เนื่องจากสารที่เป็นอันตรายน้อยกว่า เช่น เถ้า ไนโตรเจน และซัลเฟอร์ในชีวมวลเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานแร่ จึงมีลักษณะเป็นปริมาณสำรองขนาดใหญ่ กิจกรรมคาร์บอนที่ดี ติดไฟได้ง่าย และมีส่วนประกอบที่ระเหยได้สูงดังนั้นชีวมวลจึงเป็นเชื้อเพลิงพลังงานในอุดมคติและเหมาะสมมากสำหรับการแปลงและการใช้ประโยชน์ของการเผาไหม้เถ้าที่ตกค้างหลังจากการเผาไหม้ชีวมวลอุดมไปด้วยสารอาหารที่พืชต้องการ เช่น ฟอสฟอรัส แคลเซียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียม จึงสามารถใช้เป็นปุ๋ยเพื่อกลับคืนสู่สนามได้เมื่อพิจารณาถึงทรัพยากรสำรองจำนวนมหาศาลและข้อได้เปรียบด้านพลังงานหมุนเวียนที่เป็นเอกลักษณ์ของพลังงานชีวมวล ปัจจุบันนี้จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นทางเลือกที่สำคัญสำหรับการพัฒนาพลังงานใหม่ระดับชาติของประเทศต่างๆ ทั่วโลกคณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปแห่งชาติของจีนระบุไว้อย่างชัดเจนใน "แผนปฏิบัติการสำหรับการใช้ประโยชน์ฟางพืชอย่างครอบคลุมในช่วงแผนห้าปีที่ 12" ว่าอัตราการใช้ฟางที่ครอบคลุมจะสูงถึง 75% ภายในปี 2556 และมุ่งมั่นที่จะเกิน 80% ภายในปี 2556 2558.
การเปลี่ยนพลังงานชีวมวลให้เป็นพลังงานคุณภาพสูง สะอาด และสะดวกสบาย กลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไขเทคโนโลยีการอัดความหนาแน่นของชีวมวลเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพของการเผาพลังงานชีวมวลและอำนวยความสะดวกในการขนส่งปัจจุบันมีอุปกรณ์การขึ้นรูปหนาแน่นสี่ประเภททั่วไปในตลาดภายในประเทศและต่างประเทศ: เครื่องอัดอนุภาคเกลียว, เครื่องปั๊มอนุภาคลูกสูบ, เครื่องอนุภาคแม่พิมพ์แบน และเครื่องอนุภาคแม่พิมพ์แหวนในหมู่พวกเขา เครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แหวนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากลักษณะของมัน เช่น ไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนระหว่างการทำงาน ข้อกำหนดที่กว้างสำหรับปริมาณความชื้นของวัตถุดิบ (10% ถึง 30%) กำลังเครื่องเดียวขนาดใหญ่ ความหนาแน่นของการบีบอัดสูง และดี ขึ้นรูปผลอย่างไรก็ตาม เครื่องอัดเม็ดประเภทนี้โดยทั่วไปมีข้อเสีย เช่น การสึกหรอของแม่พิมพ์ง่าย อายุการใช้งานสั้น ค่าบำรุงรักษาสูง และการเปลี่ยนที่ไม่สะดวกเพื่อตอบสนองต่อข้อบกพร่องข้างต้นของเครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แหวน ผู้เขียนได้ทำการปรับปรุงการออกแบบโครงสร้างของแม่พิมพ์ขึ้นรูปใหม่ล่าสุด และออกแบบแม่พิมพ์ขึ้นรูปแบบชุดที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ค่าบำรุงรักษาต่ำ และการบำรุงรักษาที่สะดวกในขณะเดียวกัน บทความนี้ได้ทำการวิเคราะห์ทางกลของการขึ้นรูปแม่พิมพ์ในระหว่างขั้นตอนการทำงาน
1. การปรับปรุงการออกแบบโครงสร้างแม่พิมพ์ขึ้นรูปสำหรับเครื่องบดย่อยแม่พิมพ์แหวน
1.1 ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการขึ้นรูปอัดขึ้นรูป:เครื่องอัดเม็ดแหวนสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: แนวตั้งและแนวนอน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแหวนตายตามรูปแบบของการเคลื่อนไหว มันสามารถแบ่งได้เป็นสองรูปแบบที่แตกต่างกันของการเคลื่อนไหว: ลูกกลิ้งกดแบบแอคทีฟที่มีแม่พิมพ์วงแหวนคงที่ และลูกกลิ้งกดแบบแอคทีฟที่มีแม่พิมพ์วงแหวนขับเคลื่อนการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงนี้มีวัตถุประสงค์หลักไปที่เครื่องอนุภาคแม่พิมพ์แหวนที่มีลูกกลิ้งแรงดันใช้งานและแม่พิมพ์แหวนคงที่เป็นรูปแบบการเคลื่อนที่โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองส่วน: กลไกการลำเลียงและกลไกอนุภาคของแม่พิมพ์แหวนแม่พิมพ์วงแหวนและลูกกลิ้งแรงดันเป็นส่วนประกอบหลักสองประการของเครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แหวน โดยมีรูแม่พิมพ์ขึ้นรูปหลายรูกระจายอยู่รอบแม่พิมพ์วงแหวน และติดตั้งลูกกลิ้งแรงดันภายในแม่พิมพ์แหวนลูกกลิ้งแรงดันเชื่อมต่อกับแกนหมุนของเกียร์ และติดตั้งแม่พิมพ์แหวนบนขายึดแบบตายตัวเมื่อแกนหมุนหมุน มันจะขับเคลื่อนลูกกลิ้งแรงดันให้หมุนหลักการทำงาน: ประการแรก กลไกการลำเลียงจะลำเลียงวัสดุชีวมวลที่ถูกบดเป็นขนาดอนุภาคที่แน่นอน (3-5 มม.) เข้าไปในห้องอัดจากนั้นมอเตอร์จะขับเคลื่อนเพลาหลักเพื่อขับเคลื่อนลูกกลิ้งแรงดันให้หมุน และลูกกลิ้งแรงดันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เพื่อกระจายวัสดุอย่างสม่ำเสมอระหว่างลูกกลิ้งแรงดันและแม่พิมพ์วงแหวน ทำให้แม่พิมพ์วงแหวนบีบอัดและเสียดสีกับวัสดุ , ลูกกลิ้งแรงดันพร้อมวัสดุ และวัสดุพร้อมวัสดุในระหว่างกระบวนการบีบแรงเสียดทาน เซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสในวัสดุจะรวมตัวกันในเวลาเดียวกัน ความร้อนที่เกิดจากการบีบแรงเสียดทานจะทำให้ลิกนินอ่อนตัวลงจนกลายเป็นสารยึดเกาะตามธรรมชาติ ซึ่งทำให้เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และส่วนประกอบอื่นๆ ยึดติดกันแน่นหนามากขึ้นด้วยการเติมวัสดุชีวมวลอย่างต่อเนื่อง ปริมาณของวัสดุที่ถูกบีบอัดและแรงเสียดทานในรูแม่พิมพ์ที่ขึ้นรูปยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในเวลาเดียวกัน แรงบีบระหว่างชีวมวลยังคงเพิ่มขึ้น และจะมีความหนาแน่นและก่อตัวในรูขึ้นรูปอย่างต่อเนื่องเมื่อความดันการอัดขึ้นรูปมากกว่าแรงเสียดทาน ชีวมวลจะถูกอัดอย่างต่อเนื่องจากรูการขึ้นรูปรอบๆ แม่พิมพ์วงแหวน ทำให้เกิดเชื้อเพลิงการขึ้นรูปชีวมวลโดยมีความหนาแน่นของการขึ้นรูปประมาณ 1g/Cm3
1.2 การสึกหรอของแม่พิมพ์ขึ้นรูป:ผลผลิตจากเครื่องจักรเครื่องเดียวของเครื่องอัดเม็ดมีขนาดใหญ่ โดยมีระบบอัตโนมัติในระดับค่อนข้างสูงและความสามารถในการปรับตัวเข้ากับวัตถุดิบได้ดีสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปวัตถุดิบชีวมวลต่างๆ เหมาะสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงขึ้นรูปหนาแน่นของชีวมวลขนาดใหญ่ และตอบสนองความต้องการการพัฒนาอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงขึ้นรูปหนาแน่นของชีวมวลในอนาคตดังนั้นจึงมีการใช้เครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แหวนกันอย่างแพร่หลายเนื่องจากอาจมีทรายจำนวนเล็กน้อยและสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่ชีวมวลอื่นๆ ในวัสดุชีวมวลที่ผ่านการแปรรูป จึงมีโอกาสสูงที่จะทำให้เกิดการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญบนแม่พิมพ์วงแหวนของเครื่องอัดเม็ดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์แหวนคำนวณตามกำลังการผลิตปัจจุบันอายุการใช้งานของแม่พิมพ์แหวนในประเทศจีนอยู่ที่ 100-1,000 ตันเท่านั้น
ความล้มเหลวของแม่พิมพ์แหวนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในปรากฏการณ์สี่ประการต่อไปนี้: 1 หลังจากที่แม่พิมพ์แหวนทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่ง ผนังด้านในของรูแม่พิมพ์ที่ขึ้นรูปจะสึกหรอและรูรับแสงจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญของเชื้อเพลิงที่เกิดขึ้น2 ความลาดเอียงในการป้อนของรูแม่พิมพ์ที่ขึ้นรูปของแม่พิมพ์แหวนสึกหรอ ส่งผลให้ปริมาณวัสดุชีวมวลที่ถูกบีบเข้าไปในรูแม่พิมพ์ลดลง ความดันในการอัดขึ้นรูปลดลง และการอุดตันของรูแม่พิมพ์ที่ขึ้นรูปได้ง่าย ซึ่งนำไปสู่ ความล้มเหลวของแม่พิมพ์แหวน (รูปที่ 2)3 หลังจากวัสดุผนังด้านในลดลงอย่างรวดเร็วปริมาณการปล่อย (รูปที่ 3)
④ หลังจากการสึกหรอของรูด้านในของแม่พิมพ์แหวน ความหนาของผนังระหว่างชิ้นแม่พิมพ์ที่อยู่ติดกัน L จะบางลง ส่งผลให้ความแข็งแรงของโครงสร้างของแม่พิมพ์แหวนลดลงรอยแตกมักจะเกิดขึ้นในส่วนที่อันตรายที่สุด และในขณะที่รอยแตกยังคงขยายออกไป ปรากฏการณ์ของการแตกหักของแม่พิมพ์แหวนก็เกิดขึ้นสาเหตุหลักที่ทำให้แม่พิมพ์แหวนสึกหรอง่ายและอายุการใช้งานสั้นคือโครงสร้างที่ไม่สมเหตุสมผลของแม่พิมพ์แหวนขึ้นรูป (แม่พิมพ์แหวนถูกรวมเข้ากับรูแม่พิมพ์ขึ้นรูป)โครงสร้างแบบรวมของทั้งสองมีแนวโน้มที่จะได้รับผลลัพธ์ดังกล่าว: บางครั้งเมื่อมีรูแม่พิมพ์ที่ขึ้นรูปเพียงไม่กี่รูของแม่พิมพ์วงแหวนชำรุดและไม่สามารถทำงานได้ จำเป็นต้องเปลี่ยนแม่พิมพ์วงแหวนทั้งหมด ซึ่งไม่เพียงแต่นำความไม่สะดวกมาสู่งานเปลี่ยนเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดการสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมากและเพิ่มค่าบำรุงรักษาอีกด้วย
1.3 การออกแบบการปรับปรุงโครงสร้างของแม่พิมพ์ขึ้นรูปเพื่อยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์วงแหวนของเครื่องอัดเม็ด ลดการสึกหรอ อำนวยความสะดวกในการเปลี่ยน และลดต้นทุนการบำรุงรักษา จำเป็นต้องดำเนินการออกแบบการปรับปรุงใหม่ล่าสุดบนโครงสร้างของแม่พิมพ์วงแหวนการออกแบบใช้แม่พิมพ์ขึ้นรูปแบบฝัง และโครงสร้างห้องอัดที่ได้รับการปรับปรุงจะแสดงในรูปที่ 4 รูปที่ 5 แสดงมุมมองภาคตัดขวางของแม่พิมพ์ขึ้นรูปที่ได้รับการปรับปรุง
การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงนี้มุ่งเป้าไปที่เครื่องอนุภาคแม่พิมพ์วงแหวนที่มีรูปแบบการเคลื่อนที่ของลูกกลิ้งแรงดันใช้งานและแม่พิมพ์วงแหวนคงที่แม่พิมพ์วงแหวนด้านล่างได้รับการแก้ไขบนตัวเครื่อง และลูกกลิ้งแรงดันสองตัวเชื่อมต่อกับเพลาหลักผ่านแผ่นเชื่อมต่อแม่พิมพ์ขึ้นรูปจะถูกฝังอยู่บนแม่พิมพ์วงแหวนด้านล่าง (โดยใช้การรบกวน) และแม่พิมพ์วงแหวนด้านบนจะถูกยึดเข้ากับแม่พิมพ์วงแหวนด้านล่างโดยใช้สลักเกลียวและยึดเข้ากับแม่พิมพ์ขึ้นรูปในเวลาเดียวกัน เพื่อป้องกันไม่ให้แม่พิมพ์ขึ้นรูปเด้งกลับเนื่องจากแรงหลังจากที่ลูกกลิ้งดันกลิ้งไปและเคลื่อนที่ในแนวรัศมีไปตามแม่พิมพ์วงแหวน จึงมีการใช้สกรูหัวเทเปอร์เพื่อยึดแม่พิมพ์ขึ้นรูปเข้ากับแม่พิมพ์วงแหวนด้านบนและด้านล่างตามลำดับเพื่อลดความต้านทานของวัสดุที่เข้าไปในรูและทำให้เข้าไปในรูแม่พิมพ์ได้สะดวกยิ่งขึ้นมุมกรวยของรูป้อนของแม่พิมพ์ขึ้นรูปที่ออกแบบไว้คือ 60 ° ถึง 120 °
การออกแบบโครงสร้างที่ดีขึ้นของแม่พิมพ์ขึ้นรูปมีลักษณะหลายรอบและมีอายุการใช้งานยาวนานเมื่อเครื่องอนุภาคทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่ง การสูญเสียแรงเสียดทานจะทำให้รูรับแสงของแม่พิมพ์ขึ้นรูปมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีการทะลุผ่านเมื่อแม่พิมพ์ขึ้นรูปที่สึกหรอถูกถอดและขยายออก จะสามารถนำมาใช้สำหรับการผลิตข้อกำหนดอื่นๆ ของการขึ้นรูปอนุภาคได้ทำให้สามารถนำแม่พิมพ์กลับมาใช้ซ้ำได้และประหยัดค่าบำรุงรักษาและค่าเปลี่ยนทดแทน
เพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องบดย่อยและลดต้นทุนการผลิต ลูกกลิ้งรับแรงดันจึงใช้เหล็กกล้าแมงกานีสคาร์บอนสูงที่มีความทนทานต่อการสึกหรอที่ดี เช่น 65Mnแม่พิมพ์ขึ้นรูปควรทำจากโลหะผสมเหล็กคาร์บูไรซ์หรือโลหะผสมนิกเกิลโครเมียมคาร์บอนต่ำ เช่นที่มี Cr, Mn, Ti เป็นต้น เนื่องจากการปรับปรุงห้องอัด แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากแม่พิมพ์วงแหวนบนและล่างในระหว่าง การดำเนินงานค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับการขึ้นรูปแม่พิมพ์ดังนั้นเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาเช่นเหล็ก 45 จึงสามารถใช้เป็นวัสดุสำหรับห้องอัดได้เมื่อเปรียบเทียบกับแม่พิมพ์แหวนขึ้นรูปแบบบูรณาการแบบดั้งเดิม สามารถลดการใช้เหล็กโลหะผสมที่มีราคาแพง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตได้
2. การวิเคราะห์ทางกลของแม่พิมพ์ขึ้นรูปของเครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แหวนในระหว่างกระบวนการทำงานของแม่พิมพ์ขึ้นรูป
ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ลิกนินในวัสดุจะอ่อนตัวลงโดยสิ้นเชิงเนื่องจากสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นในแม่พิมพ์ขึ้นรูปเมื่อความดันการอัดขึ้นรูปไม่เพิ่มขึ้น วัสดุจะเกิดการทำให้เป็นพลาสติกวัสดุจะไหลได้ดีหลังจากการทำให้เป็นพลาสติก ดังนั้นจึงสามารถตั้งค่าความยาวเป็น d ได้แม่พิมพ์ขึ้นรูปถือเป็นภาชนะรับความดัน และความเค้นบนแม่พิมพ์ขึ้นรูปจะง่ายขึ้น
จากการวิเคราะห์การคำนวณทางกลข้างต้น สรุปได้ว่าเพื่อให้ได้แรงดันที่จุดใดๆ ภายในแม่พิมพ์ขึ้นรูป จำเป็นต้องกำหนดความเครียดเส้นรอบวงที่จุดนั้นภายในแม่พิมพ์ขึ้นรูปจากนั้นจึงสามารถคำนวณแรงเสียดทานและความดันที่ตำแหน่งนั้นได้
3. บทสรุป
บทความนี้จะเสนอการออกแบบการปรับปรุงโครงสร้างใหม่สำหรับแม่พิมพ์ขึ้นรูปของเครื่องอัดเม็ดแม่พิมพ์แบบวงแหวนการใช้แม่พิมพ์ขึ้นรูปแบบฝังสามารถลดการสึกหรอของแม่พิมพ์ ยืดอายุวงจรของแม่พิมพ์ อำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนและบำรุงรักษา และลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพในเวลาเดียวกัน การวิเคราะห์ทางกลได้ดำเนินการกับแม่พิมพ์ขึ้นรูปในระหว่างขั้นตอนการทำงาน ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมในอนาคต
เวลาโพสต์: 22 ก.พ. 2024