玉米秸杆生物燃料螺旋压力机设计毕业论文 王忠浩

玉米秸杆螺杆式压力机设计[摘要]一直作为人类消耗的主要能源的化石燃料，是不可再生的，但工业的发展，使得能源问题很严重。生物质能是可再生能源之一,开发利用生物质能可以明显缓解环境危机和能源危机。研究生物能转换技术，变废为宝，对保护生态环境有重要意义。通过挤压成型将生物质（秸秆）挤压成固态燃料是其中方法之一。成型条件对生物质（秸秆）燃料成型物的质量影响重大。本文主要通过压制成型实验研究了玉米秸秆在不同含水率、成型温度、成型压力、粒度下的成型状态，最佳的成型条件，为秸秆挤压成型过程的工艺参数的选择提供了依据。本课题的研究，对生物质（秸秆）燃料的成型机械设计，成型条件和参数确定有一定的指导意义。主要进行了玉米秸杆螺杆式压力机的设计，压力机主要由电动机、皮带轮、齿轮、螺杆组成。关键词：生物质，秸秆实验，螺杆，挤压机ABSTRACTFossilfuelisthemainenergyweuseallthetime,whichisnonrenewableresource.Butwiththedevelopmentofindustry,thedesireofenergyisbecomingmoreandmoreserious.Thebiomassenergyisakindofrenewablesource,andtofindandusebiomassenergycanobviouslyreleasetheenvironmentalcrisisandenergycrisis.Itisveryimportantforprotectingenvironmenttostudytheconversiontechnology,recyclingwastematerial.Extrudingthebiomass(straw)Intosolidfuelisoneofmethods.Theformingconditionsareverysignificantforformingbiomass(straw)fuel.Bysuppressionexperiment,thisarticlemainlystudiedtheformingstateofcornstrawatdifferentmoisturecontent,moldingtemperature,formingdegree,moldingpressure,formingpowerandparticlesize,andthebestformingcondition,whichprovidedindustryparameterfortheprocessofforming.Mainlyforthecornstrawscrewpressesdesignedpressesmainlybyelectricmotors,pulleys,gears,screwcomponents.KEYWORDS:biomass，strawexperiment，conicalscrew，extrusionmachine

目录TOC\o"1-3"\h\u27092[摘要] 130848ABSTRACT 1112681绪论 4210941.1玉米秸秆的燃烧性能 4189641.2研究目的与意义 4139471.3生物能源的转化途径 4315171.4玉米秸杆转化为燃料的可能性分析 5171901.5存在主要问题及今后看法 6202092.玉米秸秆的可压缩性 6201723.玉米秸秆成型机的初步设计构想 9145213.1玉米秸秆成型机的初步示意图如下 912533.2动力传动系统的初步设计 11284713.3加热套选型 11157924.螺杆与机筒的配合方案 11317864.1螺杆与机筒配合 11235164.2料筒螺杆设计 12203165.电动机的选择 20218945.1功率的计算 20125015.2确定电动机的转速 2027975.3成型机传动装置 21226025.3.1传动装置总传动比 21162745.4V带的计算 2227075.4.1V带型号的选择和带轮直径的计算 22208116其他零件的选择 2970477.花键校核 304728.平键连接的校核 31234349.螺钉校核 3221874结束语 343061参考文献 34414010外文翻译 36

1绪论1.1玉米秸秆的燃烧性能我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，生物质固体成型燃料具有易运输、易点火、燃烧效率高、燃烧性能好热值高、火力持久、燃烧时几乎不产生SO2、不会造成环境污染等特点，可作为工业锅炉、住宅区供热、农业暖房、户用炊事和取暖的燃料。根据查阅文献可知，玉米秸秆的燃烧分为三个明显的阶段，第一阶段（大致为初始温度为150℃）为水分的蒸发，第二阶段（大致为150—400℃）主要是挥发分的析出燃烧，第三阶段（大致为400—600℃）是固定碳的燃烧。其燃烧主要发生在挥发分析出燃烧阶段。玉米秸秆的挥发分含量大，灰分含量较低，易于着火和燃尽。着火温度为261℃，燃尽温度为535℃[1]。根据玉米秸秆的燃烧性能可知玉米秸秆压缩成型后适合于做生物燃料。1.2研究目的与意义能源从柴草时期到煤炭时期，再到现在的石油时期，在人类社会的发展中扮演重要角色。人类消耗的主要能源长期以来一直都是石油、天然气、煤炭等化石燃料，它们为人类经济和社会的进步，及生活水平的提高做出了很大的贡献。人类经济是不断发展的，工业也在迅猛发展，解决能源问题就变得更加的迫切。据IEA（国际能源署）发布的《IEA-世界能源展望2007》预测，全球2005年到2030年间的一次能源需求将增加55%，年均增长率为1.8%,其中化石燃料占总能源需求增长量的达到84%。和其他国家一样，能源安全同样是我国的国家战略安全保障基础之一。对我国而言，原油产量增长幅度较小，而石油消耗量增长幅度较大，能源短缺表现的日益明显。由世界能源储备和消费状况，我们可以清楚的意识作为主要能源的矿物资源是不可再生的，有一天会耗竭。在自然界中不断再生、永续利用的可再生能源，具有取之不尽，用之不竭，循环再生的特点，如太阳能、风能、水能、地热能等。研究、开发、利用各种可再生资源，借此节约规资源，对人类社会的发展有着重大意义。在可再生资源中，生物质能是一种值的珍惜利用的资源。植物可以通过自身的光合作用，把太阳能转化成化学能，并且固定和储藏在其体内，即产生了生物质能。生物质能在可再生能源中占有重要地位，是第四大能源，其资源也是很广泛的，比如农业废弃物、林业生物质等。其中因其农作物的品种较多，种植面积大即数量大等特点，农作物秸秆在生物质资源中占很大的比例。对于秸秆，我国一直对其进行了合理的利用，比如秸秆被用于烧火取暖做饭，建房避雨遮日，养畜积肥还田。随着社会、经济的发展，传统农业向现代化农业的转变，农村能源结构的变化，以及农民生活水平的提高，传统的秸秆利用方式已不能适应。一些农业主生产区秸秆资源大量过剩问题日趋突出，这些废弃物密度小、体积膨松、占地面积大，需要一定的人力、物力进行销毁处理，一部分农民采取就地焚烧秸秆的办法处理，这样会造成气体的污染，烟雾使得高速公路被迫关闭，附近机场的飞机不能下降等严重的社会问题。研究、开发、利用各种可再生资源，借此节约常规资源，对人类社会的发展有着重大意义。开发利用生物质能可以明显缓解环境危机和能源危机，因为生物质的燃烧缓解了煤炭等资源的消耗速度，并降低了污染气体的排放量，实现了高效、洁净化。作为可再生资源的生物质能值得人们合理地去开发、利用。这样可使能源得到有效利用，改善我国的能源利用和人类的生态环境，实施可持续发展战略。

1.3生物能源的转化途径目前生物质作为能源利用主要通过以下五个途径:(1)生物质发酵制取乙醇,利用是甘蔗,小麦,谷类,甜菜,洋姜,秸秆等为原料,通过不同的催化酶作用将淀粉转化为糖,然后用发酵剂将糖转化为乙醇,再通过蒸馏除去水分和其他一些杂质,得到最后浓缩的乙醉"尤其是秸秆乙醇技术最热门,国内有很多高校和科研机构正在科技攻关,降低生产成本"河南省天冠集团已经投入试运行了秸秆乙醇生产线,技术在国内处于领先地位.(2)生物质产生沼气,生物质通过细菌作用进行生物质的分解"这个过程也是一个发酵过程,产生C践和C02气体混合物"在隔绝空气没有污水或者动物废物存在的条件下,生物质通过腐烂而生成的产物称为生物气(沼气)"这项技术已基本成熟,在我国的很多农村得到了推广利用"(3)生物质气化,是通过生物质在高温(80()~900e)下部分氧化生成CO,C执等可燃气体的混合物的过程.产品气可直接用于燃烧或者作为燃气透平的燃料,也可用作化工原料"我国秸秆气化领域的领军者,当属中国科学院的广州能源研究所和辽宁能源研究所.上述两个单位在生物质能秸秆气化学科,无论从理论还是技术方面都站在国内的前沿"尤其是广州能源所研制的循环流化床技术,已成功进入了实际应用,进而与发电设备配套"(4)生物质制油,是在低温及高的气体压力下将生物质转化为稳定的液态碳氢化合物"通过直接液化和间接液化将生物质转化成液体燃料"生物质液化技术是最具有发展潜力的生物质能利用技术之一"目前中国科技大学的科研人员已经成功的从秸秆中制取重油,可进一步经过提炼,作为燃油使用,但由于成本太高,目前还没有推向市场"(5)生物质固化成型,是在一定温度和压力作用下,将各类分散的!没有一定形状的秸秆，农林废弃物等生物质原料千燥!粉碎后压制成规则的!密度较大的棒状!块状或颗粒状等成型燃料,从而提高其运输和贮存能力,改善生物质的燃烧性能,提高利用热利用效率,扩大应用范围"可以取代煤!燃气等作为民用燃料进行炊事!取暖等,也可用于工业锅炉(生物质燃炉，壁炉，茶水炉，发电炉)的燃料"1.4玉米秸杆转化为燃料的可能性分析秸秆主要由纤维素,半纤维素和木质素组成"由于植物生理方面的原因造成秸秆的质地疏松"各种农作物秸秆之所以能够在不加粘结剂的情况下热压成型,主要是由于木质素的存在〔,40/8"天然状态的木质素被称为原本木素,是一种白色或接近无色的物质,我们见到的木质素的颜色是在分离!制备过程中造成的"其密度在1.35一1.59#cm一,之间"木材中木质素的含量为27%一犯%(绝干原料),禾苗类植物木质素含量为14%~25%"由x射线衍射可知木质素属非晶体,目前认为木质素以本丙烷为主体结构,共有三种基本结构(非缩合型结构),即愈创木基结构!紫丁香基结构和对梭苯基结构"十分有意义的是,除了酸木质素和铜氨木质素外,原本木质素和大多数分离木质素为一种热塑性高分子物质,无确定的熔点,但具有玻璃态转化温度,而且较高"这种转化温度与其是处于湿态或者是干态关系很大,资料表明,当温度在70一110e时木质素开始软化,其粘合力开始增加"当温度达到200一300e时可以熔融,在此温度下给生物质施加一定的外力,原料颗粒开始重新排列位置关系,并发生机械变形和塑性流变"在垂直于最大应力方向上,粒子主要以相互啮合的形式结合,而在垂直于最小应力方向上,粒子主要以相互靠紧的形式结合,从而使生物质的体积大幅度减小,容积密度显著增大,成型棒内部咬合外部融合,并具有一定的形状和强度"在除去外力和恢复常温后,维持既定的形状"1.5存在主要问题及今后看法秸秆在农村的传统利用在农村面临很多问题。秸秆燃料成型机本机是指以农村的玉米秸秆、小麦秸秆、棉花杆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、树枝、树叶、锯末等农作物、固体废弃物为原料，经过粉碎后加压、增密成型，生产“秸秆燃料”的机器。秸秆成型的基本原理是利用压模与螺杆间挤压力和秸秆与模壁摩擦力相互作用原理，使物料获得成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或粘结剂。秸秆等物料中含有一定的纤维素和木质素，其木质素是物料中的结构单体，是苯丙烷型的高分子化合物，具有增强细胞壁、粘合纤维素的作用。木质素属非晶体，在常温下主要部分不溶于任何溶剂，没有熔点，但有软化点。当温度达到一定值时，木质素软化粘结力增加，并在一定压力作用下，使其纤维素分子团错位、变形、延展，内部相邻的生物质颗粒相互进行啮接，重新组合而压制成型。本文的设计任务是设计一个占地面积不大的秸秆成型机，即制块部分。该设备能够实现对秸秆、牧草等进行压缩挤出，作为燃料使用。我运用计算机绘图软件，进行秸秆饲料成型机的三维设计建模，并对齿轮轴进行应力分析和对齿轮以及轴承进行寿命及强度分析。2.研究玉米秸秆可压缩性经查阅资料，得出如下图结论：1）粉碎玉米秸秆的可压缩性曲线可表示为指数模型2）在玉米秸秆品种和压缩室形状等都确定的前提下,当达到相同的压缩密度时,揉碎玉米秸秆的可压缩性可以随压缩速度的增大而改善。初始的密度出现出差异,同样的压缩速度且达到相同的压缩密度时,粉碎玉米秸秆的体积模量随初始密度的增大而增大,压缩密度越大,这种变化趋势越明显;且当压缩密度大于230kg/m3时,可压缩性趋于减小的速度明显加快。3在玉米秸秆品种等因素都确定的前提下,随着含水率的增加,可压缩性较好。4)粉碎以后玉米秸秆的最佳压缩密度为230kg/m3左右。3.玉米秸秆成型机的初步设计构想3.1玉米秸秆成型机的初步示意图如下通过螺杆旋转运动，将破碎后的玉米秸秆经加热加压，从矩形截面的喷嘴挤出成型燃料。

3.2动力传动系统的初步设计 动力传动系统示意图如下：电动机通过皮带传动同时驱动螺杆旋转挤出产品图3.23.3加热套选型本来设计并没有设计加热料套。虽然转动的螺杆对物料做功产生一定的热，但并不足够。为了使物料中的木质素软化熔融，外加热能进行补偿可使挤压更加充分。

4.螺杆与机筒的配合方案4.1螺杆与机筒的配合方案为了使物料在机筒内承受逐渐增大的压缩力，常将螺杆与机筒配合为如下三种型式：种机筒呈圆锥形，因此,机筒制造困难，很少采用。种螺杆制造较为方便，在单螺杆机上,应用也较多。c.种结构结构简单，制造方便、这种配合方式，应用较为广泛。选用c.种

4.2料筒和螺杆的设计4.2.1料筒的确定料筒的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性，并影响固体输送效率。同时，料筒的机械加工性能和使用寿命也影响到整个挤出系统的工作性能。料筒必须采用优质的耐高温、耐磨损、耐腐蚀和高强度的材料制成。同时，还应当具备较好的机械加工性能和热处理性能。常用的材料有45钢、40Cr、38CrMoAl以及铸钢和球墨铸铁。我们选用45钢或40Cr。机筒的结构形式关系到热量的传递的稳定性和均匀性；机筒的机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统的性能设计机筒，要考虑到机筒结构形式的选择及机筒上加料口的形式，机筒与机机头的联结形式以及对机简机械加工制造的难易问题。机头的联结形式以及对机简机械加工制造的难易问题。螺杆和机筒的两个零件组合质量对物料的塑化，制品的质量和生产效率，都有重要影响。他们的工作质量与制造精度，装配间隙有关。整体式机筒，其特点为长度大，加工要求比较高，在加工和装配精度上容易得到保证，也可简化装配工作；在机筒上设置外加热器不易受到限制，机筒受热均匀，但机筒的加工设备要求比较高，机筒内表面磨损难以修复。分段式机筒，其特点是机械加工容易，便于改变比，只是对中难，法兰连接处影响机筒的加热均匀性。双金属机筒主要有两种结构形式：一种是衬套式机筒；另一种是在机筒上浇铸一层合金箔层，简称为浇铸式机筒。对于衬套式机筒而言，它可更换合金衬套，衬套可以做成整体、分段式，可节省贵重金属，衬套磨损后可更换，可提高机筒的使用寿命，但是制造设计复杂，设计时应注意到衬套与机筒的配合，过松时易转动，过紧时装配又难，故在二者之间加上一个止动键。综上所述，本机选用整体式机筒。加料段料筒的设计轴向开槽套筒结构具有几种形式，经考虑多种因素选用如下图的形式：图5-2轴向开槽套筒结构自机筒加料口前端至轴向槽结束之处套筒的轴向长度L，一般取L=(3～5)D。料筒的结构如上图所示,轴向沟槽的数量和螺杆的直径大小有关，一般螺杆直径为120mm，沟槽数目取12，凹槽宽度应大于高聚物颗粒的最长尺寸，同时与螺杆的直径大小有关，取10mm,槽深为4mm。加料段设置有锥形套筒时，物料在该段的螺槽种能提早形成高的压力，螺杆在有进料套筒和无进料套筒的机筒中，在同样速度下，有进料套筒者能提高生产能力。加料口的选择加料口的结构必须与物料的形状相适应，是被加入得物料能从料斗自由流入螺杆而不中断。加料口的形状及其在料铜上的开设位置对加料性能有很大影响。加料口应能使物料自由而高效地加入料筒而不产生架桥，设计时还应考虑到加料口是否是与设置加料装置，是否有利于清理，是否便于在此段设置冷却系统。常见的加料口断面开头很多，如下图所示：图5-3加料口断面(a)类主要适用于带状料的加料口，不宜用于粒科和粉料；(c)和(e)类为简易式挤塑机上用得较多；（b）（d）（f）三种类型用得较广泛，其中（b）类的有口壁倾斜角一般为7—15，稍大于此值，实践证明(b)和(d)类加料口不论对粉类，科类带粒均能很好的适应。经综合考虑，决定本机采用(b)类加料口。机筒材料的选择机筒在挤塑机挤出时受到高温（300℃）以上，高压（40M）的作用，成型聚乙烯等高温仿腐蚀性气体，这就要求机筒的硬度高，耐腐蚀性及耐磨性好。38CrMoAl氨化钢的综合性能好，被广泛使用，故本机采用它来做机筒材料，其衬套材料用地合金氨化钢。4.2.2螺杆我们选螺杆材料的选择螺杆的工作环境：螺杆在工作时，受高温，高压的作用，同时受机械刮磨，且螺杆受大扭距作用，轴向力很大。使用要求：螺杆与机筒的间隙特别重要，要保证满足要求，因此就要求螺杆在工作中变形小，耐腐蚀，强度高，寿命长。因此选用38CrMoAl型氮化钢，因其综合性能好，使用广泛，表面硬度HRC=60用38CrMoAL氮化钢。

螺杆的主要参数的选取与确定1螺杆直径：我国挤出机标准所规定的螺杆直径系列有：45、65、90、120、150、200。通常：大截面的制品所选的螺杆直径要大一些，这对于制品的质量、设备的利用率和操作比较有利，我们选90。螺杆长径比L/D其生产率简化公式为：其中：—螺杆的直径（厘米）n—螺杆的转速（转/秒）Q—生产的能力（）—第一计量段螺槽深度（厘米）—第一计量段螺杆的螺旋升角把=9.0cm，n=75.0r/min=1.250r/s，=1.0cm，=代如到以上公式可得2.轴向力的计算螺杆的轴向力是挤出机设计的一个重要参数，它是由作用在螺杆上的两个不同部分的力组成的：螺杆头端聚合态料对螺杆的反压力（料的静压力）作用在螺杆端面上引起的，即由挤出压力引起的轴向力，称为静压轴向力；在螺杆旋转推动聚合料运动时，聚合料对螺杆表面摩擦阻力的轴向分力而引起的，称为动压轴向力。式中：—轴向力，N；—静压轴向力，N；—动压轴向力，N。静压轴向力可以按挤出压力与螺杆的横截面积来计算，即：式中：—螺杆头端聚合料的挤出压力， —螺杆外径，m.。动压轴向力主要取决于料的性质及其运动状态。动压轴向力要精确计算是困难的，以下的是半经验公式：式中：—料移动时的摩擦阻力，；—螺杆螺纹部分长度，；—螺杆螺纹头数；—螺纹的导程，；—螺杆的轴向宽度，。在上式中，摩擦阻力经国内测定：对排气挤出机推荐采用：实验表明：仅为的1/6~1/3，即：轴向力确定：3.螺杆转速的确定：功率与转速的关系随着转速的增加，功率也随着增加，但功率随转速增加的速率是逐渐下降的。机头压力与转速的关系随着转速n的增加，机头压力P略有增加。较大的机头压力可以提高半成品的致密度。但n增加时，P的增加不大，所以转速对提高致密度的效果并不显著。螺杆的临界转速在无旁压辊的颗粒加料挤出机中，当转速过高时，会使进料困难，甚至加不进料。加不进料时的螺杆转速称为螺杆的临界转速，它可以根据料被螺杆转动所产生的离心力与其重力相等的条件来确定。式中：—螺杆直径，厘米。转速n与传动系统的关系螺杆转速越低，传动系统的减速比就越大，使传动系统结构复杂。最佳条件下的螺杆转速最佳条件下的螺杆转速n可以通过下式计算：式中：n—螺杆的最佳转速，； —螺杆直径，mm；c—系数，排气挤出机，胶料流动性差时，c值应相应减少。参考国内外同类的挤出压力机的螺杆转速，确定螺杆的最佳转速，即正常工作时的螺杆转速为，有效工作的螺杆转速范围是。4.螺杆的校核螺杆与机筒的强度计算的主要原始参数有机头中物料最大压力，螺杆的轴向作用力，以及作用在螺杆上的扭矩Mt。（1）物料在及桶内的压力分布物料在机筒内由于旋转螺杆对物料的作用而产生了机头压力，一般塑料挤出机的机头压力是在10左右，我国设计的挤出机一般为P=30－50;即=50。（2）螺杆的轴向力的确定螺杆轴向力的大小主要由机头压力，物料的物理性能，螺杆的结构及其转速，机筒的温度等因素影响(6-1)式中—螺杆的轴向推力，kg—物料作用在螺杆端面上的总压力，D—螺杆的处直径，cm—螺杆端部的物料压力，—在螺杆挤出时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量，根据实验得出：当机头压力时，；当时，。目前从采用计算轴向力：(6-2)故有（3）螺杆的强度计算螺杆的连接形式成臂梁，按螺杆与减速箱中的输出轴固定方式的不同，一般可分为紧固式和浮动式两种，前者螺杆与传动轴是一个零件，是配合得紧密；后者螺杆与传动轴为两个不同的零件，多为较松的配合连接，在挤出时其螺杆端部在机头内浮动，因而其自重引起的弯曲应力可忽略，所以在实际计算时都可近似的视为一端固定的悬臂梁，在螺杆的全长上主要受物料的压力(轴向)，克服物料的压力所需的扭矩Mt和螺杆自重G的作用，因此对螺杆的强度计算可视为在上述复合应力下螺杆根部（特别是加料段）断面处的强度计算因为在螺杆根径出的承载能力最差。由轴向力产生的压应力式中D—螺杆外径，cm—螺杆最小断面的根径，cm—螺杆冷却水孔直径，cmP—料筒中螺杆端部熔料的压力，MPaMPa则有：由扭矩产生的剪应力：，，式中η—挤出机传动效率—抗扭断面模量，—挤出机电机的最大传动功率，KW—螺杆的最高转速，螺杆自重G产生的弯应力：，，N式中L—螺杆的伸出端长度，cmL=240—螺杆材料的比重，W—抗弯断面模量螺杆的合应力：式中式中—材料的许用应力—螺杆材料的屈服极限—螺杆的安全系数可知所以螺杆的强度合适。4.2.3机筒校核机筒的强度计算机筒壁厚经查文献[8]表3-8中D=120mm，可选40～50mm。由于机筒外径与内径之比大于1：1，所以可按壁厚理论进行计算，按壁厚理论，机筒内受物料的压力P作用时，机筒臂上每一点都处于三向应力状态，如图6-2所示，即径向应力，切向应力和轴向应力，则对一只受内压力作用的壁厚容器有：图6-1机筒受力情况（a）机筒受力分布（b）机筒应力分布式中，—机筒的内外径，r—机筒厚臂任意一点半径由上式可知，当时，径向及切向应力均达到最大值，即：当时，径向切向应力达到最小值，即：由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上不变，即：按第四强度理论—最大变形能量理论计算，其强度条件为：所以有机筒强度足够。5.电动机的选择5.1功率的计算功率主要与螺杆的压力，螺杆与秸秆之间的摩擦系数，主轴转速等因素有关。考虑螺杆挤压处的面积及成型压力引入公式[5]公式中——挤出孔内径l——螺杆与料接触区长度——筒头的开孔率p——成型压强——螺杆与秸秆之间的摩擦系数介于0.1~0.2之间L——螺杆有效长度n——主轴转速代入数据分别为带传动，齿轮传动，离合器和轴承的效率5.2确定电动机的转速主轴的转速为n=210r/min，带传动的传动比，一级圆柱齿轮减速器的传动比为，总传动比。

符合这一范围的同步转速有1500r/min和3000r/min，结合功率选择，可选择的电动机方案如下:方案电动机型号额定功率kw满载时启动电流A启动转矩N/m最大转矩N/m电机质量kg转速r/min电流A效率%功率因素141295076.2910.935611.33.015602562960111.4910.937511.33.12210341147085920.915911.33.01470综合考虑方案1较为合适，因此电动机的型号为。5.3成型机传动装置的总体设计5.3.1确定传动装置的总传动比和分配传动比电动机型号为，满载转速。1.总传动比2.分配传动装置的传动比前面传动方案已确定，采用两级传动，一级带传动，一级齿轮传动，传动方案如图1所示。式中分别为带传动和齿轮传动的传动比。查表1[5]常见机械传动的主要性能，表4—1[1],现有通用压力机传动参数，为使V带传动外廓尺寸不致过大，取，则齿轮传动比为：5.3.2传动装置的运动和动力参数的计算1．各轴转速电动机轴传动轴曲柄轴2．各轴输入功率电动机轴输出功率传动轴曲柄轴传动轴、曲柄轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98，例如传动轴输出功率3．各轴输入转矩电动机轴输出传动轴曲柄轴：传动轴、曲柄轴输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98，例如传动轴的输出转矩。

5.4V带的计算5.4.1V带型号的选择和带轮直径的计算确定V带的基准长度及传动中心距①初定中心距即取②带的基准长度为由文献[3]中表3.9选取带的基准长度为：。③实际中心距的确定考虑到安装调整和补偿拉力的需要，中心距的变动范围为：④主动轮上的包角的验算所以主动轮上的包角合适。⑤计算V带的根数Z式中—包角系数—长度系数K—材质系数—单根V带所能传递功率的增量—单根V带所能传递的许用功率由V=25m/s及，查文献[1]中表10.3-21、10.3-22及文献[3]中表3.6、3.7可知：采用橡胶带则有Z=24.2/(4.8×0.86×1.07+0.89)×1.0=4.56取Z=7根。（4）计算初拉力(3-4)式中q—普通V带单位长度的质量，kg/m查文献[1]表10.3-11，得：q=0.17kg/m则有：（5）计算轴上的压力Q(3-5)式中Z—带的根数—单根带的初拉力—主动轮上的包角则有Q=25440.1sin(130.8°/2)=4281.2N（6）带轮的结构设计根据D≤300时，可采用腹板式结构；D>300时，采用辐条式结构。故主动轮采用腹板式结构，从动轮采用辐条式结构。根据查阅具体资料和文献得到的数据得到结果。查文献[3]表3.1知V带截面尺寸如下：表3-2普通V带截面尺寸截型节宽顶宽高度单位长度质量，mmB，mmH，mmq，kg/mB1417110.17由公式可知带轮的各个部分尺寸(3-6)式中是轴的直径，查文献[1]表8-12得，。则有查文献[3]中表3.4知V带带轮轮槽尺寸如下：表3-3普通V带带轮轮槽尺寸槽型槽根槽顶高槽间距e槽边宽基准宽度轮缘厚度轮宽B槽角φB10.83.5147.5101故取(3-7)带入数据得(3-8)带入数据得5.5直齿圆柱齿轮的计算5.5.1.齿面疲劳强度的计算齿轮工作为单班制，使用寿命10年，每年300个工作日，使用期限内工作时间占20%。功率P=37.63kw,小齿轮转速。传动齿轮尺寸无严格限制，故小齿轮用45钢直接在轴上加工，调质处理，硬度241HB~286HB平均取值为250HB。大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB~286HB平均取为240HB.转矩齿宽系数接触疲劳极限初步计算的许用接触应力值初步计算小齿轮直径初步齿宽圆周速度精度等级齿数Z和模数m使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数弹性系数节点区域系数接触最小安全系数总工作时间应力循环次数接触寿命系数许用接触应力验算由表12.13，取=1.1由图12.17C由表12.16初取齿数由表12.3取由表12.7由图12.8由表12.11先求由表12.11因为是非对称支撑由表12.12由图12.22由表12.25由表12.15估计则指数又为稳定载荷由图12.18取取b=120mm选7级精度取结果表明，接触疲劳强度合适，齿轮无需调整。5.5.2确定传动主要尺寸实际分度圆直径中心距齿宽因模数取标准值时，齿数已重新确定并圆整则5.5.3齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分配系数齿向载荷分布系数载荷系数齿形系数应力修正系数弯曲疲劳极限弯曲最小安全系数弯曲寿命系数尺寸系数许用弯曲应力验算由表12.10由图12.14由图12.23由图12.24由图12.23c由表12.11由图12.23由图12.265.5.4几何尺寸计算外啮合直齿圆柱齿轮传动计算结果(表中)(mm)名称符号计算公式小齿轮大齿轮模数m4齿数z变位系数x啮合角分度圆直径d节圆直径中心距a实际中心距中心距变动系数y齿顶高降低系数齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿轮宽度B6零件的选择1键的选择本设计选用的键有键A22×60GB1096-80,键A25×100GB1096-80,2.轴承的选择本设计选用的轴承有轴承GB297-647210，轴承GB297-647214，轴承GB297-647216。3.螺钉的选择本设计选用的螺钉有螺钉GB70-85-M3×20,螺钉GB70-85-M4×20。

7.花键校核花键的主要失效形式是工作面被压溃（静联接）或工作面过度磨损（动联接）。因此，静联接按工作面的挤压应力进行强度计算，动联接按照工作面上的压力进行条件性的强度计算。动联接花键强度条件：（6.9）（6.10）查表，则计算转距为：（6.11）

8.平键连接的校核平键校核（以电机轴上的平键为例，键A1060）由文献[1]平键联接的强度校核公式可知：(6-4)式中T—传递的转矩，D—轴的直径，mL—键的长度，mmL=60—许用应力，=40则有=20.9MPa所以<=40MPa，所用平键合格。9.螺钉校核45号钢的(6.14)(6.15)(6.16)(6.17)因为,所以强度合格

结论经过三个月的毕业设计，现在顺利完成了毕业设计的全部内容。通过此次毕业设计的训练深刻体会到工程技术人员的艰辛，同时领会到将理论知识运用到实践中，是大学四年来知识的全面升华。通过前期的查阅，了解挤出机相关的知识，最终筛选出与单螺杆相关的挤出机文献资料。之后在参考相关文献和老师的指导下，完成了初步方案的初步设计。在确定方案后的设计过程中，尽可能将所设计的结构和参数最优化。随着一次次的改图和方案的更改，我对螺旋压力机有了越加深刻的认识，最后完成的排气挤出机的设计可以实现预定的目的。在这次设计过程中，我认为螺杆的设计是重中之重，，关键就是螺杆的区别，通过对排气螺杆的进一步改进，螺旋压力机在技术方面还会有更大的发展，而且对排气螺杆的改进还可以使整台机器的污染量下降，对提高环境质量有很大的提高。毕业设计在最大程度上综合了大学所学的知识。基础课是为专业知识的铺垫，为整个的理论计算提供了依据，是整个设计的基础。我认为毕业设计是将基础知识应用到专业知识，将专业知识应用到具体工程实践的过程。结束语此次毕业设计是继课程设计之后，最重要的一次设计。花费将近半个学期的时间，终于完成了此次设计所要完成的任务。在此期间，碰到的问题不计其数，花了大量时间阅读外文资料和期刊，还有在网上搜索资料，将设计中的问题逐渐减小。这次毕业设计对我们大学期间所学的知识，也是一次彻底的考察。将以前学的机械基础知识应用到我们的毕业设计，再一次巩固了专业知识，锻炼了我们独立思考问题，解决问题和团队合作的能力，同时也使我们基本掌握了设计的流程。经历了从查阅资料到设计计算再到结构设计和软件分析，对于我们学机械的是必须要掌握的，尤其是想从事科学研发方面的工作的更加重要。还有毕业设计使我们基本熟练掌握了OFFICE办公软件，AUTOCAD制图软件，等，这些为即将走上工作岗位的我们，提前做好了铺垫。

参考文献《材料力学》《锻压手册》《工程制图学与计算机绘图》《机构学》《机械设计》《机械设计手册》《机械原理》《机械制造技术》《计算机绘图技术》《理论力学》《螺旋压力机》《模具制造工艺学》《曲柄压力机》《生物燃料》15《压力加工与现代先进加工技术》

10外文翻译英文原文：BiofueluseanditsemissionofnoxiousgasesinruralChinaWangXiaohua
,FengZhenminCollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,People’sRepublicofChinaReceived11August2003;accepted30September2003AbstractThisarticlediscussesbiomassresourcesanditsconsumptioninChina’sfarmingarea.In2000,theannualyieldofcrop-strawwasabout6900Mt,ofwhich54%couldbeusedasasourceofenergy.Thereasonablesupplyoffirewoodwasabout150Mt.Thetotalconsump-tionofbiofuelinChina’sruralareawas219Mtce,amongwhichcrop-strawandfirewoodaccountedfor44and56%,respectively.Theproportionoftheavailableheatfromcommer-cialenergyoverthetotalavailableheatconsumedinthecountrysidewas0.513,andbiofuelconsumptiondecreases3.8%annually.Chinaisatatransitionpointfromaperiodofnon-commercialenergytoaperiodofcommercialenergybeingthemainsourceofenergy.Thisarticlediscussestheeffectofthedischargeofnoxiousgasescausedbytheconsumptionofbiofuel.Keywords:Biofuel;Biomassresource;Noxiousgases;Ruraldevelopment;Ruralenvironment;China1.IntroductionDuringthecourseofglobaleconomicsustainabledevelopment,humanbeingsareconfrontedwithimmensepressuresinpopulation,resourcesandtheenviron-ment.Theexploitationandutilizationofenergyisconcernedwithseveralfactors:Developingcountriesarefacedwiththechallengeofeconomicdevelopment,especiallyintheruralarea.Theenergyproblemintheruralareaiscommoninmostdevelopingcountries.Thecoreoftheproblemishowtocoordinatedevelop-mentenergy,society,economyandtheenvironment.Biofuelhasbeenasourceofenergywhichhumanbeingshaveusedsinceancienttimes.Ithasplayedanimpor-tantroleduringthehistoricaldevelopmentofhumansociety,andhasaccountedformorethan15%ofChina’senergyconsumptioninrecentyears.Fromtheenvironmentalpointofview,itispartoftheessencethatcomposestheecosystemandwillnotcausegreenhousewarmingHYPERLINK[1,2].Asaveryimportantpartofthenationalenergysystem,energysupplyandcon-sumptionintheruralareahasagreatinfluenceonthedevelopmentoftheruralsociety,economyandecologicalenvironment.Chinaisalargedevelopingagriculturalcountry,withitsruralarealargelypopulated.Theseareasusedtobescarcelysuppliedwithcommoditiesandtheconsumptionofcommercialenergypercapitawaslow.Noncommercialenergywasthemainsourceofenergyconsumption,whichwasmainlylocalbiofuel.Theincreaseinpopulationandthesterilityofsoilgaveprominencetothecontradictionbetweenthedemandandsup-plyofenergy,whichledtotheover-consumptionofthelocalbiomassresourcesandthedirectthreattotheenvironmentHYPERLINK[3–5].Withtherapiddevelopmentoftheruraleconomyandtheimprovementofpea-sants’livingconditions,theenergyconsumptionstructureoftheruralareaisundergoinggreatchanges.Thedemandforcommercialenergyisrapidlyincreas-ing,especiallyinsomeruralareaswithgoodeconomyandcommoditieswhichcon-sumethemainpartoftheavailableenergy.Thisledtothesuperabundanceoftheoriginalbiomassenergysource.Theimproperdispositionofthesuperabundantbiomasspollutedtheatmosphere,waters,andtheecologicalenvironmentHYPERLINK[6–8].Confrontedwiththepressuresfrombotheconomicaldevelopmentintheruralareaandenvironmentalprotection,Chinamustrealizethatthesustainedincreaseinthenationaleconomychangesthetraditionalproductionmodeofenergyandthewayconsumptionexploitsandutilizesbiomassenergyresources.Thisarticlediscusses:(1)thepresentsituationanddevelopmentofthebiomassresourcesanditsconsumptionintheruralareasofChina,(2)theoutflowdischargeofpoisonousgasesduetotheconsumptionofbiofuel,and(3)thechangesofthetotaloutflowdischargeintheruralareaafterthesubstitutionoffuels.2.ThesupplyofbiomassenergyresourcesintheruralareaChinaisabundantinbiomassresources,whichmainlyincludesstrawandstalkandfirewood.Accordingtothestatisticsin2000,theannualyieldofcropstrawwasabout0.69billionmetricton,whichcouldbeconvertedinto338Mtce.Recently,thestrawandstalkresourceshaveincreasedatarateof1.4%annually.Amongallthestrawandstalk,thelossesduringrecyclinginfieldandcollectionaccountfor16.2%,forage28%,papermakingrawmaterials2.1%andenergyresources53.6%.Accordingtothesurveyonforestresources,forestscovered1.34millionkm2inChinawhichreasonablysuppliesmorethan150Mtfirewoodannually,or86Mtce.Thecoveragerateofforestrosefrom8%intheearly1950’stothepresent14%.Buttheaverageforestareapercapitaisonlyonesixthofthegloballevel.Atpresent,thetotalsupplycanmeetthetotaldemand,butwithunbalanceddevelop-mentindifferentareas.3.TheenergyconsumptionintheruralareaEnergyconsumptionintheruralareamainlyincludestheconsumptionduringtheproductionandthatofdailyuse.Theformermainlyinvolvestheenergycon-sumedinfarmproductionandtheproductionofruralenterprises,whilethelatterinvolvestheenergyconsumedincooking,baking,breeding,boilingwaterandtheuseofdomesticelectricappliances.Thetotalenergyconsumptionintheruralareain2000was670Mtce(seeHYPERLINKTable1),whichaccountedfor44%ofthe1522Mtceofthetotalnationalenergyconsumption(includingnon-commercialenergy)HYPERLINK[9].Amongthetotal,456Mtcewascommercialenergy,accountingfor35.0%ofthenationalprimarycommercialenergyconsumption(1303Mtce).Amongthetotalconsumption,coalaccountsfor43.7%,electricpower14.8%(1kWh¼0:404kgce),fueloil7.9%,strawandstalk18.4%,andfirewood14.3%.Theannualgrowthrateofthethreecommercialenergyconsumptionwas7.8%,8.6%and6.5%,respectively.Althoughthecommer-cialenergyconsumptionintheruralareahasbeengrowingatarateof7.9%,theconsumptionpercapitawasonly45%ofthenationalaveragevalue,and21%oftheaveragevalueforthecity,whichshowedanobviousgap.Thecommercialenergywasmainlyusedbyenterprises,agriculturalproductionandtransportation,whichaccountedfor65%,whilethatusedindailylifeaccountedfor35%.The219Mtcenoncommercialenergyconsumedintheruralareawasusedmainlyasdomesticfuel,inwhichstrawandstalkandfirewoodaccountedfor43.6%and56.4%,respectively.Table1ThetotalenergyconsumptioninruralareaofChinain2000(Mtce)HYPERLINK[13]CommercialenergyNon-commercialenergyTotalFueloilsaCoalElectricityTotalStrawFirewoodTotalForproduction175.2745.5564.69285.51–14.9614.96300.47Forlivelihood118.017.5734.44160.02123.6080.52204.12370.00Total293.2853.1299.13455.53123.6095.48219.08670.473.1.ThepresentconsumptionsituationofbiomassenergyThetotalconsumptionofbiofuelintheruralareain2000was219Mtce,amongwhichstrawandstalkaccountedfor124Mtce,firewoodaccountedfor95Mtce,andonly15Mtceofwhichwasusedbyruralenterprises,therestofwhichwasmainlyusedinlivelihood.HYPERLINKFig.1showsthatthebiomassenergyaccountedfor55%ofthetotalenergyconsumedinlivelihood.Ifwedonottaketheelectricpowerconsumedincookingintoconsideration,thethermalefficiencyofthecoal-burningfurnacewas28%,andthatofthestrawandfirewood-burningfurnacewas18%.Thusthetotalavailableheatforcookingwas75.6Mtce,or81.3kgce(i.e.1559.2kcal/d)percapita.Thetotalavailableheatpro-videdbycoalandcharcoalandstrawandstalkandfirewood,andoilwas45.2%,29.1%,19.6%and6.1%,respectively(seeHYPERLINKFig.2).Theproportionoftheavailableheatfromcommercialenergyoverthetotalavailableheatconsumed(PAHFCE)reflectsaveryimportantindex,namely,thequalityofthedomesticenergyconsumption(DEC).ThePAHFCEintheruralareafor2000was0.513,whichindicatesthatalongwiththerapidgrowthofthefamilyincome,Chinaisattheturningpointofthetransitionfromtheperiodofnon-commercialenergytotheperiodofcommercialenergybeingthemainsourceofenergy.Thebiomassenergy’stakingtheplaceofcommercialenergyhasledtomuchoverplusofthestrawandstalkwhichsupplyanddemandusedtobeinabalance.Havingnotfoundaneconomicalandeffectivemethodtousethestrawandstalk,peasantsjustburntit,whichcausesawasteofresourcesandpollution.China’scountrysidehasbeendependantonlocalbiomassenergysource,whichwaspronetobeinsufficientfordemand.But,relyingonlocalresources(especiallyonbiomass)toomuchmaycometotheendsothattheresourceconsumptiongoesbeyondthereasonableamountofsupply.Theexcessiveexploitationofbiomassenergysourcehasresultedinfurthersoilerosionanddecreaseoforganicsubstancecontent.ThemaincausesforChina’sruralenergyshortagearelistedasfollows.Firstly,nosufficientnaturalenergyresourceswereavailable.Notenoughstrawandstalkswereobtainedduetotheloweragriculturalproductionlevel.Forestmountainswerenotprotectedproperly,leadingtolessfuelwoodavailable.Sec-ondly,highpopulationpressureonlimitedresourcesexited.Ruralpopulationgrowthwasobviouslyhigherthanthatofcities.Thirdly,nocommercialenergysupplywasforruralareasunderpreviousin-planeconomicsystem.Lastly,inef-ficientself-builtstoveswithheatingefficiencylowerthan10%werewidelyused,resultinginunreasonablyhigherenergyconsumptionpercapita.Familieshadtosendtheirsurpluslabortocollecteverykindofbiomassfuels,atthecostofruralecologydestruction.Ruralhouseholdenergyshortagecausedamuchhighersocialcostthanpersonalcost.Inmostareas,the1980smarkedamajorshiftawayfromsubsistencefarmingtowardsamorecommercializedandindustrializedruraleconomy.Townshipandvillageindustrygraduallydominatedruraloutput.Morefamilieswithhigherincomeappeared.Increasedsupplyofstrawandstalksduetotherapiddevelop-mentofagriculturalproductionresultingfromahouseholdresponsibilitysystem,madeitpossibletobasicallysolvethefuelshortageproblem.HYPERLINKFig.3showsthechangeofbiomassenergyconsumptionbetween1989and1998,anditreachedtheclimaxattheendof1980s.Therewasamovementofrurallaborersoutofagri-culturetotownandvillageenterprises(TVEs)ortotownsandcities.Thetrendtowardurbanizationfirstdecreasedandthenincreasedthedemandforenergy,andalsospeededuptheneedforcleanerandmoreefficientsources,indicatingastartofruralenergycommercialization.Withrurallivingstandardsincreasedandtheimprovementofcommercialenergyavailability,thebiomassenergyistakingtheplaceofcommercialenergy,andconsequently,thetotalconsumptionofstrawandstalkandfirewooddecreasedrapidly.3.2.ThechangeofthebiomassenergyconsumptionalongwithtimeFrom1991to2000,theannualgrowthrateoftotalenergyconsumptionintherural