液压驱动生物质成型机机械系统设计

生物质能是仅次于石油、天然气和煤炭而居于世界能源消费总量第四位的可再生资源，生物质能在整个能源系统中占有重要地位，有可能成为未来可持续能源系统的重要组成，在20世纪40年代生物成型技术出现研究热潮，把生物质粉碎、挤压成型成为相关学者研究热点。生物质成型机在这样的背景下产生。

本文以农作物秸秆为生物质原料，研究了一种以液压驱动双活塞双向冲压成型的生物质成型机机械系统，对提高生产率具有重要意义。

1　液压驱动生物质成型机机械系统结构设计

本文用分模块设计方法，按作用将成型机机械系统划分成五个模块，各模块来同步设计，对缩短成型机设计和安装周期具有重大意义。

1.1　主压装置是成型机机械系统核心，是生物质原料冲压成型的主要动力原件

根据相关生物质成型机专家和学者实验研究表明：在一定范围内，成型压力与成型密度呈正相关系，成型密度随着压力的增大而增大，所以调高成型压力，一定程度上提高了生产率。

F=PAη=P（S1-S2）η=P（∏d2/4-D2/4）η

（1）式中F–生物质成型压力；P—单活塞活动工作压力；

A—活塞有效工作面积；S1—液压缸内径横截面积

S2—活塞杆横截面积；η—液压油缸机械效率

d—液压缸内径　D—活塞杆外径

根据（1）公式可知：设计双缸双活塞双向冲压结构，增大了活塞有效工作面积，在液压缸体积和单活塞工作压力一定条件下，提高了成型压力，对提高生产率具有重要意义。为此，根据成型机整体体积和布局要求，主压装置设计成液压驱动双液压缸串联双活塞双向冲压结构，具体结构如图所示。

1.2　成型装置设计

成型装置是生物质原料加热和成型的主要构成，改装置的设计是否合理，直接影响系统能耗和原料成型质量。

为了提高加热系统热利用率，成型装置利用保温棉提高保温效果。由于生物质原料中存在水分，温度过高，生物质在干馏过程中易产生高压蒸气，会发生“放气”和“放炮”现象，中断成型，在成型安置的锥套上设计排气小孔，可以降低筒内水蒸汽的压力，减少“放气”和“放炮”现象。为了工作安全，在成型装置外表面设计了防护盖，避免了生物质成型过程中高压水蒸汽及成型棒伤及工作人员。

1.3　两级预压装置设计

由于农作物秸秆加工前密度很小，为了提高生产率，需在单位时间内一次增加原料压缩量，一次增加原料增加量途径有两种：增加原料密度或增加原料进给量。增加原料密度，需要对原料进行预压。增加原料进给量需要原料多次进给或增大进料仓体积。分析这两种途径，增大原料密度意义较大，为此该成型机机械系统中设计了两级预压装置。

1.4　液压驱动生物质成型机机械系统总设计图如下：

2　结语

本文设计了一种以液压驱动双活塞双向压缩成型为核心，螺旋预压装置和水平液压预压装置为辅的生物质成型机机械系统，用分模块设计方法，按作用将成型机机械系统进行模块划分，并使用AutoCAD、UG等相关机械设计软件辅助，分别对各模块同步进行详细结构设计，最后各模块组合出成型机的机械系统。该设计方法提高了成型机设计质量，缩短了设计和安装周期。

根据成型压力和活塞工作压力关系：F=PAη，可知在液压缸体积和活塞工作压力一定条件下，增大活塞有效工作面积，能有效提高生物质成型压力，一定程度上提高了生产率。