关于民品生物燃料成型机中环模加工的工艺技术
生物质固体成型燃料环模成型技术研究进展
生物质固体成型燃料环模成型技术研究进展摘要：综合分析了国内外生物质固体成型燃料环模成型技术、成型设备及产业发展现状，比较了生物质环模颗粒成型机和生物质环模压块成型机的性能和产品，指出了生物质固体成型燃料环模技术及设备存在着基础理论薄弱、原料适应差、易损件寿命短等问题；提出了我国生物质固体成型燃料环模成型技术的发展方向。
引言生物质能作为一种清洁能源，具有可再生和环境友好的双重属性。
发展生物质能，既有利于缓解我国能源紧张的局面，减少温室气体的排放，保护生态环境，又有利于改善农村居民生产生活条件，增加农民收入。
我国是一个农业生产大国，具有丰富的生物质资源。
目前，农作物秸秆年产量已超过7亿t，折合成标煤约为3.5亿t。
此外，我国还有约13亿t林木业生物质资源可供利用。
生物质固体成型燃料是各类原来分散的、没有一定形状的秸秆等生物质经干燥和粉碎后，在一定温度与压力作用下，压制成的具有一定形状的、密度较大的新型清洁燃料。
它具有便于储存和运输等优点，不仅可为农村家庭提供炊事、取暖用能，也可作为工业锅炉和发电厂燃料，替代煤、天然气、燃料油等化石能源，是生物质能利用的重要发展方向之一。
随着农村居民生活水平的提高、对新型能源需求的扩大以及加强环境保护、应对全球气候变化的战略需要，生物质固体成型燃料已成为一种极具竞争力和发展潜力的替代能源。
目前，生物质固体成型燃料的成型设备主要有螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成型机和压辊式成型机等3种形式。
其中，压辊式成型机分为环模成型机和平模成型机。
环模成型机采用环状压模，成型模孔环状径向辐射均布，工作区接触面积大、模孔多，环模与压辊接触线上各点等速，具有生产率高、能耗较低等优点，已经逐渐成为当前欧美等发达国家的主流技术。
本文拟通过对国内外生物质固体成型燃料环模成型技术发展现状及趋势等进行综合分析，探讨制约产业发展存在的关键技术问题，并提出下一步研究方向及对策措施。
1技术发展现状1.1环模成型理论研究进展生物质压缩成型技术研究，早期主要集中于成型压力和密度上。
生物质燃料固化成型环模参数化设计
生物质燃料固化成型环模参数化设计谷志新;杨迪;徐凯宏【摘要】我国在生物质燃料成型机的设计理论研究方面已经取得了很大的进步,但仍存在生产效率偏低、能耗偏高等缺点.参数化设计是利用先进的参数化设计软件Pro/Engineer优化参数,研究环模的力学特性,找到最佳的成型参数,建立环模的理想模型,计算相关结构参数,分析环模结构参数对生产效率、成型品质和成型机稳定性的影响.参数化设计可大大节约设计时间,增加模型的利用率,优化设计,加快环模成型机的产业化进程.【期刊名称】《能源研究与信息》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】5页(P101-105)【关键词】环模;Pro/E;成型;生物质【作者】谷志新;杨迪;徐凯宏【作者单位】东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040;牡丹江大学机械工程学院,黑龙江牡丹江157011;东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】TH128环模是生物质燃料固化成型机的核心部件，环模的结构参数、力学特性直接影响着生物质成型燃料的质量、产量及生物质固化成型的产业化的发展历程。
1 生物质燃料固化成型原理黑龙江地区的生物质燃料固化成型常用的原料主要有玉米秸秆、锯末、稻壳、木屑等。
固化成型技术将这些生物质原料用机械加压的方法，把松散、无定型、低热量的生物质原料固化成具有一定形状、密度较高、热值高的固体成型燃料[1]。
生物质固化成型燃料(BBDF)成型后体积缩小为原来的 1/8～1/6，密度达到 0.9～1.1，其热值达 14.644～16.736 000 MJ [2]，如表 1。
表1 生物质成型燃料与常规能源的性能Table 1 Characteristic parameters of conventional fuels and biomass briquettes煤炭(Ⅱ类烟煤) 轻柴油天然气生物质成型燃料密度/(kg⋅m-3) 1 100～1 400 0.82 0.75～0.8 800～1 100燃料发热量 17 572 800/(J⋅kg-1) 42 676 800/(J⋅kg-1) 35 982 400/(J⋅m-3) 14 644 000/(J⋅kg-1)CO2排放量/(mg⋅m-3) 955 818 430 0 SO2排放量/(mg⋅m-3) 900 160 0.10 46 NOx排放量/(mg⋅m-3) 600 55 0.50 73.1生物质原料中含有纤维素、半纤维素和木质素，占植物体成分2/3以上，如表2所示。
生物质固体燃料成型工艺技术浅析
生物质固体燃料成型工艺技术浅析丁志欣【摘要】文中介绍了两种不同的生物质固体燃料成型工艺,对比分析了每种工艺的优缺点,介绍了其各自的适用范围,指出了我国现存生物质固体燃料成型工艺的存在问题,并且展望了未来生物质固体燃料成型工艺的发展趋势.【期刊名称】《新疆农机化》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】2页(P33-34)【关键词】生物质;固体燃料;成型工艺【作者】丁志欣【作者单位】新疆维吾尔自治区农牧业机械产品质量监督管理站,新疆乌鲁木齐830054【正文语种】中文【中图分类】S817.2+20 引言我国拥有丰富的生物质资源，然而得到有效利用的只占很少一部分，其中大部分被农村居民用于焚烧取暖，这样做的最大弊端是以环境为代价。
生物质固体燃料成型技术的研究意义在于优化能源结构体系，缓解能源危机；改善农村经济，提高农民生活水平；减轻环境污染。
生物质固体成型燃料的发展已经有很长一段时间了，最早在这方面取得应用的是欧美的一些国家，目前已经取得了相当大的成果，并建立了完善的商业体系，甚至在一些国家中，生物质固体燃料已经在国民生产总值中占有一定比例。
而在我国生物质固体燃料成型技术还处于研发阶段。
1 生物质固体燃料的主要原料简介生物质固体燃料，主要以草本类生物质和木质类生物质为主。
草本类生物质通常指草地生长的、树木以外的稻科植物和豆科植物，像稻、麦、玉米、高粱等都属于稻科植物；木质类生物质原料由森林产生，分为副产物和以生物质原料为主的产物两类，前者为林业剩余物，后者为低质阔叶树林、快速生长树林[1]。
目前生物质原料应用最多的就是玉米、小麦、高粱以及棉花以等农作物秸秆和木制品工业的残余物[2-3]。
2 生物质固体成型燃料的成型工艺2.1 传统工艺生物质固体成型燃料成型工艺是指将农作物秸秆等生物质原料加工成固体成型燃料的方法、技术等，包括整条生产线技术和设备。
生物质固体成型燃料技术的机理是通过特定温度与压强，将农作物秸秆、树枝等生物质原料，经过干燥、粉碎以及成型等工序，获得外表形状规则、致密且具有良好燃烧性能环保的固体燃料[4-5]。
生物质成型燃料生产工艺流程
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关于民品生物燃料成型机中环模加工的工艺技术
关于民品生物燃料成型机中环模加工的工艺技术1.简介环模民品项目生物燃料成型机中的关键零件，由于零件在圆周上有三排径向孔共444个，受此结构特点的限制，加工时需要专用工装，环模的加工制造质量将直接影响生物燃料成型机压出成品质量。
依据用户需要成品直径多少，环模孔应是多少，只要更换环模就能满足用户需求，所以环模的加工质量将影响生物燃料成型机加工产品的质量。
为此设计专用钻模，钻模采用回转式结构，用于加工分布在圆周上的径向孔。
此夹具保证零件加工的位置精度、尺寸精度，提高加工效率，满足零件的设计和使用要求。
2.应用领域属于机械加工领域，环模零件适用于各种类型生物燃料成型机及其他民品项目上。
3.与国内外行业对比环模零件在圆周上有三排径向孔的加工，无论在什么设备上，都需设计专用夹具。
比较先进的加工方法是：在数控机床上加工，用夹具定位后，利用旋转工作台，并有专用刀具。
选用普通钻床，通常的方法是设计专用夹具，此夹具具有回转结构，从而实现圆周上径向孔的加工。
4.技术原理4.1零件的工艺分析4.1.1零件结构特点：如图所示：该零件外圆直径ф670mm，内孔直径ф520mm，长度100mm。
在圆柱面上有三排ф10mm孔共计444个，孔的表面粗糙度要求ra6.3，内圆柱面ф520mm的相应位置有三个梯形槽，槽的粗糙度ra6.3.零件的材料为40cr，为锻件，热处理硬度为269～321hb。
4.1.2零件的工作原理将准备压制的秸秆切成长50mm，经上料机将物料送入进料口，通过主轴转动，带动压辊转动，并经过压辊的自传，物料被强制从环模孔中挤出，并从料口落下。
环模尺寸公差影响两压辊与环模之间的调整间隙。
零件的加工尤为重要。
4.1.3工序设计根据工艺过程拟定原则，拟定环模的工艺过程，并考虑到现有的生产条件下及考虑小批量生产的需要，合理安排切削加工工艺路线为：工序1锻件毛坯——工序2粗车按图纸尺寸留量8～10mm——工序3热处理-工序4精车用车床车cw6180外圆ф670+0.20及端面——工序5车ф520+0.20内孔及端面100尺寸达到图纸要求——工序6用钻床z3080在钻在圆周上的平行三排ф10孔444个孔钻模——工序7立车车ф520内孔上有三个槽——工序8划线——41-m10和8-m8位置度0.4mm螺纹孔位置线----工序9在镗铣床上打点——工序10在用钻床z3080钻孔、攻丝达到图纸要求——工序11检验合格。
生物质成型燃料技术及设备
生物质成型燃料技术及设备随着全球对环境保护与可持续发展的日益重视，生物质成型燃料技术成为一种备受关注的新型能源。
生物质成型燃料是通过压缩、成型、干燥等工艺将纤维素、木质素、半纤维素等生物质材料转化为可供燃烧的固体颗粒。
一、生物质成型燃料的优势（一）环保生物质成型燃料是一种清洁环保的能源，其燃烧过程中产生的二氧化碳与生物质的吸收过程相等，具有零排放、零污染的特点，不仅能够有效减少温室气体的排放，而且也有助于改善环境质量。
（二）可持续相比化石能源，生物质成型燃料可以被再生，能源的供应源源不断，能够满足可持续发展的需求，同时也有助于农村经济的发展，提高当地居民的就业和生活水平。
（三）使用灵活生物质成型燃料可以直接替代煤、油、天然气等传统能源，可以用于工业、家庭，也可以直接作为燃料供应给电厂等大型能源消耗单位，使用范围广泛、灵活。
二、生物质成型燃料的制作工艺（一）原料准备生物质成型燃料的原材料可以是农作物秸秆、木屑、锯末、花生壳等由植物制成的废弃物，也可以是动物粪便等由动物所产生的废弃物。
（二）碾粉生物质成型燃料制作的首要工艺是将原材料碾粉，使其变成适合成型的颗粒，可以采用切割机、破碎机、分离器等设备进行碾粉。
（三）干燥生物质成型燃料的制作需要将原材料中的水份进行蒸发，使其含水率在10%以下，因为原材料中含水量高，会使成型后的燃料热值降低，同时水份还会影响生物质颗粒的耐久性，造成颗粒的断裂、粉化等现象。
常用的干燥设备有烘箱、滚筒干燥机等。
（四）成型干燥后的生物质原料需要进行成型，成型方法分为两种：压制成型和挤压成型。
压制成型是利用模具将碾好粉的生物质原料按规定形状压成颗粒状，这种成型方式应用于小型燃料生产和家庭燃料使用。
挤压成型是利用挤压机将碾好粉的生物质原料加水后挤压成管型，通过切割出现的环形物称为螺旋成型颗粒。
这种成型方式适用于大型燃料生产和工业燃料使用。
（五）冷却与包装成型后的生物质颗粒需要进行冷却和包装，冷却过程使颗粒温度降至室温，以便保证燃料的质量。
生物质成型燃料技术
立式环模成型机的压模和压辊的轴线都为垂直设置，此机型具有 构造简单、结构紧凑、使用方便等特点。
环模成型
单辊
双辊
三辊
环模成型
环模成型部件 不同结构形式的压辊
平模成型
单辊
整体式
组装式
不同结构形式的压辊成型部件
三.生物质炭化技术
炭化炉的类型
②纯增加黏结力，减少动力输入。 要求：生物质颗粒尺寸要小，便于黏结剂均匀接触。一般在预压前输 送的过程中添加，以便于搅拌。
生物质成型设备
Loose biomass Coolant
Flail
螺旋挤压成型
活塞冲压成型
模压成型
螺旋挤压成型设备
Loose biomass Coolant
Flail
成型螺旋
加热方式： 电阻丝加热、导热油加热。应先预热后开机。
也可加大成型模内壁的夹角，利用挤压过程中产生摩擦热加热。 但动力消耗大，螺旋头和模具磨损加剧，一般30~50h就得更换螺旋 头。
添加黏结剂
目的： ①增加压块的热值，同时增大黏结力。 方法：加入10%~20%的煤粉或炭粉。 注意事项：添加要均匀，避免因相对密度不同造成不均匀聚结；
在工作过程中，由于压辊和压模之间存在相对滑 动，对原料可起到磨碎的作用，所以允许使用粒 径稍大的原料。
（三）压辊式环模成型机
采用环形压模和圆柱形压辊压缩成型。 根据结构布置方式不同可分为立式和卧式两种。
卧式环模成型机的工作原理： 主轴转动使环模旋转，原料经进料刮板被卷入环 模和压辊之间，并带动压辊旋转。环模与压辊相 对旋转对原料逐渐挤压，并挤入环模成型孔成型， 并不断向孔外挤出，再由切刀按所需长度切断成 型颗粒。
生物质成型燃料加工装备技术
生物质成型燃料加工装备技术
该技术成果以枝条、树皮、秸秆等农林剩余物为原料，经同轴搓揉旋切装置、动、定刀与锤片组合装置及下置式筛分装置与一体的多物料一次粉碎机粉碎，粉碎后的物料通过输送与高压脉冲除尘装置输送入到机械浮动式自动喂料装置中，该装置能根据颗粒成型质量、负载变化而自动调节喂料量、自动调节水分。
最终将适合成型的物料送入平模式压块成型机中压块成型，最终形成成型燃料。
考虑到加工密度的调节和辊模间间隙的调整，平模成型机中设计有液压调节机构，一是保证加工过程中的加工压力的稳定，二是保证辊模间间隙的自动调节，同时考虑到安装与维修的方便性，在制粒室周围设计有观察与调节窗口。
该技术成果适应于我国农作物秸秆的固化成型，还适应于林业采伐和林木制品加工厂产生的废弃物成型，同时适应于食用菌生产中的废弃物—菌渣的固化成型。
3吨秸秆成型燃料约可替代2吨普通燃煤，1台本机组年单班生产1500吨成型燃料约可替代1000吨普通燃煤；约可降排SO224.5吨；降排CO2 2000吨（秸秆燃烧排放CO2按零计）。
年生产1500吨颗粒燃料，相当于利用了大约1500～2000亩地的秸秆，既减少了焚烧秸秆带来的污染，又开发利用了生物质能源。
如果我国每年利用3亿吨农林废弃物加工成型燃料，每年可节约标准煤1.5亿吨，相应可减排燃煤所产生
的SO2约241万吨，减排温室效应气体CO2约3.2亿吨。
经济、社会效益十分显著。
生物质颗粒燃料工艺流程与设备
木质颗粒燃料技术方案1、生产流程木质颗粒燃料生产由原料、筛分、干燥、旋风分离、成型制粒、冷却、筛分、成品等过程组成，同时，各部分都配有严格的质量监控系统，以确保产品的品质，产品生产工艺流程图见附件。
木质颗粒燃料生产流程图原料堆场：原料以锯末为主。
原料库面积500平方米左右，为保证燃料正常、持续生产，需要至少保证15天左右生产的原料需求。
因此需堆放500~600吨原料。
原料库搭建顶棚防雨、防雷、防风，与生产区和生活区的防火间距大于50米，距公路大于30米，距电力变压器大于30米，并采取隔离措施和设置完备的防火配套设施，以确保安全。
筛分：原料通过绞龙输送机输送到筛分机（3kW）进行筛分，提出较大木块或铁钉等杂物。
干燥：生物质成型燃料对原料的含水量有较严格的要求，原料经过筛分后，通过绞龙输送机输送到滚筒式烘干机通过热风进行干燥。
旋风分离：原料烘干后在传送的过程中，通过后有大量的湿气存在，通过旋风分离器将湿气排走。
该系统设置2台旋风分离器，成型后的燃料经冷却后亦需要旋风分离器对成型燃料和湿气进行分离。
物料输送：本系统物流传送需要相应的传送设备。
根据需要，本次设计采用了螺旋输送机、绞龙输送机和提升机将物料输送到相应的设备。
制粒成型：生物质颗粒燃料成型机为生产线关键设备，本系统采用经农业部鉴定的485型生物质颗粒燃料制粒机，功率96kW，产量可达1.5吨/小时。
该设备可以适用锯末、玉米秸秆、豆秸、棉秸和花生壳等不同原料，设备运行稳定。
加工而成的木质颗粒燃料密度可以达到1.0-1.3 吨/立方米。
本系统配置3台制粒机，其中2台使用，一台备用。
冷却：出料生物质时颗粒燃料温度高达80~90℃，结构较为松弛，容易破碎，须经过逆流式冷却系统，冷却至常温后方可装袋入库或经皮带输送机和提升机送入筒仓。
此套装置设有冷却风机和旋风分离器，可将分离出来的粉末返回到前面工序，进行再造粒。
筛选：经过冷却后的颗粒燃料，采用振动筛进行筛选，需经过筛选，将碎料筛选出来，确保生物质颗粒燃料的出厂质量。
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关于民品生物燃料成型机中环模加工的工艺技术
1.简介
环模民品项目生物燃料成型机中的关键零件，由于零件在圆周上有三排径向孔共444个，受此结构特点的限制，加工时需要专用工装，环模的加工制造质量将直接影响生物燃料成型机压出成品质量。
依据用户需要成品直径多少，环模孔应是多少，只要更换环模就能满足用户需求，所以环模的加工质量将影响生物燃料成型机加工产品的质量。
为此设计专用钻模，钻模采用回转式结构，用于加工分布在圆周上的径向孔。
此夹具保证零件加工的位置精度、尺寸精度，提高加工效率，满足零件的设计和使用要求。
2.应用领域
属于机械加工领域，环模零件适用于各种类型生物燃料成型机及其他民品项目上。
3.与国内外行业对比
环模零件在圆周上有三排径向孔的加工，无论在什么设备上，都需设计专用夹具。
比较先进的加工方法是：在数控机床上加工，用夹具定位后，利用旋转工作台，并有专用刀具。
选用普通钻床，通常的方法是设计专用夹具，此夹具具有回转结构，从而实现圆周上径向孔的加工。
4.技术原理
4.1零件的工艺分析
4.1.1零件结构特点：如图所示：
该零件外圆直径ф670mm，内孔直径ф520mm，长度100mm。
在圆柱面上有三排ф10mm孔共计444个，孔的表面粗糙度要求Ra6.3，内圆柱面ф520mm 的相应位置有三个梯形槽，槽的粗糙度Ra6.3.零件的材料为40Cr，为锻件，热处理硬度为269～321HB。
4.1.2零件的工作原理
将准备压制的秸秆切成长50mm，经上料机将物料送入进料口，通过主轴转动，带动压辊转动，并经过压辊的自传，物料被强制从环模孔中挤出，并从料口落下。
环模尺寸公差影响两压辊与环模之间的调整间隙。
零件的加工尤为重要。
4.1.3工序设计
根据工艺过程拟定原则，拟定环模的工艺过程，并考虑到现有的生产条件下及考虑小批量生产的需要，合理安排切削加工工艺路线为：
工序1锻件毛坯——工序2粗车按图纸尺寸留量8～10MM——工序3热处理-工序4精车用车床车CW6180外圆ф670+0.20及端面——工序5车ф520+0.20内孔及端面100尺寸达到图纸要求——工序6用钻床Z3080在钻在圆周上的平行三排ф10孔444个孔钻模——工序7立车车ф520内孔上有三个槽——工序8划线——41-M10和8-M8位置度0.4MM螺纹孔位置线----工序9在镗铣床上打点——工序10在用钻床Z3080钻孔、攻丝达到图纸要求——工序11检验合格。
零件结构图
4.2钻床夹具设计
钻床夹具特点和设计方法。
钻削与其他加工方法比较，切削条件较差，因钻孔刀具的结构较复杂、悬伸比和轴向抗力大，切削过程中工艺系统刚性差，且较难可靠地供送切削液和顺利排屑，使钻孔质量难以稳定。
钻床夹具是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据工件的几何形状和尺寸结构及工艺特性，设计钻床夹具应满足下述要求：
（1）正确地将工件对刀具定位。
（2）加工时可靠地夹紧和牢固支撑工件。
（3）给予刀具导向。
（4）夹具在机床上找正并固定。
（5）刀具折断最少，寿命长。
（6）认为误差的可能性最少。
（7）减少作业时间。
钻床夹具的结构按其采用的机床形式、在机床工作台上的安装状态、钻模板的结构、工件的结构形状及其在机床和夹具上的装夹方式因素确定。
如上图所示，该钻模主要由钻模板1、钻套2、定位插销3、分度盘4、心轴5、隔套6、压板7、压紧螺栓8、、轴承9、压紧螺母10、底座11、
环模工件是在一圆周上加工一排孔ф10是148个，三排共444个。
为了能在一次装夹完成等分表面的加工，就要求夹具在工件加工过程中需要进行分度。
使夹具其他部件连同工件转动完成钻孔的加工。
为完成三排孔加工必须换一次钻模板才能完成零件的加工。
夹具的使用方法：以环模工件内孔和端面在心轴5和端面A上定位。
用压紧螺栓8和压板7将工件压紧。
4为分度盘，3为定位销（分度盘有污物时，不直接影响分度盘的接触）。
当一排孔加工完，拔出定位销3，利用6-ф14孔转动分度盘至另一位置，再插入分度销4，继续加工另一排孔的加工。
加工完第一和第三排孔，换钻模板完成第二排孔的加工。
使用效果：
实践证明：用这套钻模装夹工件进行加工，保证尺寸要求，使零件精度稳定，解决了在圆周上无法加工的问题，提高了劳动生产率，降低了生产成本。
5.创新点
（1）回转式结构。
加工环模的专用钻模采用回转式结构，可加工多种环模圆柱面上的径向孔，解决了在圆周面上孔无法加工的问题。
（2）由于加工圆周上等分孔，分度盘的设计是关键。
分度盘转动摩擦力大，通过查阅资料把最初设计的铸铁套改为滚动轴承，因滚动轴承是在机械转动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的作用。
这样解决了关键性问题，从而达到夹具的设计目的。
（3）钻孔位置的更换。
当一排孔加工完，拔出定位销，利用6-ф14孔转动分度盘至另一位置，再插入分度销，继续进行另一排孔的加工。
加工完第一和第三排孔，换钻模板完成第二排孔的加工。
6.应用和推广情况
在小批量生产过程中，用这套钻模装夹工件进行加工，保证尺寸要求，使零件精度稳定，解决了在圆周上无法加工的问题，提高了劳动生产率，降低了生产成本。
7.经济及社会效益
利用回转式结构的钻模，不但解决了在圆周面钻孔的问题，现以用到系列生物燃料成型机中的加工，达到提高环模的质量，实现产品的创收。