的聯(lián)結(jié)形式以及對機簡機械加工制造的難易問題。機頭的聯(lián)結(jié)形式以及對機簡機械加工制造的難易問題。螺桿和機筒的兩個零件組合質(zhì)量對物料的塑化，制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，都有重要影響。他們的工作質(zhì)量與制造精度，裝配間隙有關(guān)。整體式機筒，其特點為長度大，加工要求比較高，在加工和裝配精度上容易得到保證，也可簡化裝配工作；在機筒上設(shè)置外加熱器不易受到限制，機筒受熱均勻，但機筒的加工設(shè)備要求比較高，機筒內(nèi)表面磨損難以修復(fù)。分段式機筒，其特點是機械加工容易，便于改變比，只是對中難，法蘭連接處影響機筒的加熱均勻性。雙金屬機筒主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是襯套式機筒；另一種是在機筒上澆鑄一層合金箔層，簡稱為澆鑄式機筒。對于襯套式機筒而言，它可更換合金襯套，襯套可以做成整體、分段式，可節(jié)省貴重金屬，襯套磨損后可更換，可提高機筒的使用壽命，但是制造設(shè)計復(fù)雜，設(shè)計時應(yīng)注意到襯套與機筒的配合，過松時易轉(zhuǎn)動，過緊時裝配又難，故在二者之間加上一個止動鍵。綜上所述，本機選用整體式機筒。 加料段料筒的設(shè)計軸向開槽套筒結(jié)構(gòu)具有幾種形式，經(jīng)考慮多種因素選用如下圖的形式：圖52軸向開槽套筒結(jié)構(gòu)自機筒加料口前端至軸向槽結(jié)束之處套筒的軸向長度L，一般取L=(3～5)D。料筒的結(jié)構(gòu)如上圖所示,軸向溝槽的數(shù)量和螺桿的直徑大小有關(guān)，一般螺桿直徑為120mm，溝槽數(shù)目取12，凹槽寬度應(yīng)大于高聚物顆粒的最長尺寸，同時與螺桿的直徑大小有關(guān)，取10mm,槽深為4mm。加料段設(shè)置有錐形套筒時，物料在該段的螺槽種能提早形成高的壓力，螺桿在有進料套筒和無進料套筒的機筒中，在同樣速度下，有進料套筒者能提高生產(chǎn)能力。 加料口的選擇加料口的結(jié)構(gòu)必須與物料的形狀相適應(yīng)，是被加入得物料能從料斗自由流入螺桿而不中斷。加料口的形狀及其在料銅上的開設(shè)位置對加料性能有很大影響。加料口應(yīng)能使物料自由而高效地加入料筒而不產(chǎn)生架橋，設(shè)計時還應(yīng)考慮到加料口是否是與設(shè)置加料裝置，是否有利于清理，是否便于在此段設(shè)置冷卻系統(tǒng)。常見的加料口斷面開頭很多，如下圖所示：圖53 加料口斷面(a)類主要適用于帶狀料的加料口，不宜用于?？坪头哿希?c)和(e)類為簡易式擠塑機上用得較多；（b）（d）（f）三種類型用得較廣泛，其中（b）類的有口壁傾斜角一般為7—15，稍大于此值，實踐證明(b)和(d)類加料口不論對粉類，科類帶粒均能很好的適應(yīng)。經(jīng)綜合考慮，決定本機采用(b)類加料口。機筒材料的選擇機筒在擠塑機擠出時受到高溫（300℃）以上，高壓（40M）的作用，成型聚乙烯等高溫仿腐蝕性氣體，這就要求機筒的硬度高，耐腐蝕性及耐磨性好。38CrMoAl氨化鋼的綜合性能好，被廣泛使用，故本機采用它來做機筒材料，其襯套材料用地合金氨化鋼。我們選螺桿材料的選擇螺桿的工作環(huán)境：螺桿在工作時，受高溫，高壓的作用，同時受機械刮磨，且螺桿受大扭距作用，軸向力很大。使用要求：螺桿與機筒的間隙特別重要，要保證滿足要求，因此就要求螺桿在工作中變形小，耐腐蝕，強度高，壽命長。因此選用38CrMoAl型氮化鋼，因其綜合性能好，使用廣泛，表面硬度HRC=60用38CrMoAL氮化鋼。 螺桿的主要參數(shù)的選取與確定 1螺桿直徑： 我國擠出機標準所規(guī)定的螺桿直徑系列有：4690、1150、200。通常： 大截面的制品所選的螺桿直徑要大一些，這對于制品的質(zhì)量、設(shè)備的利用率和操作比較有利， 我們選90。螺桿長徑比 L/D其生產(chǎn)率簡化公式為： 其中： — 螺桿的直徑（厘米） n — 螺桿的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒） Q — 生產(chǎn)的能力（） — 第一計量段螺槽深度（厘米）