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木屑颗粒机磨具的设计

作者:威尼斯登录中心   时间:2016-04-14 14:52:54

                                                                              木屑颗粒机磨具的设计
木屑颗粒机磨具作为木屑颗粒机的核心部件其设计是提木屑颗粒品质和产量,降低能耗(制粒能耗占整个车间总能耗30%-35%),减少生产成本(环模损耗一项费用占整个生产车间的维修费25%-30%以上)等方面影响极大。同时也是木屑颗粒机最易磨损的零件之一,因此,了解环模的设计及应用,并对环模进行正确的选用、合理的使用以及有效的保养,对于木屑生产者来说是至关重要的。下面对环模的设计及其选用、使用和保养作些浅析,以供大家参考。
1环模直径和环模有效压制宽度等参数的确定
a、环模直径和有效宽度是环模的主要参数:
首先根据国内外制粒机参数及优先数列确定环模直径系列:250、300、320、350、400、420、508、558、678、768等;相对功率为15、22、37、55、75/90、90/110、132/160、180/200、220/250、280/315;根据等有效压制面积等功率之比值(一般14~22cm2/kW),确定环模有效宽度(有效宽度是指环模中间与压棍接触部份)。另外很多国内制粒机是吸收国外技术,所以也有不少环模直径采用英制尺寸或近似值,如:SZLH3016环模直径16英寸(406,407)、SZLH3020环模直径20英寸(508)、SZLH3022环模直径22英寸(558)、SZLH7726环模直径26英寸(660)、304环模等。
b、木屑颗粒机压棍的转速的确定
压棍转速与机器本身的几何参数(压辊个数、模孔直径、深度等)相关。根据资料和多年来国内制粒机的技术参数及对国外样机的数据检测,对于采用二个压辊的环模制粒机,以环模内径处线速度(也叫环模线速度)6-12m/s较为合适,这是木屑颗粒机与饲料颗粒机的转速不同之处,它的高低影响到挤压区内的料层厚度及物料通过模孔的时间,进而影响制粒机产量和颗粒质量。线速度过高时,相同产量条件下环模每转产出颗粒少,挤压区内料层薄,轴向料层分布不均匀,有可能使挤压区内的物料形成断层,制粒不连续,制出的颗粒松软,轴向压出颗粒长度不匀,粉料多,而且对于水分含量较高的物料还易打滑,甚至根本不能制粒;较低的环模线速度虽然制出的颗粒质量好,但对产量影响较大。
c、 压辊直径的确定
颗粒形成的基本原理如图。它是通过环模和压辊之间相互的挤压力,克服物料通过模孔的阻力,从而达到制粒的目的。(挤压原理图见图一)
相同环模下,压棍直径越大,环模和压棍之间型成的三角挤压范围越大,越利于挤压作用。理论上单辊的压辊直径可做得最大,挤压时间,挤出效果应最好,但在机器运转时,压辊和压模之间的作用力在主轴、主轴轴承、空轴等之间传递,所以单辊制粒机的主轴、主轴轴承、空轴等机械结构粗大,只在小型实验室制粒机及难于制粒的大型秸杆压块机中运用。双压辊制粒机的两只压辊之间挤压力F1和F2相在主轴头上平衡;压模上的反作用力F1’和F2’相互抵消,设备上的主轴(主轴轴承处)、主轴轴承、空轴上受力小,机械结构小,是实际中使用最多的机型。根据经验确定压辊外径与压模内径比为0.475,并圆整后确定压辊直径。三辊制粒机三辊之间受力也能平衡,但压辊和压模内径比不高。另外对于秸杆木屑等纤维状物料的物料,压辊之间不平衡力(两挤压力F1-F2之差)须和压模上的反作用力之差(F1’-F2’)通过主轴、主轴轴承、空轴来抵消,所以主轴(主轴轴承处)、主轴轴承、空轴、环模、压棍的结构都要加强。
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单辊制粒室                                            双辊制粒室
图一、挤压原理图
 
单辊挤压室:L为压辊中心和压模中心在挤压力垂直方向上距离;挤压力作用在环模的力F1’;转速一定条件下,L*F1’正比于输入功率。压辊和压模中心越小,L越小,挤压力F1’越大。
另一方面,F1和F1’这一对作用力和反作用力必须通过压辊壳、压辊轴承、压辊轴、主轴、主轴轴承、空轴、环模后相平衡。所以F1越大,主轴、主轴轴承、空轴结构必须越大。
这类制粒设备挤压力最大,压缩区范围大,压缩平稳;挤压区范围大,挤出颗粒质量好,并且回弹量小、挤压室内摩擦功耗小,功率用于挤出作用多。这类制粒机主要用于小型机中。
双辊挤压室:L为两压辊中心在挤压力垂直方向上距离;F1、F2分别为两压辊上的挤压力,F1’、F2’为作用在环模上的挤压力(反作用力);在转速一定下,(F1+F2)*L/2正比于输入功率,所以中心越大,L越大,挤压力越小。
另一方面F1通过压辊外壳、轴承、压辊轴、主轴头和另一对压辊的F2相平衡;F1’通过环模和F2’相平衡,制粒机的主轴(主轴轴承以后)、主轴轴承、空轴等受挤压力影响小。
在挤压秸杆木屑等纤维质物料时F1、F2受力波动大,F1和F2不平衡力(F1-F2)又必须通过主轴、主轴轴承、空轴和环模上的两个反作用力的差相平衡,这类制粒设备振动大,结构上必须加大加粗。
2 环模材料和热处理
环模通常由碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢经锻压、切削、钻孔、热处理等工序制成。环模所用的材料和每个加工工序对其使用寿命及制粒质量、产量有直接的影响。碳素结构钢主要有45钢,其热处理硬度一般为HRC45~50,其耐磨性和耐腐蚀性都较差,现基本被淘汰;合金钢主要有20CrMnTi材料,它是通过表面渗碳等表面热处理,处理硬度在HRC50以上,并具有良好的综合力学性能,由此类材料制造的环模强度高,耐磨性好于45钢;不锈钢材料主要为4Cr13,这些材料的刚度和韧性都较好,热处理是整体焠火,硬度大于HRC50,并具有良好的耐磨性和耐腐蚀性,使用寿命较长,但是价格昂贵,因此市面上还是采用20CrMnTi合金钢材质的较多。
3、环模孔结构、压缩比、粗糙度及环模模孔加工设备
常见的环模模孔主要有直孔、带减压孔、外锥形孔和内锥形孔等。带减压孔又称释放孔,如图2所示,不同的模孔形式适合不同种类的饲料原料或不同的饲料配方。同一环模中,越程槽边上的直孔长度L与环模中心部位的直孔长度L也都不一样。在压棍对压模的压力和阻力一样下,越程槽边的物料容易挤出越程槽,而不进入模孔。所以一般在越程槽边上两排带有减压孔(或减压孔长度M大于环模中心的模孔的M),并且第一排减压孔长度M大于第二排,使各模孔出料量一致。模孔主要参数有:
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d----模孔直径、T----环模厚度、L----模孔有效厚度、M----减压孔长度、a----模孔中心距、t----模孔间壁厚、D----环模直径、E----环模有效宽度、
图二、模孔图
a、环模模孔各参数的作用与含义
环模压缩比I=L/d,它是反映木屑颗粒挤压强度的一个指标。压缩比越大,挤出的颗粒越结实。所以环模模孔d确定,根据木屑的原料不同来确定,即环模压缩比I一定条件下,环模的有效厚度L=I*d就确定了。一般木质类的压过比为4.2这个比例基本符合大多数地区木质材料的压缩成型,当然也需要根据当地树木的生长周期来确定。详情可以咨询济南冠贝机械工程师。T为环模厚度,它的最小值T1和环模受力有关,压棍对环模的挤压力越大,环模最小厚度T1越大。当模孔有效厚度L<T1时,为保证环模强度,环模厚度必须T≥T1,所以有一减压孔M=T-L,即带减压孔形环模;当环模有效厚度L≥T1时,一般环模厚度T=L,即直孔形环模;减压孔孔径比模孔直径d大,物料通过减压孔时不产生摩擦力。
导料锥孔:便于物料流入模孔,环模在使用过程中,导料锥孔磨损最快,他直接关系到模具的使用寿命,因为在压缩比确定的情况下,一但导料锥孔磨损完毕磨具只能报废。
1)环模工作面积F=π*D*E,木屑颗粒机的设计功率和环模工作面积成正比,因此功率一定的制粒机,一般环模直径D和环模有效宽度E成反比。
2)环模模孔按等边三角形原则排孔。环模开孔率为ψ=0.9*(d/a)2=0.9*[d/(d+t)]2,开孔率越高,则出料多。另一方面,模孔间壁厚t越大,则环模强度越大,开孔率越小。对于合金钢环模,采用表面渗碳焠火工艺,则模孔间壁厚t等于2倍渗硬层加中间软层,软层越小,环模越容易开裂,所以要选择合适的壁厚t来保证环模强度和开孔率。从上面的公式可以看出,一般的规律是,模孔直径越大,环模开孔率越高。开孔率越高,出料越通畅,但模孔壁厚t减小了,环模强度减小。所以一定要根据强度确定开孔率大小,挤压力大的草料、秸杆料、木屑等物料环模的开孔率要小,以保证环模强度,防止环模开裂。这就是为什么双层磨具的设计原因所在。如下图:
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b、粗糙度也是衡量环模质量的重要指标。在同样的压缩比下,粗糙度值越大,木屑颗粒挤出阻力越大,出料越困难,过大的粗糙度也影响颗粒表面的光滑度。合适的粗糙度值为应在0.8~1.6之间。在合适的压缩比下,模孔粗糙度高的新模使用时,必须用带有研磨砂的油性料研磨30分钟以上使用,但是采用表面硬化处理的合金钢环模,易磨掉硬化层,减少环模的使用寿命。现在环模生产制作中,一般在热处理后加一精铰工序,增加环模光洁度,保证环模一次出料。
4. 环模的使用和环模的保养
正确地调整环模和压辊之间的工作间隙是环模使用的关键。一般来说,环模与压辊之间的间隙在0.1~0.3mm之间为宜。间隙过大则由于环模和压辊之间的挤压力不足以克服物料通过模孔的摩擦力而造成塞机。间隙过小则容易损伤环模及压辊。通常情况下,新压辊和新环模相配宜采用稍大的间隙,旧压辊和旧环模相配宜采用较小的间隙,大孔径的环模宜选用稍大的间隙,小孔径的环模宜选用稍小的间隙,容易制粒的物料宜取大间隙,难以制粒的物料宜取小间隙。对于操作者来说,要有实际的操作经验,对环模间隙能够熟练地进行选择和调整。这一调整工作是比较难以掌握的,它需要靠制粒工通过长期的生产实践和认真探索才能熟练掌握。
  济南冠贝机械高级工程师撰写此文,版权有转载请说明出处。

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