Dėl mažesnio kenksmingų medžiagų, tokių kaip pelenai, azotas ir siera, kiekio biomasėje, palyginti su mineraline energija, ji pasižymi didelėmis atsargomis, geru anglies aktyvumu, lengvu užsidegimu ir dideliu lakiųjų komponentų kiekiu. Todėl biomasė yra labai idealus energijos kuras ir labai tinka degimo konversijai ir panaudojimui. Likę pelenai po biomasės deginimo yra gausūs augalams reikalingų maistinių medžiagų, tokių kaip fosforas, kalcis, kalis ir magnis, todėl juos galima naudoti kaip trąšas, grąžinant juos į laukus. Atsižvelgiant į didžiulius išteklių rezervus ir unikalius biomasės energijos atsinaujinančius privalumus, šiuo metu ji laikoma svarbiu nacionalinės naujos energijos plėtros pasirinkimu visame pasaulyje. Kinijos nacionalinė plėtros ir reformų komisija „Visapusiško pasėlių šiaudų panaudojimo 12-ojo penkerių metų plano įgyvendinimo plane“ aiškiai nurodė, kad visapusiškas šiaudų panaudojimo lygis iki 2013 m. pasieks 75 %, o iki 2015 m. sieks viršyti 80 %.
Kaip paversti biomasės energiją aukštos kokybės, švaria ir patogia energija, tapo neatidėliotina problema, kurią reikia išspręsti. Biomasės tankinimo technologija yra vienas iš veiksmingų būdų pagerinti biomasės energijos deginimo efektyvumą ir palengvinti transportavimą. Šiuo metu vidaus ir užsienio rinkose yra keturi įprasti tankaus formavimo įrangos tipai: spiralinės ekstruzijos dalelių mašina, stūmoklinio štampavimo dalelių mašina, plokščiojo liejimo dalelių mašina ir žiedinio liejimo dalelių mašina. Tarp jų žiedinio liejimo granuliavimo mašina yra plačiai naudojama dėl tokių savybių, kaip šildymo poreikio eksploatacijos metu, dideli žaliavos drėgmės kiekio reikalavimai (nuo 10 % iki 30 %), didelis vienos mašinos našumas, didelis suspaudimo tankis ir geras formavimo efektas. Tačiau šio tipo granuliavimo mašinos paprastai turi trūkumų, tokių kaip lengvas formos susidėvėjimas, trumpas tarnavimo laikas, didelės priežiūros išlaidos ir nepatogus keitimas. Reaguodamas į minėtus žiedinio liejimo granuliavimo mašinos trūkumus, autorius sukūrė visiškai naują formavimo formos konstrukcijos patobulinimo projektą ir suprojektavo rinkinio tipo formavimo formą, pasižyminčią ilgu tarnavimo laiku, mažomis priežiūros sąnaudomis ir patogia priežiūra. Tuo tarpu šiame straipsnyje atlikta formavimo formos mechaninė analizė jos darbo proceso metu.
1. Žiedinio liejimo granuliatoriaus formavimo formos struktūros tobulinimo projektavimas
1.1 Įvadas į ekstruzijos formavimo procesą:Žiedinio štampo granuliavimo mašina gali būti suskirstyta į du tipus: vertikalią ir horizontalią, priklausomai nuo žiedinio štampo padėties; pagal judėjimo formą ją galima suskirstyti į dvi skirtingas judėjimo formas: aktyvų presavimo volelį su fiksuota žiedine forma ir aktyvų presavimo volelį su varoma žiedine forma. Ši patobulinta konstrukcija daugiausia skirta žiedinio formavimo dalelių mašinai su aktyviu presavimo voleliu ir fiksuota žiedine forma kaip judėjimo forma. Ją daugiausia sudaro dvi dalys: transportavimo mechanizmas ir žiedinio formavimo dalelių mechanizmas. Žiedinė forma ir presavimo volelis yra du pagrindiniai žiedinio formavimo granuliavimo mašinos komponentai, turintys daug formavimo formos angų, paskirstytų aplink žiedinę formą, o presavimo volelis yra sumontuotas žiedinės formos viduje. Presavimo volelis yra prijungtas prie transmisijos veleno, o žiedinė forma yra sumontuota ant fiksuoto laikiklio. Kai velenas sukasi, jis varo presavimo volelį. Veikimo principas: Pirma, transportavimo mechanizmas transportuoja susmulkintą biomasės medžiagą iki tam tikro dalelių dydžio (3–5 mm) į suspaudimo kamerą. Tada variklis suka pagrindinį veleną, kuris sukdamas prispaudimo volelį, o prispaudimo volelis juda pastoviu greičiu, tolygiai paskirstydamas medžiagą tarp prispaudimo volelio ir žiedo formos, todėl žiedo forma suspaudžiama ir trinasi su medžiaga, prispaudimo volelis su medžiaga ir medžiaga su medžiaga. Trinties suspaudimo metu medžiagoje esančios celiuliozės ir hemiceliuliozės jungiasi tarpusavyje. Tuo pačiu metu, dėl trinties susidariusi šiluma suminkština ligniną į natūralų rišikliu, kuris tvirčiau sujungia celiuliozę, hemiceliuliozės ir kitus komponentus. Nuolat pildant biomasės medžiagas, suspaudžiamos ir trinties veikiamos medžiagos kiekis formavimo formos skylėse toliau didėja. Tuo pačiu metu, suspaudimo jėga tarp biomasės toliau didėja, ir ji nuolat tankėja ir formuojasi formavimo angoje. Kai ekstruzijos slėgis yra didesnis nei trinties jėga, biomasė nuolat ekstruduojama iš formavimo skylių aplink žiedo formą, sudarydama biomasės liejimo kurą, kurio liejimo tankis yra apie 1 g/Cm3.
1.2 Formavimo formų susidėvėjimas:Vienos granuliavimo mašinos našumas yra didelis, pasižymi gana aukštu automatizavimo laipsniu ir dideliu prisitaikymu prie žaliavų. Ji gali būti plačiai naudojama įvairioms biomasės žaliavoms perdirbti, tinka didelio masto biomasės tankio formavimo kuro gamybai ir atitinka biomasės tankio formavimo kuro industrializacijos reikalavimus ateityje. Todėl žiedinių formų granuliavimo mašina yra plačiai naudojama. Dėl galimo nedidelio kiekio smėlio ir kitų ne biomasės priemaišų perdirbamoje biomasės medžiagoje, labai tikėtina, kad granuliavimo mašinos žiedinė forma smarkiai susidėvės. Žiedinių formų tarnavimo laikas apskaičiuojamas pagal gamybos pajėgumus. Šiuo metu žiedinių formų tarnavimo laikas Kinijoje yra tik 100–1000 t.
Žiedinio liejimo formos gedimas daugiausia pasireiškia šiais keturiais reiškiniais: ① Žiediniam liejimo būdui tam tikrą laiką veikiant, formavimo formos angos vidinė sienelė susidėvi, o anga padidėja, dėl to susidaręs suformuotas kuras smarkiai deformuojasi; ② Žiedinio liejimo formos formavimo formos angos padavimo nuolydis susidėvi, dėl to sumažėja į formos angą išspaudžiamos biomasės kiekis, sumažėja ekstruzijos slėgis ir formavimo formos anga lengvai užsikemša, dėl ko žiedinis liejimo būdas sugenda (2 pav.); ③ Po to, kai vidinės sienelės medžiagos susidėvi, smarkiai sumažėja išleidžiamo kuro kiekis (3 pav.);
④ Susidėvėjus žiedo formos vidinei skylei, sienelės storis tarp gretimų formos dalių L sumažėja, todėl sumažėja žiedo formos konstrukcinis stiprumas. Pavojingiausiose vietose dažnai atsiranda įtrūkimų, o jiems toliau plečiantis, atsiranda žiedo formos lūžio reiškinys. Pagrindinė lengvo žiedo formos susidėvėjimo ir trumpo tarnavimo laiko priežastis yra nepagrįsta formavimo žiedo formos konstrukcija (žiedo forma yra integruota su formavimo formos skylėmis). Integruota abiejų struktūra yra linkusi į tokius rezultatus: kartais, kai susidėvi tik kelios žiedo formos formavimo formos skylės ir nebeveikia, reikia pakeisti visą žiedo formą, o tai ne tik sukelia nepatogumų keičiant, bet ir sukelia dideles ekonomines išlaidas bei padidina priežiūros išlaidas.
1.3 Formavimo formos konstrukcijos tobulinimo projektavimasSiekiant pailginti granuliavimo mašinos žiedinės formos eksploatavimo laiką, sumažinti nusidėvėjimą, palengvinti keitimą ir sumažinti priežiūros išlaidas, būtina atlikti visiškai naują žiedinės formos konstrukcijos patobulinimą. Projektuojant buvo naudojama įterptoji liejimo forma, o patobulinta suspaudimo kameros struktūra parodyta 4 paveiksle. 5 paveiksle parodytas patobulintos liejimo formos skerspjūvis.
Ši patobulinta konstrukcija daugiausia skirta žiedinių formų dalelių gamybos mašinai su aktyviu prispaudimo voleliu ir fiksuota žiedine forma. Apatinė žiedinė forma pritvirtinta prie korpuso, o du prispaudimo voleliai su pagrindiniu velenu sujungti jungiamąja plokšte. Formavimo forma įstatyta į apatinę žiedinę formą (naudojant įterpimo įtaisą), o viršutinė žiedinė forma pritvirtinta prie apatinės žiedinės formos varžtais ir prispausta prie formavimo formos. Tuo pačiu metu, siekiant išvengti formavimo formos atšokimo dėl jėgos, kai prispaudimo volelis apsiverčia ir radialiai juda išilgai žiedinės formos, formavimo forma prie viršutinės ir apatinės žiedinių formų pritvirtinama įleidžiamaisiais varžtais. Siekiant sumažinti į angą patenkančios medžiagos pasipriešinimą ir palengvinti patekimą į formos angą, suprojektuotos formavimo formos padavimo angos kūginis kampas yra nuo 60° iki 120°.
Patobulinta formavimo formos konstrukcija pasižymi daugiacikliškumu ir ilgu tarnavimo laiku. Kai dalelių mašina veikia tam tikrą laiką, dėl trinties nuostolių formavimo formos anga padidėja ir pasyvuojasi. Kai susidėvėjusi formavimo forma išimama ir išplečiama, ją galima naudoti kitų specifikacijų formavimo dalelėms gaminti. Tai gali padėti pakartotinai naudoti formas ir sutaupyti priežiūros bei keitimo išlaidų.
Siekiant pailginti granuliatoriaus tarnavimo laiką ir sumažinti gamybos sąnaudas, slėginiam voleliui naudojamas didelis anglies ir mangano kiekis, atsparus dilimui, pvz., 65Mn. Formavimo forma turėtų būti pagaminta iš legiruotojo anglinio plieno arba mažai anglies turinčio nikelio ir chromo lydinio, pvz., turinčio Cr, Mn, Ti ir kt. Dėl patobulintos suspaudimo kameros, viršutinių ir apatinių žiedinių formų trinties jėga eksploatacijos metu yra santykinai maža, palyginti su formavimo forma. Todėl kaip suspaudimo kameros medžiaga gali būti naudojamas įprastas anglinis plienas, pvz., 45 plienas. Palyginti su tradicinėmis integruotomis formavimo žiedinėmis formomis, galima sumažinti brangaus legiruotojo plieno naudojimą, taip sumažinant gamybos sąnaudas.
2. Žiedinio liejimo granuliavimo mašinos formavimo formos mechaninė analizė formavimo formos darbo proceso metu.
Liejimo proceso metu medžiagos ligninas visiškai suminkštėja dėl liejimo formoje susidarančios aukšto slėgio ir aukštos temperatūros aplinkos. Kai ekstruzijos slėgis nedidėja, medžiaga plastifikuojasi. Po plastifikacijos medžiaga gerai teka, todėl ilgį galima nustatyti į d. Formavimo forma laikoma slėginiu indu, todėl įtempis formavimo formoje supaprastėja.
Remiantis aukščiau pateikta mechaninių skaičiavimų analize, galima daryti išvadą, kad norint gauti slėgį bet kuriame formavimo formos taške, būtina nustatyti apskritiminę deformaciją tame formavimo formos taške. Tada galima apskaičiuoti trinties jėgą ir slėgį toje vietoje.
3. Išvada
Šiame straipsnyje siūlomas naujas žiedinio liejimo granuliatoriaus formavimo formos konstrukcijos patobulinimo projektas. Įterptųjų formavimo formų naudojimas gali efektyviai sumažinti formos nusidėvėjimą, pailginti formos ciklo tarnavimo laiką, palengvinti keitimą ir priežiūrą bei sumažinti gamybos sąnaudas. Tuo pačiu metu buvo atlikta formavimo formos mechaninė analizė jos darbo proceso metu, suteikiant teorinį pagrindą tolesniems tyrimams ateityje.
Įrašo laikas: 2024 m. vasario 22 d.