探究生物质燃料成型用秸秆揉碎机的原因

　　秸秆加工要求从燃料成型率、难易程度和发热量看，宜加工成柔软丝状物料，长度取4～15cm、当量直径d取1～5mm、含水率15％～25％，而畜牧行业所用秸秆，以含水率30％～50％为*佳。

　　秸秆粉碎机主要由机架、进料机构、切碎部件、锤片转子总成、主轴及传动系统组成。

　　工作原理接通电源，进料机构及尾部风机产生的负压作用将入口处物料源源不断地吸进粉碎室，在腔内完成切碎、捶打、揉丝，待物料被揉搓成丝状柔软轻质长条，由风机抛送出去，完成秸秆的揉碎加工过程。

　　技术参数确定2.2.1主要技术参数的确定鉴于成型用秸秆原料与饲料用秸秆的物理差异性，取锤片末端速度为：v＝40m

　　s－1其对应主轴转速为：n＝60vπD＝607×403.14×0.66＝1158r

　　min－1式中：D为转子直径，D＝φ660mm。

　　基于生物质固体燃料成型用秸秆揉碎机的研究物料传动计算

　　进料辊子直径（d）：当辊体刚好克服滚动摩擦工作时，其半径取得*小值，耗用功率取得*小值，传动比也*小：A＝h＋2（rmin－rmincos2）（1）喂入辊工作状态切向则：rmin＝A－h2（1－cos2）式中：A为喂入带上物料层厚度，A＝h／μ；h为被压缩后物料层厚度；μ为物料层通过喂入辊时的压缩系数（0.3～0.7）；为物料层与辊的摩擦角（取20°）。根据汪莉萍等对9FR－66秸秆粉碎机的设计研究［3］，取dmin＝75mm，此时主轴与喂入辊的传动比v＝n辊πd／60。

　　（2）切碎长度（L）：切碎长度直接影响着揉碎后物料的长度，是成型用秸秆的主要性能指标之一。

　　物料的喂入速度v＝n辊πd／60（ms－1），切碎器每秒切碎次数K－1j，k＝4D动刀片数，理论切碎长度（L）：L＝vt＝πdki（2）L＝n辊πd／60kn轴／60＝πdki＝20cm可见，切碎长度L完全符合成型用秸秆4～15cm的长度要求。

　　能耗N分析秸秆粉碎机功率主要耗散区有揉碎功耗N1和抛料功耗N2，以玉米秸秆为生产对象进行分析：3.1揉碎功耗N1N1＝BDVKe（3）式中：V为锤片末端线速度，V＝40ms－1，B为粉碎室宽度，B＝0.4m，D为转子直径，D＝0.66m，Ke为经验系数（0.55～0.75），这里取Ke＝0.65，则粉碎室所需功率N1：N1＝0.4×0.66×400.65＝16.24kW3.2抛料功耗N2N2＝Q′H（1＋μ）102η（4）式中：Q′为风扇的流量，η为风扇效率（0.5～0.7），取η＝0.6，μ为物料混合浓度比，取μ＝1，H为气流输送装置所需的全压（毫米水柱）。

　　风扇的流量Q′其计算公式为：Q＝G物3.6μγ气（5）则Q＝0.19m3

　　s－1式中：G物为设计生产率，G物＝1t

　　h－1，γ气为空气比重，γ气＝1.2kg

　　m－3，即：风扇流量Q′＝Qη叶＝0.22m3

　　s－1，η叶为叶片工作效率，取η叶＝0.85。

　　3.2.2输送全压H其计算公式为：H＝H动＋H静（6）（1）动压H动：H动＝r气×ν气22g（1＋μν物品ν气2）＝36.49（毫米水柱）式中：υ气为气流速度，υ气＝φ×υ临＝20m

　　s－1；φ为速度系数，φ＝2；υ临为临界速度，对于茎秆类物料υ临＝10m

　　s－1；g为重力加速度，g＝9.8ms－2；υ物υ气＝0.65～0.85，取0.7.

　　（2）静压H静：H静＝H摩＋H升＋H局＝41.48（毫米水柱）式中：H摩为在管道中克服摩擦时的压头损失，H摩＝λ1dγ气ν气2（1＋cμ）2g＝0.66（毫米水柱）；H升为在垂直管道中升高物料所需的压头，H升＝γ气μh＝0.36（毫米水柱）；H局为各种局部阻力损失，H局＝∑ε局γ气υ气2（1＋cμ）2g＝40.46（毫米水柱）。

　　其中，λ为摩擦阻力系数，取λ＝0.0167；l为管道长，l＝0.3m；d为管道当量直径，d＝0.26m；c为气流速度修正系数，c＝0.4；h为管道垂直长度，h＝0.3m；∑ε局为各种局部阻力741DDDDD系数，∑ε局＝ε出＋ε弯＝1.18。

　　则：H＝77.97（毫米水柱）代入（4）式得：N2＝0.22×77.97×2102×0.6＝0.56kW综上：N＝N1＋N2＝16.24kW＋0.56kW＝16.8kW＜17kW＝配套动力。

　　小结从这些理论计算可知：揉碎能耗占主要能耗的90％以上，实际生产中电机功率往往小于配套功率P实际P现＝0.67～0.83，否则电机极易因过载而减少寿命甚至烧毁。由式（3）知N1＝BDVKε，则实际锤片末速度v＜40ms－1，很难达到生产率要求。由浙江圣普新能源科技有限公司生产实践测得玉米秸秆实际生产率仅达750kgh－1。

　　基于以上考虑，可适当考虑减小设备粉碎室宽度B及转子直径D来降低揉碎能耗。以9R－40型秸秆揉碎机［6］尺寸为参考：B＝260mm，D＝φ400mm，代入式（3－1），得：N揉碎＝0.26×0.4×400.65＝6.4kW；以玉米秸秆为生产对象，产量按1th－1计算：N抛料＝0.22×79.67×2102×0.6＝0.58kW；则N＝N揉碎＋N抛料＝6.98kW；9R－40型秸秆揉碎机配套功率为9kW可满足生产需求。

　　由此可知：适当减小粉碎室宽度B及转子直径D可有效降低揉碎能耗，提高揉碎质量及生产率。

　　4结论与讨论该机型结构紧凑，溶切碎、揉搓加工为一体，有利于控制成型用秸秆物料的质量。据浙江圣普新能源科技有限公司实践检验，揉碎物料可成型率达95％以上。

　　根据能耗的理论计算，揉碎环节占总机能耗的90％以上，可通过减小粉碎室宽度B及转子直径D等结构尺寸来降低粉碎功耗，也有利于设备提高生产率及度电产量。

　　为满足粉碎行业的多适应性揉碎需求，粉碎机相关结构与参数设计还有待进一步开发与研究。